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为何声音最大只有194分贝?这是声音的能量极限,超过就真要命了

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我们的日常生活是一个充满了声音的世界,我们可以靠着声音传递信息,也可以听悦耳的声音来舒缓心情,还可以靠着声音来躲避危险。

声音几乎无处不在,可以是自然界中的风声和鸟叫声,也可以是大街上的汽笛声,还可以是手机上播放的声音。


这些声音中,一部分是人们需要和喜欢的声音,还有一部分对人们来说,是让人讨厌,非常刺耳的声音,被称为噪音。

人们喜欢的声音都有一个特点,那就是分贝比较低,而那些让人讨厌的噪音,大多分贝都比较高。那么地球上最高的“噪音”能够高到什么程度呢?

根据科学家实验得知,地球上最大噪音,可以达到194分贝,这是声音能量极限了,那么是否可以超过这个分贝,超过又会发生什么呢?


声音的本质是什么?

想要知道声音最高分贝为何只能到达194分贝,那么就需要了解声音的本质是什么。实际上声音的本质就是“振动”。

当物体掉落在地面上的时候,会发生巨响。这是因为物体掉落后,会与地面会产生振动,这种振动会传递给临近的空气中的粒子,而空气粒子又传递给其周围的空气粒子,就这样一直传递下去,就形成了声波,直到被人耳听到。


从上面看到,在发出声音的时候,实际上会产生一些声波,而这些声波是一种在介质中传播的机械波。

由于传递物体的密度不同,声音传播的速度也不相同,理论上介质密度越大,传播的速度也就越快,这是因为密度大的介质,在“振动”的时候,相互间的粒子间隔距离更短,所以声音传播效率更高。

声音在空气中传播速度是340米/秒左右,在密度更大的水中,传播速度是1500米/秒左右,而在密度更加大的铁中,传播速度是5200米/秒左右。


由于声音传递的过程中,振动的粒子向外运动传递能量,会挤压周围的粒子,形成压强增大的区域,就是也就是压缩区域。

而压缩后就形成了压力,这也被称为“声压”,一般的声压单位是帕斯卡(Pa),声压的大小与声音的强度是成正比关系,声压越大,意味着传递的能量越多,那么声音的强度也就越大。

理论上来说,声压越大,那么声音也就越大,但是在现实生活中,人们不用声压来表示声音的大小,而是用另外一个单位,也就分贝(dB),这是为何呢?


为何声音会用分贝来表示大小

虽然声压是用来描述声音强度非常准确,但是对于人类的感受来说,却没有那么明显。

例如:一辆数米开外汽车经过的声音大约产生0.2帕,而烟花爆炸的声音产生200帕,虽然烟花爆炸的声音确实大上一些,但是从声压上来看,就要大1000倍,这显然与人类感知不太相同。

所以,就有了分贝这个单位,不过分贝也是在声压的基础上计算出来,相互间是对数的关系。下面是声压转换成分贝的公式。


dB = 20 × log(P / P0)
dB为分贝
P 表示声压
P0 表示参考声压的标准值,通常取值为 20 μPa(声音在气体中传播的标准值)

通过这个公式,就可以计算出汽车的声音大约是80分贝,而烟花爆炸的声音大概100分贝。理论上,每增加10分贝,声音的强度就增加了10倍,而人耳在感知声音强度的时候并非线性的,与实际情况有些很大的出入。

所以,每隔10分贝,实际上人耳能够感知的强度是两倍左右,也就是说烟花爆炸的声音强度,实际上是汽车声音的20倍,但是人耳的感知大约是4倍左右,这也是符合现实中的人耳感受。


为何分贝的极限是194呢?

有了分贝这个单位,人们可以更好的理解声音的强度,也就是声音的大小。有了这个计量单位,可以看看生活中对应的分贝值是多少。

通常微风吹动树叶的声音是10分贝
安静的房间翻书的声音是20分贝
乡村的夜晚是30分贝
城市宁静的街道是40分贝
河流的声音是50分贝
正常谈话的声音是60分贝
闹钟的声音是70分贝
摩托车的声音是80分贝
电钻的声音是90分贝
烟花炸裂的声音是100分贝
航空发动机是140分贝
……………………

实际上,人们在日常生活中,能够接触到最高的分贝大约就是140分贝了,那么是否可以想办法弄出更大的声音,也就是最大的分贝呢?


答案是不能

这是因为声音是靠介质来传递振动的能量,而当声波的能量达到极限的时候,就会发生“声壁”效应。这是因为声波的能量过大,会使空气中的分子发生剧烈的碰撞,被挤压在一起,从稀疏的状态变成了致密的状态。

这个过程就好像很多人进入商场,前面人走的慢,周围一圈圈过来的人被后面人推着走得快一些。这个时候,就会在商场门口人就会聚集起来,形成一个巨大的人墙,当所有人都过来后,周围就没有人了,而人全部都聚集在商场门口。

那么附近就没有一个人,就像空气中没有粒子一样,就变成了真空状态,而在真空状态中,声音是无法传播的。


而当所有人都想进入商场,但是商场门口太小,不断有人挤压,在积攒足够能量的时候,就会把商场的玻璃门挤破,全部冲入到商场中。这就好比空气粒子在巨大的能量下,积攒能量后,会瞬间释放出来,就形成了冲击波。

而冲击波的里面,形成一个圆形的“真空泡”,以真空泡的方式向外辐射,释放的能量越大,这个真空泡的范围也就越广,直到能量衰减后,无法维持真空泡的状态,声音才会传递下去。

因此,原子弹爆炸时候,爆炸中心点理论上的分贝是200,但是,即便你可以抗住原子弹的爆炸威力,也无法听到声音,因为在巨大的能量下,声音根本就无法被传递下去,而是以集中到一起,形成巨大的冲击波,横扫一切。


实际上,人类能够听到原子弹爆炸的声音,是经过了很远的距离,冲击波能量衰减后的声音,而不是原子弹爆炸的真正声音。

根据科学家预测,地球上,最大的一次声音,可能就是通古斯大爆炸了,这次大爆炸释放巨大的能量,相当于2000万吨TNT的当量,2150平方公里的树木全部被摧毁,这与原子弹爆炸时候的情形一样,人类在中心点根本就无法听到声音,直到能量衰减后,2250公里外的人还能够听到巨大的声响。


结语:

所以,从声音的分贝数来看,分贝数不是无限大下去的,这是因为声音与声压是对数关系,也就是说声压决定了声音分贝的大小。

但是当声压大到一定程度的时候,就会形成冲击波,而冲击波的里面是真空状态,而真空中没有介质,所以无法听到声音。只能够根据其释放的能量,推断出中心的声压是多少,计算数理论上听不到的分贝数。

所以,声音的理论分贝数是194分贝,超过这个数值,声音就无法传播,也听不到了,而一旦真的能听到194分贝的声音,那就意味着,在释放能量的中心点,一个释放如此大能量的中心点,以人类的强度来说,那是真的要命了。

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