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为什么声音最大只有194分贝?如果声音超过194分贝,会发生什么?

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声音的大小有上限吗?对于这个问题,有一种常见的说法就是,声音的大小确实存在着上限,而这个上限就是194分贝。那么为什么声音最大只有194分贝?如果声音超过194分贝,会发生什么呢?下面我们就来聊一下这个话题。

我们都知道,声音是由物体振动产生的一种波,它能够通过介质传播,并且还能够被我们的听觉系统识别,其频率在20Hz至20000Hz之间(超出这个范围我们就听不到了)。

通常来讲,我们听到的声音都是通过空气来传播的,如果问起声音是以什么样的方式在空气中传播的话,相信有不少人都会认为是下图这样的。

然而事实却并非如此,实际上,像上图这样通过空气分子的上下移动来进行传播的波动被称为“横波”,而空气中的声波却是“纵波”。

如上图所示,声音其实是通过空气的疏密变化来进行传播的,在传播过程中,气体分子振动的方向与声波的传播方向一致,这与弹簧的振动类似。

从整体上来看,这种波动是通过空气的“压缩”和“舒张”来进行传播的,这是一种压强的变化,所以在空气中传播的声波,其实是一种以正常压强为平衡点进行上下波动的压力波,我们可以将其称为“声压波”,并将“声压波”之间的间隔称为“波长”,将“声压波”在高低压之间的振荡幅度称为“振幅”。

我们听到的声音有两个基本的特性,一个是声音音调的高低,这被称为“音高”,另一个则是声音的大小,这被称为“音量”,其中“音高”是由“声压波”的波长来决定的,波长越短,声音的单调就越“高”,反之就越“低”,而“音量”则是由“声压波”的振幅来决定的,振幅越大,声音就越大,反之亦然。

由此可见,“声压波”的最大振幅对应的就是声音的最大值,在给定条件下,这是可以计算的。

对于在地球表面常温空气中传播的“声压波”而言,正常压强就可以认为是1个标准大气压,所以“声压波”的高压分量和低压分量的平均值就是1个标准大气压,比如说假如高压分量是1.001个标准大气压,那么低压分量就是0.999个标准大气压。

很明显,当高压分量达到2个标准大气压时,低压分量就为零,由于此时低压分量已经不存在更低的值,因此这就是最大振幅了。也就是说,在地球表面常温空气中的“声压波”的最大振幅就是2个标准大气压,换算一下就是202650Pa(帕斯卡)。

在声学领域中,“分贝”(db)是描述声压级的计量单位,下图为一些常见声音的分贝级别。

分贝的计算公式为:“Gp = 20 x log(10)P/P1”,其中“log(10)”是指“以10为底的对数”、“P”是指实测声压、“P1”是指参考声压,一般将其取值为0.00002Pa,因为这是人类听觉系统能识别到的最小声压,据此我们就可以计算出,202650Pa对应的就是194分贝。

通过以上的介绍我们可以看到,所谓的“声音最大只有194分贝”是有条件的,其实这种说法应该严谨地表述为:“在压强为1个标准大气压的常温空气中传播的声音,其音量最大值为194分贝”。

所以对于“如果声音超过194分贝,会发生什么”这个问题,我们也应该加上一个前提条件,即:“声音在压强为1个标准大气压的常温空气中传播”。

在此条件下,如果声音超过194分贝,就意味着“声压波”的高压分量超过了1个标准大气压,而低压分量则为零,这样一来,就不可能形成以1个标准大气压为平衡点进行上下波动的压力波,声音也就不再是严格意义上的“声音”了。

在这种情况下,高压分量就会将空气向外推开,进而形成一个持续扩张的“气泡”,超过194分贝越多,“气泡”的扩张速度就越快,影响范围也就越广。

这种“气泡”的外侧是一个由超压缩气体构成的边界,当这个边界扫过障碍物时,超压缩气体就会将自身的能量倾泻在障碍物之上,从而对其造成一定程度的破坏,而随着这个过程的持续,“气泡”的能量将逐渐减小,直到最终消失。

实际上,在一些爆炸场面中,我们常常可以看到这种现象,通常来讲,我们将其称为“冲击波”,因此可以说,在压强为1个标准大气压的常温空气中,如果声音超过了194分贝,就会转变成冲击波。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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