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聲音最大有多大?

聲音最大有多大?(科學播報) 0:00/0:00
最新發布時間: 2019-09-12
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  在大家的意識中,聲音可能是我們聽到的一種“東西”。但通過物理學習我們可以知道,聲音是一種波,聲波正是振動在物質中傳播的形式。波長越短,音高越高。而我們所說的聲音的音量就取決于壓力波的振幅。

  

  波在向一個方向移動,同時每個獨立的粒子也都在來回移動,聲音是一種在正常壓強周圍上下波動的壓力波,而不是彎曲的蛇形波。(圖片來源:英國南安普頓大學噪聲與振動研究所)

  高低音的音量相同時,較大的聲音在高低壓之間的振蕩更加劇烈,即更大的聲音比安靜的聲音的有著更高的高壓和更低的低壓。對于地球表面空氣中的聲音,高低壓的平均值就是我們正常的大氣壓——稱作1個大氣壓。所以,聲波可能由一個1.0001的高壓分量和0.9999的低壓分量組成,比之更高的聲音可能是由1.01的高壓和0.99的低壓組成——雖然在這兩種情況下,其平均值都是1個大氣壓。

  我們經常使用“分貝”作為單位來測量音量。它是量度兩個相同單位之數量比例的計量單位,不僅僅可以用來做音量單位,還能用于表示功率量之比和場量之比。

  音量極小值非常小。最微弱的聲音比任何人類能夠聽到的聲音都要輕,甚至比我們最好的儀器能夠檢測的最小值還要小。但是,根據你所處的位置,聲音也有其最大值。這種情況的原因主要是由于聲音本身不是物質,它是通過媒介傳播的壓力波。音量受限于其最低壓只能到零壓,零壓就是我們常提到的真空。由于低壓不能再低,因此在給定的條件下,聲波的最大振幅取決于其聲音的最大值。

  根據定義,人耳可檢測到的絕對最微弱的聲音是0dB,我們稱之為“聽覺閾值”。科學家們一直在致力于研究遠低于負分貝的聲音,他們在地球上人造的環境中可以檢測出-9.4dB的聲音,環境安靜到可以聽到人體血液流經你大腦的聲音,當然,我們只能聽到正分貝的聲音。

  根據實驗,地球上可能存在的最大的聲音是194dB,這是指正常情況下地球上不存在超過這個音量的聲音。但在特定情況下也可能出現超過194dB的聲音。當能量足夠大時,其將超越194dB的限制,雖然其最低壓已經到達了絕對真空的零壓,但其高壓會讓聲音超過194dB。在194dB時,波的峰值在正常壓的兩倍和真空之間交替出現——但是一旦達到195dB,能量不能在空氣中傳播并將空氣向外推開而在中心區域形成真空。廣島和長崎爆炸的聲波強度超過了200dB。

  在海洋、在陸地或者其他行星上也可能有比194dB更高的聲音。比如說,我們太陽系中某處有著比地球中更加致密的大氣,其允許更高的壓力波振幅,還有更加令人難以置信的強風和強風暴,那里有很多的機會制造更大的聲音。

  我們曾在中學課本中學到過,聲音不能在真空中傳播。所以太空中基本都是安靜的。因為聲音是物質產生的壓力波,如果沒有物質的話,就沒有聲音。雖然其可能會有巨大的熱量、輻射以及力,但是對于近距離觀察的人類來說,所有的一切都是死寂的。

  如果,假設宇宙中充滿了空氣,所有的物體都會發出聲音,這意味著在地球上,無論什么時候,無論在哪里,我們都會聽到100dB的聲音。所以說,聲音不在真空中傳播是一件非常幸運的事情。

 

原創稿件

制作:西南交通大學 曾子芹

審校:趙崢 北京師范大學物理系教授

參考來源:

[1] https://www.southampton.ac.uk/engineering/research/centres/isvr.page

  


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