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为何最大声音是194分贝?声音若超过能量极限,会变成什么?

随着智能手机的普及,耳机也成为了现代人必不可少的数码设备。当我们乘坐地铁或者公交车时,会发现大部分人都戴着耳机,尤其是现在的无线耳机还具有降噪的功能,能够有效地屏蔽周围的声音,使得人们即使身处闹市依旧能沉浸在自己的“音乐世界”当中。

不过不少医生指出长时间的佩戴耳机会使听力受损,尤其是耳机音量较大时,超过一个小时就会使听力受到影响。除了耳机中的声音,其实在生活中也存在各式各样的声音,不论是夏季静夜里池塘边的蛙鸣,还是楼下商贩的叫卖声,都为我们的生活增添了不少烟火气。那么,这个世界上最大的声音有多大呢?

为何最大声音是194分贝?声音若超过能量极限,会变成什么?

科学家经过研究测试,发现目前最大的声音为194分贝,这是地球空气中声音的极限。假如超过了194分贝后,声音又会变成什么样子呢?那种声音被人类听到的话,会发生什么可怕的事情?

声音是什么?

声音实际上是由物体振动产生的声波,它需要依靠介质才能传播,如空气、固体及液体等,经过这些介质的作用后我们的听觉器官就能感知到这种波动现象,因此声音实际上是声波通过多种介质传播形成的运动。不过,我们人耳能够识别的声音频率在20赫兹到20000赫兹之间,我们常常将能听到的这一类称为声音。至于我们耳朵捕捉不到的,如超声波和次声波,通常不叫声音。

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在物理学中,一般会把发声的物体称为声源,而这个物体每一秒的震动次数叫做频率,其单位是赫兹,人耳对200赫兹到800赫兹之间的声音感触最敏感。声音在不同的介质中传播的速度也不同,一般来说在固体中大于液体,传播最慢的介质是气体,此外介质的温度对声音传播速度也有影响。

而没有介质,声音就无法传播,比如太空当中的环境就是几乎完全真空的,因此假如我们利用地球上的通讯方式和飞船上的宇航员建立联络是行不通的。换言之,即使人类制造出一个巨大的“音响”,在太空中放音乐,都不会有任何声响出现。

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声音在0℃空气中的传播速度为331米/秒,在25℃的海水当中则可以达到1531米/秒,铁棒中的传播速度高达5200m/秒。

声音也可以称为一种压力波,当人们演奏乐器、拍打一扇门或者敲击桌面时,它们的振动会引起介质——空气分子有节奏地振动,使周围的空气产生疏密变化,形成疏密相间的纵波,这就产生了声波,这种现象会一直延续到振动消失为止。

振幅和频率是描述声音的两个重要的单位,并且也是最容易搞混的。频率的大小与音高对应,振幅的大小则与响度对应。音高并不等同于响度,就像我们在听合唱团演唱时,并不是所谓的男高音“音量”就会显得更大。

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声音的大小其实是我们主观的感受,比如老师讲课讲到重点时音量就会有显著的变化,是为了提醒大家集中注意力。音量的大小是由人距离声源的远近和振幅共同决定的,振幅的大小和音量呈正比,距离则呈反比,距离越远响度越小。比如,你在酒吧音响旁站着必然感觉“震耳欲聋”,你走出去后虽然觉得声音依旧很大,但是就不再会有那种极端的感受了。

声音的上限194分贝

在具体介绍声音上限为何是194分贝之前,我们需要先来了解一下分贝这个单位,毕竟有很多人分不清频率和振幅,连同这二者的单位也搞混了。分贝这一词是以苏格兰发明家亚历山大·格拉汉姆·贝尔的名字命名的。这一单位(dB)不仅是声压级的单位,也能用来表示功率量之比和场量之比。

为何最大声音是194分贝?声音若超过能量极限,会变成什么?

1分贝是我们耳朵刚刚能听到的声音,而我们说悄悄话时的音量大约有30分贝。飞机起飞时的巨大轰鸣声大约有120分贝,过年时烟花爆竹爆炸的声音则可以达到150分贝。另外分贝单位每增加10dB时,音量强度就会增加一倍。

对于声音而言,分贝实际上是“压强”,并不是能量。分贝定义是L=20log(10)(p/pref),其中pref是20微帕,考虑到空气并不是无限压缩的,所以分贝值在物理学上也是有上限的。

所以我们所说的声音上限194分贝,实际上是在标准大气压之下存在的最大声音。

为何最大声音是194分贝?声音若超过能量极限,会变成什么?

达到这个分贝的声波振幅很大,并且它的低压部分处在真空状态。那么为什么声音的上限是194分贝呢?因为前文我们说了空气并不是能无限压缩的,在更大的压强之下空气早就无法以气态的形态存在了,而是以固态的形式存在。

不过一定有人会疑惑,声音在固态介质当中不是也可以传播吗,怎么“固态空气”就无法传播声音了呢?声音确实能够在固体当中传播,不过这种机械波是无法被人耳直接听到的,至于我们标题探讨的“声音上限”实际上是我们人耳能听到的最大音量,要注意前置条件的限制。因此,地球上并不存在超过194分贝这一数值的声音。

像海洋霸主抹香鲸的声音就能高达230分贝,这个230分贝是基于空气升压强度而计算的,而海水的密度要远远大于空气,因此换到水下大约只有174分贝。如果我们将人类放置在抹香鲸旁边,那么可能在抹香鲸发出声音的瞬间,人体的骨骼就会被震碎,这就是声波的“能量”。

超越能量极限

当声音超过能量的极限时,也就是194分贝的刻度,就会变成冲击波。

为何最大声音是194分贝?声音若超过能量极限,会变成什么?

