如果聲音超過能量極限,會變成什麼?為何說其最大值為194分貝?

2022年09月02日13:01:27 科學 1870

大家印象中最大的聲音是什麼發出的?有人可能會說是輪船的鳴笛聲,或者是舞廳音響發出的聲音,或者是過年時爆竹發出的聲音。

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「我怕除夕的鞭炮太吵……」

這確實是我們在日常生活當中能夠聽到的較大的聲音,不過與聲音的極限值相比還是差了很多

那麼,為什麼聲音的最大值是194分貝呢?如果超過能量極限,聲音會變成什麼?接下來,就讓我們一起來看看「聲音」的產生與傳播,以及它的威力。

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你真的了解「聲音」嗎?

聲音的產生與傳播

聲音的產生是由物體的振動產生的,有些振動我們可以明顯地看出,比如被撥動的琴弦,但是有的振動卻很微弱,難以被觀察到。但不論怎麼說一旦物體的振動停止,那麼發聲也就停止了。

當然人類的聽力在自然界中並不算多強大,我們只能聽到頻率在20到20000hz之間的聲音,這個頻率指的是物體一秒鐘之內振動的次數。不過即使物體振動得再快,聲音也需要介質才能進行傳播,並且傳播速度在不同介質當中是不一樣的。

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聲傳播也會受到介質的影響

一般來說不安波的速度固體大於液體大於氣體,而到了宇宙那種真空環境中時,聲音就無法傳播了

所以人們在宇宙中接收到的信號,肯定不會是聲音,換句話說,整個宇宙空間其實都是寂靜無聲,就連恆星死亡的爆炸,也是一場靜默的「煙花秀」。

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寬闊而靜謐的宇宙

好在地球的各處都有著空氣,空氣可以作為傳播聲音的介質,讓人類聽見聲音。不然想像一下生活在一個一片寂靜的環境當中,想必還是很崩潰的。再者,聲音對於溝通來說也很重要。

此外,聲音有不少特性比如響度、音調、音色等,咱們今天所說的聲音最大為194分貝的情況,其實指的就是聲音的響度

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聲音響度是人對聲音大小的一個判斷量

這種響度往往是由振幅和人距離聲源的遠近所決定的,比如你站在火山口旁邊聽到其爆發產生的聲響和幾十公里之外聽到的聲響有著明顯的區別。

那麼,為什麼聲音會存在194分貝的這個上限呢?如果說聲音超過了這個上限將會變成什麼呢?

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聲音在傳播過程中會越來越弱

聲音的上限是194分貝

咱們在上文中介紹聲音必須要依靠介質傳播,這就導致它會有一個極值。因為空氣當中粒子振動得越強烈,就會讓聲音的分貝值越高,但是當其達到194分貝的這個限值時,能量就會爆發並且構成一個「真空的狀況」

而眾所周知,真空當中聲音是無法傳播的,所以這時就是聲音的上限。

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看來聲音確實存在著上限的

如果大家還是無法理解,不妨就從空氣被壓縮的情況來考慮,因為空氣無法被無限壓縮,所以分貝是存在上限值的

但是需要注意的是,這裡所說的194分貝指的是在標準大氣壓之下的最大聲音,在其它環境之下,聲音是可以達到更大分貝的。

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標準大氣壓約為101.325kPa

許多人可能會說甭管上限是多少分貝,這麼大的聲音我們應該都沒聽到過。實際上,我們對地球標準大氣壓之下194分貝的聲音好奇也很正常,但是我們的耳朵也確實承受不住這樣的聲音,因為當聲音的分貝值大於150時,就會對人的聽力造成損傷了

所以想聽到194分貝的聲音,在沒聽到之前應該就聾了

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聲音分貝示意圖

那麼,當聲音超過194分貝的限值的時候,會變成什麼恐怖的東西呢?

