摘要：随着科学技术的迅速发展，现代战争形式的复杂性，人们对非致命性武器的研究愈加深入。现代声学理论和传感器件的成熟，使得声学技术在非致命武器中得到广泛应用。非致命性武器是指基于物理、化学和生物原理能够对人的行为产生抑制作用，降低人攻击能力的同时，又不会给人的身心以及自然环境带去永久性伤害的武器。声波武器作为非致命性武器的代表，由于不同频段的声波具有不同的性质，声波武器可分为非致命性次声武器、非致命性强噪声武器以及非致命性超声武器，如果在战场上适当地运用，轻则造成敌人头晕目眩，重则令其短暂丧失行动能力，武器失灵失效，大大削弱敌人的进攻能力，为我方夺取战争的胜利占领先机，在反恐怖袭击、维护社会安全稳定等方面发挥了重要作用。

关键词：声学；非致命武器；次声武器；噪声武器；超声武器 

1 引言

声音或称声波，是由物体在弹性媒介中作机械运动产生的机械波，物体振动的快慢称为频率，振动的幅度大小称为振幅或称强度，研究发现声波频率和强度的大范围变化会给人的生理和心理造成明显的影响。非致命性声波武器正是基于该思路，通过控制声音的频率以及强度的不同，利用新型声学器件，定向发送声音波束，从而对来犯人员行为产生抑制作用，削弱敌人的进攻能力，为胜利创造先机。

由于声波武器能够对人体产生理想的抑制效果，而且可操作性强，因此非致命声波武器在当代具有广泛的应用前景。

2 非致命声波武器指标参数

2.1 声波频率

人体各器官的固有频率都较低，范围为3~17Hz，对低频段次声波武器较敏感。研究发现，人体头部的固有频率约为8~12Hz，腹部内脏的固有频率约为4~6Hz。而次声波武器正是以人体敏感的声波频率4~8Hz为目标，通过使器官产生共振，对人体造成危害。根据等响曲线，我们可以知道，人耳对不同频率的声音感受不一样，其中，对于脉冲噪声，人耳对2kHz~5kHz频率的声音尤为敏感^[1]。基于此，声波武器常把2.1kHz~5kHz作为攻击发射频率，旨在达到较好的驱散效果。此外，一些超声波枪发射的声波频率可达30kHz。相同强度下超声波频率越高，所具有的功率越大，作用效果越显著。

2.2 声强

声强是指声音的强度，我们把声音对人体的影响分为四个等级。一般120dB以下的声强对人体造成的影响是可恢复的；如果人体暴露于120~140dB的声强一定的时间，人耳的内膜就有可能遭受永久性的损伤；而对于声强大于140dB的声波，可能会对人体脑部造成严重的损伤，如果声强高达150dB将有可能引起人的鼓膜破裂，致使人体出现永久性的听力丧失。如美国设置在装甲车上的声波驱散器，声强高达145dB，目前所研制的声光弹爆炸后的声强也能超过140dB。

2.3 作用距离

由于声波存在几何衰减和阻抗衰减，因此声波脉冲对人体的伤害受声波强度以及目标距离两个因素的制约，只有声波能量足够强，目标距离适当，声波武器才能正常发挥其作用。当作用距离内的人体受到声波武器攻击时，轻者人体会出现被空气拍打的感觉，重则人体难以正常呼吸，甚至头晕目眩，乃至休克。如一款名为LRAD1000X的声波装置可以在2000m范围内实现语音警告，650m范围内能够对人员产生较好的驱散作用，其在直径为1m的声场中的最大声压级可达165dB，显然这已经超过了安全脉冲声等级为140dB的红线^[2]。因此，如果要想声波武器能够达到理想的作用效果，应该使目标人群处于其作用距离以内，此外也要注意选择安全的作用距离。

3 非致命次声武器

3.1 次声的物理特性

我们一般将频率低于20kHz的声波称为次声波，其具有以下几个物理特性：

（1）突袭性。次声波的在空气中的传播速度较慢，一般为300m/s，而在水中则较快，能达到1500m/s，由于次声波的频率低于20kHz，不在人耳可听的频段，因此次声的传播过程，人耳是看不见摸不着的，具有一定的隐蔽性。

（2）作用距离远，穿透力强。基于声学理论，我们可以知道低频率的次声波，波长长，传播距离大，对于尺寸小于次声波波长的一般障碍物，次声波能较为轻松地穿过，因此次声波传播时的衰减较小，如氢弹在爆炸时产生的次声波，波长可绕地球好几圈，传播距离可达十几万千米，因此，无论敌人藏身何处，都难以逃脱次声武器的袭击。而可听声波则相反，该频段的声波波长与生活中常见的障碍物相比较小，因此衰减快。

3.2 次声的致伤机理及在非致命武器中的应用

一般次声武器还可以分为两大类：

（1）“神经型”非致命次声武器。研究发现人脑的阿尔法节律约为8~12Hz，如果控制次声武器的频段覆盖该频段，将会引起人的大脑局部共振，对人的神经系统造成影响，致使人的意识错乱，轻则产生心理认知模糊，注意力不集中，学习能力下降，重则导致人头昏恶心，昏迷甚至丧失思维能力。