当声音达到195分贝时,能量就不能在空气中传播,并将空气向外推开,而在中心区域形成真空。超过194分贝的数值越多,真空泡到达的地方越远,影响越大,以快速增长的半球形式向外扩散。

“冲击波”实际上是空气经过无限压缩后形成的“超压缩气体”,这时它的密度变得很大,这就意味着将本来稀松的空气压成了一把“镰刀”,而这把镰刀会随着扩散的范围不断扩大,荡平沿途存在的一切物体。

为何最大声音是194分贝?声音若超过能量极限,会变成什么?

假如人体接触到这个冲击波,那么肯定是会被震碎的,毫不夸张地说,如果能量足够大,瞬间就能使人体灰飞烟灭,这大概就是所谓的“物理超度”吧。根据计算,当声音的音量到达300分贝的时候,其释放的能量相当于4亿颗核弹同时爆炸,所以因为音量形成的“巨大声波”实际上和核弹并没有什么区别,唯一的区别大概就是核弹有辐射,而声波的冲击波没有辐射。

不过科学家表示虽然地球表面的最大声音为194分贝,但是可能在宇宙当中会存在更大的声音。从理论上来说,只要大气的密度越大,那么压力波的振幅范围就会越高。因此假设宇宙中有这样的地方存在,那么那里的音量应该是更加惊人的。值得一提的是,还好宇宙是真空的,声音并没有办法在其中传播,不然我们可能会被“吵死”。

为何最大声音是194分贝?声音若超过能量极限,会变成什么?

毕竟宇宙当中所有在运动的物体实际上都会发出声音,只不过这个声音被真空罩自动屏蔽了,假如没有真空罩,我们位于地球将时刻遭受宇宙噪音的侵扰,其音量约为100分贝。

地球上出现过的最大声音

距今为止,在有记载的数据当中,地球上出现过的最大声音源于一场火山爆发。1883年时印度尼西亚巽他海峡当中的喀拉喀托火山发生了爆发,发出的声音在5000公里以外的地方都能听见,就好比火山在泰国爆发,但是在北京都能听见这个声音一样。

为何最大声音是194分贝?声音若超过能量极限,会变成什么?

整个岛屿在强大的声波当中完全被摧毁,爆发产生的次声波可以环绕地球三圈还多。声波带来的巨大能量虽然不像我们上文中所描述的“高密度声波边界”那么恐怖,却还是掀起了滔天巨浪。这次火山爆发引发的海啸使得36417人丧生,整个地球平均降温0.6℃。

我们知道,当声音传进耳朵的分贝值高于150时,就会对我们的听力造成不可逆转的损伤。根据计算,当时距离火山100英里以外的地方,声音仍旧高达172分贝,这与我们上文所说的抹香鲸发出的声音差不多了,在这种情况下,人类不仅会失聪,还有可能被“震死”。距离声源500公里左右的地方,混凝土墙也被这声音给震碎了。

为何最大声音是194分贝?声音若超过能量极限,会变成什么?

可见,当声音达到一定的强度时,真的就变成了“杀人凶器”,并且这种远距离的传递使人避无可避。这就要感叹一句还好宇宙环境是真空的,不然频繁的星体撞击发出的声音估计能使地球近一半的人瞬间失聪,实在是太可怕了。

听不见的声音

我们人类耳朵能听见的声音其实是很有限的,动物界的一些动物拥有比我们更加灵敏地听觉,比如狗和蝙蝠,它们能听到高达16万赫兹的超声波,因此它们对于声音的敏感性实际比人类强很多。这就是即使贼蹑手蹑脚的进门偷东西,趴在客厅睡觉的狗也能听到的原因吧。

值得一提的是波长非常短的超声波,虽然无法被我们的耳朵捕捉到,但是却可以用于医学和工业领域,甚至是我们的生活当中。比如说使用超声波进行洗牙,能够有效地清洗牙垢。或者说在工业当中,会制作超声波液位计和超声波流量计。

总之,超声波和次声波在我们的生活当中都有被利用到,虽然我们无法听见它们,不能将它们定义为“声音”,但是对于它们做出的贡献还是要表示肯定的。

为何最大声音是194分贝?声音若超过能量极限,会变成什么?

结语

到这里,相信大家对声音的上限为什么是194分贝这一问题有了大概了解,也知道了当超过能量极限时,看起来没什么杀伤力的声音会变成荡平一切的冲击波,其威力和核弹不相上下。

可见,武侠小说当中描述的“狮吼功”能将人震倒或者致死其实是有科学依据的,不过现实当中怕是没有其中描述的那种武林高手,能发出这么响的声音,即使能发出,作为声源体的她可能也会先被自己的声音震晕过去吧!

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