為什麼聲音最大只有194分貝?如果聲音超過194分貝,會發生什麼?

网瘾少女 2022/02/19 檢舉 我要評論
 

各種奇聞趣事好電影盡在「電影鋪子」喔!

 

聲音的大小有上限嗎?對于這個問題,有一種常見的說法就是,聲音的大小確實存在著上限,而這個上限就是194分貝。那麼為什麼聲音最大只有194分貝?如果聲音超過194分貝,會發生什麼呢?下面我們就來聊一下這個話題。

我們都知道,聲音是由物體振動產生的一種波,它能夠通過介質傳播,並且還能夠被我們的聽覺系統識別,其頻率在20Hz至20000Hz之間(超出這個范圍我們就聽不到了)。

通常來講,我們聽到的聲音都是通過空氣來傳播的,如果問起聲音是以什麼樣的方式在空氣中傳播的話,相信有不少人都會認為是下圖這樣的。

然而事實卻並非如此,實際上,像上圖這樣通過空氣分子的上下移動來進行傳播的波動被稱為「橫波」,而空氣中的聲波卻是「縱波」。

如上圖所示,聲音其實是通過空氣的疏密變化來進行傳播的,在傳播過程中,氣體分子振動的方向與聲波的傳播方向一致,這與彈簧的振動類似。

從整體上來看,這種波動是通過空氣的「壓縮」和「舒張」來進行傳播的,這是一種壓強的變化,所以在空氣中傳播的聲波,其實是一種以正常壓強為平衡點進行上下波動的壓力波,我們可以將其稱為「聲壓波」,並將「聲壓波」之間的間隔稱為「波長」,將「聲壓波」在高低壓之間的振盪幅度稱為「振幅」。

我們聽到的聲音有兩個基本的特性,一個是聲音音調的高低,這被稱為「音高」,另一個則是聲音的大小,這被稱為「音量」,其中「音高」是由「聲壓波」的波長來決定的,波長越短,聲音的單調就越「高」,反之就越「低」,而「音量」則是由「聲壓波」的振幅來決定的,振幅越大,聲音就越大,反之亦然。

由此可見,「聲壓波」的最大振幅對應的就是聲音的最大值,在給定條件下,這是可以計算的。

對于在地球表面常溫空氣中傳播的「聲壓波」而言,正常壓強就可以認為是1個標準大氣壓,所以「聲壓波」的高壓分量和低壓分量的平均值就是1個標準大氣壓,比如說假如高壓分量是1.001個標準大氣壓,那麼低壓分量就是0.999個標準大氣壓。

很明顯,當高壓分量達到2個標準大氣壓時,低壓分量就為零,由于此時低壓分量已經不存在更低的值,因此這就是最大振幅了。也就是說,在地球表面常溫空氣中的「聲壓波」的最大振幅就是2個標準大氣壓,換算一下就是202650Pa(帕斯卡)。

在聲學領域中,「分貝」(db)是描述聲壓級的計量單位,下圖為一些常見聲音的分貝級別。

分貝的計算公式為:「Gp = 20 x log(10)P/P1」,其中「log(10)」是指「以10為底的對數」、「P」是指實測聲壓、「P1」是指參考聲壓,一般將其取值為0.00002Pa,因為這是人類聽覺系統能識別到的最小聲壓,據此我們就可以計算出,202650Pa對應的就是194分貝。

通過以上的介紹我們可以看到,所謂的「聲音最大只有194分貝」是有條件的,其實這種說法應該嚴謹地表述為:「在壓強為1個標準大氣壓的常溫空氣中傳播的聲音,其音量最大值為194分貝」。

所以對于「如果聲音超過194分貝,會發生什麼」這個問題,我們也應該加上一個前提條件,即:「聲音在壓強為1個標準大氣壓的常溫空氣中傳播」。

在此條件下,如果聲音超過194分貝,就意味著「聲壓波」的高壓分量超過了1個標準大氣壓,而低壓分量則為零,這樣一來,就不可能形成以1個標準大氣壓為平衡點進行上下波動的壓力波,聲音也就不再是嚴格意義上的「聲音」了。

在這種情況下,高壓分量就會將空氣向外推開,進而形成一個持續擴張的「氣泡」,超過194分貝越多,「氣泡」的擴張速度就越快,影響范圍也就越廣。

這種「氣泡」的外側是一個由超壓縮氣體構成的邊界,當這個邊界掃過障礙物時,超壓縮氣體就會將自身的能量傾瀉在障礙物之上,從而對其造成一定程度的破壞,而隨著這個過程的持續,「氣泡」的能量將逐漸減小,直到最終消失。

實際上,在一些爆炸場面中,我們常常可以看到這種現象,通常來講,我們將其稱為「衝擊波」,因此可以說,在壓強為1個標準大氣壓的常溫空氣中,如果聲音超過了194分貝,就會轉變成衝擊波。

搶先看最新趣聞請贊下面專頁

用戶評論