大家可以先回憶一下《功夫》當中的經典片段,包租婆在施展獅吼功的時候,就讓我們見識到了聲音的的恐怖之處。當空氣中的聲音超過能量極限的時候,就會從聲音變為衝擊波

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包租婆施展獅吼功的畫面

這種衝擊波主要是因為能量將空氣向外推開,在推開的過程中,其中心的部分又會形成真空部分。一旦聲音的限值超過了194分貝,那麼這種衝擊波就會出現,而衝擊波的邊緣又存在著被壓縮到極限的氣體

想像一下,當氣體被從疏鬆的狀態擠壓成了密度很大的類似「固體」的存在,聲波就變成了一種武器,在它路過道路上的一切東西都會受到衝擊。值得一提的是衝擊波不僅像剛開刃的刀一樣頗具衝擊力,還由於空氣被壓縮到了一定程度,使得靠的越來越近的分子摩擦的更為劇烈,使得衝擊波的溫度也升高了

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衝擊波的概念圖

因此,超過限值的衝擊波想完成「殺人」還是很容易的。並且,聲音的衝擊波殺人也講究距離的遠近,如果離得遠倒還好,離得近的話可能就直接被「切割」粉碎了。

比如說此前美國在日本投放的原子彈在爆炸之後產生的巨大衝擊波就直接將附近幾公里的地方都夷為平地

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化為廢墟的日本長崎

而19世紀時印尼的火山爆發之後,曾產生過迄今為止人類監測到的最大聲音,不僅直接把附近的一座島給炸沒了,就連傳到160多公里之外,聲音的響度依舊能達到170多分貝,可想而知到底有多恐怖。

據悉,當時生活在附近的不少居民都被這種強大的聲波震傷了,這種受傷可不僅限於耳膜就連體內的內臟都受到了不同程度的傷害

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印尼坦博拉火山爆發概念圖

除此之外火山爆發還會產生次聲波,這種頻率小於20赫茲的次聲波雖然無法被人類聽到,但是由於具備不易衰減和吸收的情況,所以能夠環繞地球好幾圈,就像是一位出色的「馬拉松運動員」。

有人可能會說,還好我們聽不見次聲波,不然不得被這「循環播放」的次聲波吵死。

別看次聲波無法被聽到,但是某些頻率的次聲波卻會和人體器官產生共振,嚴重時依舊可以造成人死亡的

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一定強度的次聲波會刺激人的神經系統

所以,千萬別小瞧火山爆發的威力,除了看得到的火山灰,離得近才感受到的聲波,還有多角度環繞的次聲波,這些都是「隱形殺手」。

比如說2022年初噴發的湯加火山,在噴發八個半小時之後,距離火山噴發位置10151公里的昆明次聲台陣都記錄到了超強的次聲波信號,傳播的速度大約為321米/秒

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湯加火山爆發畫面

值得一提的是,除了這種自然災害或者人為製造的爆炸可以發出很大的聲音以外,在自然界當中有不少動物也有著「獅吼功」的本領。

聲音很大的動物們

首先來說一種體型很小但是分貝很強的動物,那就是老虎槍蝦

不過別誤會,這傢伙不是用嘴發出聲音的,而是用自己的鰲夾射出水柱,製造出一個氣泡。當這個氣泡破裂的時候,就能夠產生一個大於200分貝的衝擊波,對2米內的某些生物展開殺戮

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自帶「子彈」的老虎槍蝦

其次就是最喜歡在海里唱歌的藍鯨有時候它們的聲音甚至能達到188分貝,如果你恰好在藍鯨的身邊,可能就直接被這聲音震碎了。

還好鯨魚只在海洋中歌唱,生活在陸地上的我們不會常常面臨「震耳欲聾」。

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藍鯨的聲音可傳播到1600公里之外

最後就是每個夏天都在樹上叫個不停的,相信不少人童年記憶中的夏天都有蟬鳴。

雖然現在大家都說那代表了一段記憶,但是還是會被刺耳的蟬鳴吵得很煩躁。根據科學家的觀察,蟬鳴的響聲有時候能達到100多分貝,這不亞於KTV當中音響播放音樂時的強度了。

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雄蟬是通過腹部的發音器官來發聲的

總的來說,自然界確實有著「海納百川」的胸懷,這麼多有著不同特性的生物共同生活在這裡。並且,大家似乎隔著某種「屏障」,一般都互不打擾。而且似乎就連宇宙也意識到了這一點,所以還將宇宙空間變為了真空,幫我們屏蔽了恆星活動時發出的巨大響聲。

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