为什么声音会有最大值?如果超过能量极限,声音会变成什么?

发表于:01-20 09:37

阅读:1052

原标题:为什么声音会有最大值?如果超过能量极限,声音会变成什么?

相信很多人都听过“

狮吼功”

这门武林绝学,它运用发声吐气的方法让敌人瞬间失去战斗力,仅靠声音就能够让对方不战而败。

今天我们讲述的主题便跟这门功夫有关,它就是

“声音”。

声音的形成与传播

物体振动时会产生声波,它们通过介质(气态、液态、固态)向外界传播,在被人和动物的“听觉器官”感知之后,就形成了“声音”。

在大部分人的认知之中,声波的传播过程就像是

“一个波浪”

,类似于这样。

但事实上并不是,声波的传播其实是以纵波的形式进行

它是一个处于

“正常压强”

中,上下波动的

“压力波”

压力波的振幅越高,波长就会越短,音高则会变高,我们常会用“赫兹”来计量振幅的频率,我们耳朵的构造,所能听到的频率在20赫兹到20000赫兹之间,不过每个人的听觉底线并不相同。

有的人可以听到低于20赫兹的声音和高于20000赫兹的声音,但是超过20000赫兹的声音,对我们的身体并不健康。

当你听到超过20000赫兹的声音时,就会感觉各种不同的噪音灌入你的耳朵之中,这会引起头晕、耳鸣等等一系列不适的反应。

因此按照常理来讲,声音变大只有可能听不见,不可能会有

“最大值”

,因为能量越大,振动越强,波长变短,声音就会越大。

那么

“最大的声音是194分贝”

这种说法的根据是什么呢?

分贝

在解答之前,我们首先要知道“分贝”的概念,

分贝是用来测量声音的单位

,它是以美国发明家亚历山大·格雷厄姆·贝尔,的名字而命名的,电话就是这名发明家的作品。

在最开始的时候声音的单位是“贝尔”,而不是现在的“分贝”,但是贝尔的单位实在太过于粗略,单位太大了,不方便人们描述声音的响度,于是才定义了新的单位“分贝(db)”,它全称为

“decibel”

,它在拉丁文中的含义为

“十分之一贝尔”。

在拥有了它之后,人们可以更好地来形容声音的大小,并且将它们分为了以下几种程度。

在这里要提一点

:对于分贝单位的大小来讲,每增加10分贝,音量就会比之原来增加一倍

,所以显示的数字虽小,但是它们却是完全不同的音量,因此不要小看194分贝,它所包含的能量非常大。

为什么声音会有最大值

在上述之中讲到,声音的传播需要“介质”,因为声波的产生必须要借助

“介质分子之间的碰撞”。

而声音的大小则是介质的压强大小在基础状态中上下振荡的幅度,也就是“空气的挤压与拉伸”。

当声压达到低压区的最理想状态“真空”时,“真空”中并没有粒子,无法振荡,没办法产生声音。

此时声波纵波的振荡达到了最低点,那么与之相对的最高点,也无法在变高,如果再高就不符合声波“

平衡位置附近振动”

的形成基础了。

因此声音是有最大值的,并且是可以通过计算来得出,当振荡处于最低点达到真空时,此时的振幅等于标准大气压强(101325帕斯卡)。

振动时气压的压强最小值为0帕斯卡,振幅的最高点为2倍的标准大气压,也就是(202650帕斯卡)。

运用分贝的运算公式:Gp=20×lgP/P0,我们可以得出此时的声压级为194分贝,因此理论上来讲,在地球的标准大气压强下,声音不可能会超过194分贝。

一旦超过最大值声音会变成什么

不过这不代表不会发生意外,当能量足够大的时候,声音就会超过194分贝的限制,只不过此时的声音将不再是声音,而是一个

“冲击波”。

当声波纵波的振荡达到了最低点和最低点,声音无法在空气中传播之后,剩余的能量将不会继续在空气中产生振荡,而是压缩空气,推着空气走。

它们会逐渐形成一个

“超压缩气体”,

这个气体会摧毁一切它们所碰到的东西,直到能量消耗完。

如果人处于这个环境之中,“超压缩气体”会无情的碾碎我们身上所有的骨头和器官,根本无法抵抗这股力量。

超过声音最大值的真实事例

人类曾创造过超过“194分贝音量”的事件,它就是发生在二战时期时的

“广岛原子弹事件”,

美国向日本投掷的这枚原子弹,它爆炸产生的能量相当于2万吨“TNT炸药”的能量。

它造成的危害是人类无法抵挡的,人们不仅受到了严重的核辐射,还有爆炸和声音产生的

“冲击伤”。

在1883年8月27日时,大自然爆发了人类历史上最大的火山喷发之一“喀拉喀托火山爆发”,此次爆发了相当于2亿吨“TNT炸药”的能量瞬间释放,这些能量引发了数次地震、海啸,有36000多人死于这场灾难之中。

并且爆炸所产生的音量也非常的大,让远在4800公里之外的毛里求斯岛都可以清楚地听见爆发的声音。

更有一个英国的船长描述道

:他们处于100多公里以外的地方,船上的成员仍然感到耳膜破裂

也就是说此时的声音很有可能已经超过了170分贝,100多公里之外的声音都达到了170分贝,更不用说爆炸中心了。

不仅如此,此次爆炸还产生了强大的

“次声波”

,在上文中我们提到了人耳所能听到的频率在20赫兹到20000赫兹之间,在这个频率之间,叫作

“可听声”,

高于20000赫兹的声音叫作

“超声波”

,低于20赫兹的声音是

“次声波”。

在这里要讲述一个小知识:

声音的频率会引起共振

我们在电视中,可以看到一些声乐家用声音震破玻璃,这就是因为声音的频率和固体本来拥有的频率相近,引起了共振,从而震碎了玻璃。

而“次声波”的频率和人体器官的频率十分的相近,也就是说长期处于这个环境我们的身体里的器官,会与次声波发生共振,它们会危害到我们的身体。

结语

综上所述,在地球正常的气压之下,声音最高只能达到194分贝,如果超过了这个数值,声音就不会在只是纯粹的声音了,而是“冲击波”。


APP下载