欢迎访问【山东大途声学环保科技有限公司】官方网站!
山东大途声学环保科技有限公司官网
15866636767

声音最大能有多大

发布时间:2019-11-14 作者:大途声学 点击次数:

在大家的意识中,声音可能是我们听到的一种“东西”。但通过物理学习我们可以知道,声音是一种波,声波正是振动在物质中传播的形式。波长越短,音高越高。而我们所说的声音的音量就取决于压力波的振幅。大家有没有想过声音最大能有多大这个问题,下面让我们一起来探讨下这个问题的答案。

1574410448(1).png

像这个样子的波被称为横波,横波的每个粒子上下移动形成类似于蛇爬行的蜿蜒形状。 事实上,声波更加像蚯蚓爬行的情形。


1574410603.png

 

像蚯蚓一样通过不断压缩和舒张而移动的波被称为纵波。两种形式的波都可以在弹簧中传播:

 

1574410603(1).png

 

声音由一些物质产生的纵波开始,就像这样

1574410603(2).png


以上模型就描述了声音的传播方式(当然,真实的声音并不是由振动的球体来描述的)。在这个动画中,声音由左边振动的灰色棒生成,这个棒可以是声带,吉他的弦,也可以是持续倾倒到河流中的瀑布。通过观察红点,可以看出,虽然波在向一个方向移动,但是每个独立的粒子都在模仿着灰色的棒在来回移动。

 

 波在向一个方向移动,同时每个独立的粒子也都在来回移动,声音是一种在正常压强周围上下波动的压力波,而不是弯曲的蛇形波。

 1574410603(3).png


波不仅仅能通过空气传播,还能通过液体和固体传播——在地震中发生的大部分震动都是由于巨大的声波在地球上的传播引起的(这种情况下,断层的运动就像上述动画中灰色和红色的条一样)。

 

怎么判断声速的大小呢?这依赖于在给定的介质中压力波的传播速度,像空气一样流动性更强的介质是高度可压缩的,所以波传播很慢,水可压缩性差,从而能更少地阻碍波的减速,因此波速更快。就像两个人之间伸着一条弹簧一样,一个人在弹簧的一端推向另一个人时,要过段时间另一个人才能觉察到这股力,但是,如果两个人拿的是一个扫帚柄的话,一个人推动的话,另一个人立马就能感受到,因为扫帚柄是难以压缩的。(在此例中,空气可以对比弹簧,水可以对比扫帚柄)

 

所以声音在空气中的传播速度大概是其在水中传播速度大小的四分之一,而在水中的传播速度只是在在固体中(比如说铁)传播速度的四分之一。

 

回到我们自身的听力来说。耳朵可以说是一种进化的创新,它能够使我们记录周围的声音并将其转变为信息——如果没有耳朵,对人类来说,大多数声波是难以觉察到的,只有部分最为响亮的声音会反映为我们皮肤上的振动。耳朵赋予了我们一种神奇的能力,其能够以非常细微的方式感受到微小的声音,并告诉我们声音的位置和它的含义,使我们能够相互交流。人类之间的交流最主要的形式为:我们的大脑通过复杂的空气压模式向另一个大脑发送信息。 

无论如何,耳朵可以分辨出声音的很多特性,但其中两个最基本的是特性是:音高和音量。

 

音高


音高(pitch)与压力波之间的间隔有关。

 

1574410603(4).png


波长越短,音高越高。人类能够听到的频率为20Hz-20,000Hz。随着年龄增长,你将会失去听到最高音的能力,所以当你听接近20,000Hz的频率时,大多数人可能会听不到任何声音。但是,你会更加轻松地听到这个范围的最低部分。你能听到或者感受到声音的原因,比如说就像音乐中的低音部分,是因为波长很长,其需要1/20s的时间才能让整个波经过你的身体(因此为20Hz)。

 

音量


声音的音量(loudness)取决于压力波的振幅。

对于地球表面空气中的声音,高低压的平均值就是我们正常的大气压——称作1个大气压。所以,声波可能由一个1.0001的高压分量和0.9999的低压分量组成,比之更高的声音可能是由1.01的高压和0.99的低压组成——虽然在这两种情况下,其平均值都是1个大气压。

 我们经常使用“分贝”作为单位来测量音量。它是量度两个相同单位之数量比例的计量单位,不仅仅可以用来做音量单位,还能用于表示功率量之比和场量之比。

 

音量极小值非常小。最微弱的声音比任何人类能够听到的声音都要轻——甚至比我们最好的仪器能够检测的最小值还要小。但是,根据你所处的位置,声音也有其最大值。这种情况的原因主要是由于声音本身不是物质——它是通过媒介传播的压力波。而且,正如前面提到的,声波的高压和低压的平均值是介质的正常压力。音量受限于其最低压只能到零压——即真空。由于低压不能再低,因此在给定的条件下,声波的最大振幅取决于其声音的最大值。

根据实验,地球上可能存在的最大的声音是194dB,这是指正常情况下地球上不存在超过这个音量的声音。但在特定情况下也可能出现超过194dB的声音。当能量足够大时,其将超越194dB的限制,虽然其最低压已经到达了绝对真空的零压,但其高压会让声音超过194dB。在194dB时,波的峰值在正常压的两倍和真空之间交替出现——但是一旦达到195dB,能量不能在空气中传播并将空气向外推开而在中心区域形成真空。广岛和长崎爆炸的声波强度超过了200dB。

  在海洋、在陆地或者其他行星上也可能有比194dB更高的声音。比如说,我们太阳系中某处有着比地球中更加致密的大气,其允许更高的压力波振幅,还有更加令人难以置信的强风和强风暴,那里有很多的机会制造更大的声音。

  我们曾在中学课本中学到过,声音不能在真空中传播。所以太空中基本都是安静的。因为声音是物质产生的压力波,如果没有物质的话,就没有声音。虽然其可能会有巨大的热量、辐射以及力,但是对于近距离观察的人类来说,所有的一切都是死寂的。

  如果,假设宇宙中充满了空气,所有的物体都会发出声音,这意味着在地球上,无论什么时候,无论在哪里,我们都会听到100dB的声音。所以说,声音不在真空中传播是一件非常幸运的事情。



标度在194dB的大小处停止,因为地球上不存在超过这个音量的声音。但是我们可以通过两种方式来超越这个值。

 

冲击波

 

当能量足够大时,其将超越194dB的限制,虽然其最低压已经到达了绝对真空的零压,但其高压会让声音超过194dB


194dB时,波的峰值在正常压的两倍和真空之间交替出现——但是一旦达到195dB,能量不能在空气中传播并将空气向外推开而在中心区域形成真空。超过194dB的分贝越多,真空泡到达的地方越远,影响越大。其以快速增长的半球形式向外扩散。


1574411266(1).png

 

这个真空泡的边缘是一个超压缩气体super-compressed gas组成的边界,当这个边界扫过陆地时,其会扫平途径的任何东西。

 

1574411281(1).png


 

随着真空泡的扩张,其能量逐渐减小直至消失。但是,如果你在此之前遭遇到冲击波时,那绝对不会是一段美好的体验。原因有三:第一,撞到超压缩气体的边界就像撞到砖砌成的墙一样。第二,压缩气体很热。第三,它不仅会撞击你全身的部位,还会穿过你的身体,如果能量足够大,还会把你的骨头变成粉末,把你的器官变成汤。


关注大途声学,了解更多声学知识

1570765039341014.jpg



上一篇:电梯隔音降噪的治理方法与经验
下一篇:大途声学专业隔声窗