首頁 » 為何最大聲音是194分貝?聲音若超過能量極限,會變成什麼?

為何最大聲音是194分貝?聲音若超過能量極限,會變成什麼?
2021/12/15
2021/12/15

隨著智慧手機的普及,耳機也成為了現代人必不可少的數碼設備。當我們乘坐捷運或者公車時,會發現大部分人都戴著耳機,尤其是現在的無線耳機還具有降噪的功能,能夠有效地遮罩周圍的聲音,使得人們 即使身處鬧市依舊能沉浸在自己的「音樂世界」當中

不過不少醫生指出長時間的 佩戴耳機會使聽力受損,尤其是耳機音量較大時,超過一個小時就會使聽力受到影響。除了耳機中的聲音,其實在 生活中也存在各式各樣的聲音,不論是夏季靜夜裡池塘邊的蛙鳴,還是樓下商販的叫賣聲,都為我們的生活增添了不少煙火氣。那麼,這個 世界上最大的聲音有多大呢

科學家經過研究測試,發現 目前最大的聲音為194分貝,這是地球空氣中聲音的極限。假如超過了194分貝後,聲音又會變成什麼樣子呢?那種聲音被人類聽到的話,會發生什麼可怕的事情?

聲音是什麼?

聲音實際上是由物體振動產生的聲波,它 需要依靠介質才能傳播,如空氣、固體及液體等,經過這些介質的作用後我們的聽覺器官就能感知到這種波動現象,因此聲音實際上是聲波通過多種介質傳播形成的運動。

不過, 我們人耳能夠識別的聲音頻率在20赫茲到20000赫茲之間,我們常常將能聽到的這一類稱為聲音。至于我們耳朵捕捉不到的,如 超聲波和次聲波,通常不叫聲音。

在物理學中,一般會把發聲的物體稱為聲源,而這個物體每一秒的震動次數叫做頻率,其單位是 赫茲,人耳對200赫茲到800赫茲之間的聲音感觸最敏感。 聲音在不同的介質中傳播的速度也不同,一般來說 在固體中大于液體傳播最慢的介質是氣體,此外 介質的溫度對聲音傳播速度也有影響

而沒有介質,聲音就無法傳播,比如太空當中的環境就是幾乎完全真空的,因此假如我們利用地球上的通訊方式和飛船上的宇航員建立聯絡是行不通的。換言之, 即使人類製造出一個巨大的「音響」,在太空中放音樂,都不會有任何聲響出現

聲音在0℃空氣中的傳播速度為331米/秒,在25℃的海水當中則可以達到1531米/秒,鐵棒中的傳播速度高達5200m/秒。

聲音也可以稱為一種壓力波,當人們演奏樂器、拍打一扇門或者敲擊桌面時,它們的振動會引起介質——空氣分子有節奏地振動,使周圍的空氣產生疏密變化,形成疏密相間的縱波,這就產生了聲波,這種現象會一直延續到振動消失為止。

振幅和頻率是描述聲音的兩個重要的單位,並且也是最容易搞混的。頻率的大小與音高對應,振幅的大小則與響度對應。 音高並不等同于響度,就像我們在聽合唱團演唱時, 並不是所謂的男高音「音量」就會顯得更大

聲音的大小其實是我們主觀的感受,比如老師講課講到重點時音量就會有顯著的變化,是為了 提醒大家集中注意力音量的大小是由人距離聲源的遠近和振幅共同決定的振幅的大小和音量呈正比,距離則呈反比,距離越遠響度越小。比如,你在酒吧音響旁站著必然感覺「震耳欲聾」,你走出去後雖然覺得聲音依舊很大,但是就不再會有那種極端的感受了。

聲音的上限194分貝

在具體介紹聲音上限為何是194分貝之前,我們需要先來了解一下分貝這個單位,畢竟有很多人分不清頻率和振幅,連同這二者的單位也搞混了。分貝這一詞是以蘇格蘭發明家亞歷山大·格拉漢姆·貝爾的名字命名的。這一單位(dB)不僅是聲壓級的單位,也能用來 表示功率量之比和場量之比

1分貝是我們耳朵剛剛能聽到的聲音,而我們說悄悄話時的音量大約有30分貝。飛機起飛時的巨大轟鳴聲大約有120分貝,過年時煙花爆竹爆炸的聲音則可以達到150分貝。另外 分貝單位每增加10dB時,音量強度就會增加一倍

對于聲音而言,分貝實際上是「壓強」,並不是能量。分貝定義是L=20log(10)(p/pref),其中pref是20微帕,考慮到空氣並不是無限壓縮的,所以分貝值在物理學上也是有上限的。

所以我們所說的聲音上限194分貝,實際上是在標準大氣壓之下存在的最大聲音。

達到這個分貝的聲波振幅很大,並且它的低壓部分處在真空狀態。那麼為什麼聲音的上限是194分貝呢?因為前文我們說了 空氣並不是能無限壓縮的,在更大的壓強之下空氣早就無法以氣態的形態存在了,而是以固態的形式存在

不過一定有人會疑惑,聲音在固態介質當中不是也可以傳播嗎,怎麼「固態空氣」就無法傳播聲音了呢?聲音確實能夠在固體當中傳播,不過這種 機械波是無法被人耳朵直接聽到的,至于我們標題探討的「聲音上限」實際上是我們人耳能聽到的最大音量,要注意前置條件的限制。因此, 地球上並不存在超過194分貝這一數值的聲音

