爲何聲音最大隻有194分貝?這是聲音的能量極限,超過就真要命了
我們的日常生活是一個充滿了聲音的世界,我們可以靠着聲音傳遞信息,也可以聽悅耳的聲音來舒緩心情,還可以靠着聲音來躲避危險。
聲音幾乎無處不在,可以是自然界中的風聲和鳥叫聲,也可以是大街上的汽笛聲,還可以是手機上播放的聲音。
這些聲音中,一部分是人們需要和喜歡的聲音,還有一部分對人們來說,是讓人討厭,非常刺耳的聲音,被稱爲噪音。
人們喜歡的聲音都有一個特點,那就是分貝比較低,而那些讓人討厭的噪音,大多分貝都比較高。那麼地球上最高的“噪音”能夠高到什麼程度呢?
根據科學家實驗得知,地球上最大噪音,可以達到194分貝,這是聲音能量極限了,那麼是否可以超過這個分貝,超過又會發生什麼呢?
聲音的本質是什麼?
想要知道聲音最高分貝爲何只能到達194分貝,那麼就需要了解聲音的本質是什麼。實際上聲音的本質就是“振動”。
當物體掉落在地面上的時候,會發生巨響。這是因爲物體掉落後,會與地面會產生振動,這種振動會傳遞給臨近的空氣中的粒子,而空氣粒子又傳遞給其周圍的空氣粒子,就這樣一直傳遞下去,就形成了聲波,直到被人耳聽到。
從上面看到,在發出聲音的時候,實際上會產生一些聲波,而這些聲波是一種在介質中傳播的機械波。
由於傳遞物體的密度不同,聲音傳播的速度也不相同,理論上介質密度越大,傳播的速度也就越快,這是因爲密度大的介質,在“振動”的時候,相互間的粒子間隔距離更短,所以聲音傳播效率更高。
聲音在空氣中傳播速度是340米/秒左右,在密度更大的水中,傳播速度是1500米/秒左右,而在密度更加大的鐵中,傳播速度是5200米/秒左右。
由於聲音傳遞的過程中,振動的粒子向外運動傳遞能量,會擠壓周圍的粒子,形成壓強增大的區域,就是也就是壓縮區域。
而壓縮後就形成了壓力,這也被稱爲“聲壓”,一般的聲壓單位是帕斯卡(Pa),聲壓的大小與聲音的強度是成正比關係,聲壓越大,意味着傳遞的能量越多,那麼聲音的強度也就越大。
理論上來說,聲壓越大,那麼聲音也就越大,但是在現實生活中,人們不用聲壓來表示聲音的大小,而是用另外一個單位,也就分貝(dB),這是爲何呢?
爲何聲音會用分貝來表示大小
雖然聲壓是用來描述聲音強度非常準確,但是對於人類的感受來說,卻沒有那麼明顯。
例如:一輛數米開外汽車經過的聲音大約產生0.2帕,而煙花爆炸的聲音產生200帕,雖然煙花爆炸的聲音確實大上一些,但是從聲壓上來看,就要大1000倍,這顯然與人類感知不太相同。
所以,就有了分貝這個單位,不過分貝也是在聲壓的基礎上計算出來,相互間是對數的關係。下面是聲壓轉換成分貝的公式。
通過這個公式,就可以計算出汽車的聲音大約是80分貝,而煙花爆炸的聲音大概100分貝。理論上,每增加10分貝,聲音的強度就增加了10倍,而人耳在感知聲音強度的時候並非線性的,與實際情況有些很大的出入。
所以,每隔10分貝,實際上人耳能夠感知的強度是兩倍左右,也就是說煙花爆炸的聲音強度,實際上是汽車聲音的20倍,但是人耳的感知大約是4倍左右,這也是符合現實中的人耳感受。
爲何分貝的極限是194呢?
有了分貝這個單位,人們可以更好的理解聲音的強度,也就是聲音的大小。有了這個計量單位,可以看看生活中對應的分貝值是多少。
實際上,人們在日常生活中,能夠接觸到最高的分貝大約就是140分貝了,那麼是否可以想辦法弄出更大的聲音,也就是最大的分貝呢?
答案是不能
這是因爲聲音是靠介質來傳遞振動的能量,而當聲波的能量達到極限的時候,就會發生“聲壁”效應。這是因爲聲波的能量過大,會使空氣中的分子發生劇烈的碰撞,被擠壓在一起,從稀疏的狀態變成了緻密的狀態。
這個過程就好像很多人進入商場,前面人走的慢,周圍一圈圈過來的人被後面人推着走得快一些。這個時候,就會在商場門口人就會聚集起來,形成一個巨大的人牆,當所有人都過來後,周圍就沒有人了,而人全部都聚集在商場門口。
那麼附近就沒有一個人,就像空氣中沒有粒子一樣,就變成了真空狀態,而在真空狀態中,聲音是無法傳播的。
而當所有人都想進入商場,但是商場門口太小,不斷有人擠壓,在積攢足夠能量的時候,就會把商場的玻璃門擠破,全部衝入到商場中。這就好比空氣粒子在巨大的能量下,積攢能量後,會瞬間釋放出來,就形成了衝擊波。
而衝擊波的裡面,形成一個圓形的“真空泡”,以真空泡的方式向外輻射,釋放的能量越大,這個真空泡的範圍也就越廣,直到能量衰減後,無法維持真空泡的狀態,聲音纔會傳遞下去。
因此,原子彈爆炸時候,爆炸中心點理論上的分貝是200,但是,即便你可以抗住原子彈的爆炸威力,也無法聽到聲音,因爲在巨大的能量下,聲音根本就無法被傳遞下去,而是以集中到一起,形成巨大的衝擊波,橫掃一切。
實際上,人類能夠聽到原子彈爆炸的聲音,是經過了很遠的距離,衝擊波能量衰減後的聲音,而不是原子彈爆炸的真正聲音。
根據科學家預測,地球上,最大的一次聲音,可能就是通古斯大爆炸了,這次大爆炸釋放巨大的能量,相當於2000萬噸TNT的當量,2150平方公里的樹木全部被摧毀,這與原子彈爆炸時候的情形一樣,人類在中心點根本就無法聽到聲音,直到能量衰減後,2250公里外的人還能夠聽到巨大的聲響。
結語:
所以,從聲音的分貝數來看,分貝數不是無限大下去的,這是因爲聲音與聲壓是對數關係,也就是說聲壓決定了聲音分貝的大小。
但是當聲壓大到一定程度的時候,就會形成衝擊波,而衝擊波的裡面是真空狀態,而真空中沒有介質,所以無法聽到聲音。只能夠根據其釋放的能量,推斷出中心的聲壓是多少,計算數理論上聽不到的分貝數。
所以,聲音的理論分貝數是194分貝,超過這個數值,聲音就無法傳播,也聽不到了,而一旦真的能聽到194分貝的聲音,那就意味着,在釋放能量的中心點,一個釋放如此大能量的中心點,以人類的強度來說,那是真的要命了。