（2）“器官型”非致命次声武器。如前所说，人的内脏器官的固有频率较低，一般为3~17Hz，在次声波刺激的时候会发生强烈的共振，轻者肌肉痉挛，呼困难，重则内脏移位破裂失去知觉。此外，次声作为一种机械波，强振幅的次声也能造成人耳的损伤，研究发现， 120~125dB的次声波会使人耳产生一定的压迫感或阻塞感；而当其声压级超过125dB，如达到140dB时，将会给人耳造成严重的疼痛感。如果次声的声强超过人耳阀值，人耳暴露的时间过长，将会对人耳造成暂时甚至永久性的听力丧失。如爆炸所产生的次声脉冲作用时间在20s以内，可对人耳造成严重的损伤^[3]。

4 非致命强噪声武器

4.1 强噪声的生物效应及致伤机理

很早之前，研究人员就发现，人或者物体如果长时间暴露于强噪声的声场中，将会发生很糟糕的表现。人体会在强噪声的刺激出现注意力不集中，学习能力下降，疲劳等现象，物体也同样，科学家把强噪声对物体结构产生的影响称为“声致疲劳”。例如工程中的机械，或者声波武器攻击下的飞机、坦克等，都会在强噪声的刺激下，发生应力和应变，以致出现结构损伤，产生安全隐患。研究发现，在频率为500Hz，声压级为160dB的正弦波中刺激下，空气中质点的位移超过2mm，振动速度达7m/s，振动加速度大于1960m/s^[4]。由于人耳作为声音的感受器官，在强噪声声波武器的攻击下，人耳首当其冲，将会直接受到噪声的危害作用。如果噪声的声压级足够大，而且暴露时间长，那么人耳的耳廓、中耳、圆窗膜等都会受到一定的损伤。如果把噪声的声压级与持续时间的乘积定义为噪声作用量，那么随着人噪声作用量的增加，人耳遭受的危害也将增加，但是在较小的噪声作用量的范围内，人耳受到的损伤是可以恢复或部分恢复的。强噪声不仅会对人的神经系统造成危害还会对人耳以及肺部、胃、肝等器官造成损害，其中肺部受到的损害最大。此外，前文中已经提到，人体器官可能受到强声波武器的刺激产生瞬间加速度，发生较大的位移，以致于造成器官或连接部位撕裂和出血等。

4.2 强噪声在非致命武器中的应用

目前使用的非致命性强噪声武器主要有噪声弹和声弹。其中噪声弹是近年来新开发的一款声学武器，它在爆炸的瞬间能够释放出能量巨大的噪声，从而对人的听觉和神经系统造成较大的危害，轻则敌人在受到噪声弹袭击的短时间内昏迷失去战斗能力，重则使人完全丧失战斗能力。而声弹的能力与噪声弹类似，但是原理有所区别，声弹在爆炸的时候能够产生等离子体，从而形成冲击波，给人造成“钝器损伤”般的伤情，或如棒球击中的感觉一样，仅仅能够使目标短暂的行动能力丧失，但是不如弹丸碎片造成的损伤大^[5]。

5 非致命超声武器

5.1 超声波的物理特性

一般我们把频率大于20kHz的声波称为超声波，其由于超出人耳可听声的频带，因此并不会引起超声感。超声波的频率较高，由频率波长关系可知，其波长较短，在传播的过程中具有良好的指向性。如在液体或固体中传播时，超声波的衰减就很小而且具有很强的穿透能力，在不透明的介质中，超声波的穿透深度可达几十米，这是光波无法比拟的。超声在传播的过程中遇到介质的分界面时会发生折反射现象，此外它还有两种明显的物理效应。

（1）机械效应。声波是一种机械运动产生，通过弹性介质传播，其也能迫使媒质发生机械运动，由于超声波能量较为集中，因而能形成很大的强度，能使物质做激烈的强迫机械振动。

（2）热效应。超声波的频率很高，可带动空气媒质快速的振动，此外媒质可吸收声波能量转化为自身热能，因而超声波可引起媒质温度上升。频率较大的超声波在遇到分界面时很容易被吸收转化为renegade，从而造成分界面的局部高温。

5.2 超声波在非致命武器中的应用

基于超声波能量集中，穿透性强以及定向传播能力强等优点，非致命性超声波武器得以研发制造。非致命性超声波武器能够通过定向的高能超声波束攻击，致使人体产生恶心，头晕等生理反应，从而削弱敌人的战斗能力。在美国，有一款称为“超声波子弹”的武器，它利用窄带超声波发射技术，发射具有高指向性的高频率超声波，从而轻而易举地使敌人丧失作战能力。对于躲在洞穴等封闭空间内的敌人，这种武器的特点尤为突出。

6 结语

在现代战争中，非致命声学武器作为新概念武器出现，大大丰富了武器家族。非致命声学武器受声学技术的限制，发展较晚，但比较稳健，是一种杀伤机理较为简单的武器。尽管目前非致命声学武器由于技术原因还存在不同程度的缺陷，但是，可以相信，随着声学理论的创新和发展，声学非致命武器家族将会日益庞大，也将发挥更大的作用。

参考文献：

[1] 张博，梁延峰，非火力打击武器研究[J].中国电子科学研究院学报，2015，6（1）：11-15.

[2] 蒋贤沛.非致命声波武器綜合效能评估研究[J].应用声学。2017，7（2）：67-70.

[3] 高晓清，楚爱军.浅谈非致命性武器技术[J].警察技术，2018，7（3）：89-93.

[4] 罗志成.浅谈非致命技术和武器[J].警察技术，2017，8（3）：24-26. 

[5] 陈晓东、反恐技术装备[M].北京：科学出版社，2010：78-84.