海洋霸主抹香鯨的聲音就能高達230分貝,這個230分貝是基于空氣升壓強度而計算的,而海水的密度要遠遠大于空氣,因此 換到水下大約只有174分貝。如果我們將人類放置在抹香鯨旁邊,那麼可能在抹香鯨發出聲音的瞬間,人體的骨骼就會被震碎,這就是 聲波的「能量」

超越能量極限

當聲音超過能量的極限時,也就是194分貝的刻度,就會變成衝擊波。

當聲音達到195分貝時,能量就不能在空氣中傳播,並將空氣向外推開,而在中心區域形成真空。超過194分貝的數值越多,真空泡到達的地方越遠,影響越大,以快速增長的半球形式向外擴散。

「衝擊波」實際上是空氣經過無限壓縮後形成的 「超壓縮氣體」,這時它的密度變得很大,這就意味著 將本來稀鬆的空氣壓成了一把「鐮刀」,而這把鐮刀會隨著擴散的范圍不斷擴大,蕩平沿途存在的一切物體。

假如人體接觸到這個衝擊波,那麼肯定是會被震碎的,毫不誇張地說, 如果能量足夠大,瞬間就能使人體灰飛煙滅,這大概就是所謂的 「物理超度」吧。根據計算,當聲音的音量到達 300分貝的時候,其釋放的能量相當于 4億顆核彈同時爆炸,所以因為音量形成的「巨大聲波」實際上和核彈並沒有什麼區別,唯一的區別大概就是核彈有輻射,而 聲波的衝擊波沒有輻射

不過科學家表示雖然地球表面的最大聲音為194分貝,但是可能在宇宙當中會存在更大的聲音。從理論上來說,只要 大氣的密度越大,那麼壓力波的振幅范圍就會越高。因此假設宇宙中有這樣的地方存在,那麼那裡的音量應該是更加驚人的。值得一提的是, 還好宇宙是真空的,聲音並沒有辦法在其中傳播,不然我們可能會被「吵死」

畢竟宇宙當中所有在運動的物體實際上都會發出聲音,只不過這個聲音被真空罩自動遮罩了,假如沒有真空罩,我們位于地球將時刻遭受宇宙噪音的侵擾, 其音量約為100分貝

地球上出現過的最大聲音

距今為止,在有記載的資料當中, 地球上出現過的最大聲音源于一場火山爆發。1883年時印尼巽他海峽當中的喀拉喀托火山發生了爆發,發出的聲音在 5000公里以外的地方都能聽見,就好比火山在泰國爆發,但是在北京都能聽見這個聲音一樣。

整個島嶼在強大的聲波當中完全被摧毀,爆發產生的次聲波可以環繞地球三圈還多。聲波帶來的巨大能量雖然不像我們上文中所描述的「高密度聲波邊界」那麼恐怖,卻還是掀起了滔天巨浪。 這次火山爆發引發的海嘯使得36417人喪生,整個地球平均降溫0.6℃

我們知道, 當聲音傳進耳朵的分貝值高于150時,就會對我們的聽力造成不可逆轉的損傷。根據計算,當時距離火山 100英里以外的地方,聲音仍舊高達 172分貝,這與我們上文所說的抹香鯨發出的聲音差不多了,在這種情況下, 人類不僅會失聰,還有可能被「震死」。距離聲源500公里左右的地方,混凝土牆也被這聲音給震碎了。

可見,當聲音達到一定的強度時,真的就變成了 「殺人兇器」,並且這種遠距離的傳遞使人避無可避。這就要感歎一句還好宇宙環境是真空的,不然 頻繁的星體撞擊發出的聲音估計能使地球近一半的人瞬間失聰,實在是太可怕了。

聽不見的聲音

我們人類耳朵能聽見的聲音其實是很有限的, 動物界的一些動物擁有比我們更加靈敏的聽覺,比如狗和蝙蝠,它們 能聽到高達16萬赫茲的超聲波,因此它們對于聲音的敏感性實際比人類強很多。這就是即使賊躡手躡腳的進門偷東西,趴在客廳睡覺的狗也能聽到的原因吧。

值得一提的是波長非常短的超聲波,雖然無法被我們的耳朵捕捉到,但是卻可以用于醫學和工業領域,甚至是我們的生活當中。比如說 使用超聲波進行洗牙,能夠有效地清洗牙垢。或者說在工業當中,會製作超聲波液位計和超聲波流量計。

總之,超聲波和次聲波在我們的生活當中都有被利用到,雖然我們無法聽見它們,不能將它們定義為「聲音」,但是 對于它們做出的貢獻還是要表示肯定的

結語

到這裡,相信大家對聲音的上限為什麼是194分貝這一問題有了大概了解,也知道了當超過能量極限時,看起來 沒什麼殺傷力的聲音會變成蕩平一切的衝擊波,其威力和核彈不相上下

可見, 武俠小說當中描述的「獅吼功」能將人震倒或者致死其實是有科學依據的,不過現實當中怕是沒有其中描述的那種武林高手,能發出這麼響的聲音,即使能發出,作為聲源體的她可能也會先被自己的聲音震暈過去吧!




用戶評論