空气中声音不能超过194分贝,水中的声音不超过270分贝,为什么人类能听到的声音有极限?超过194分贝的就不是声音了,它非常可怕!
在日常生活中,我们能听到各种各样的声音,我们通常用声音大小,好听和难听来区别它们。这其中声音的大小就叫音量,代表声音的响度和强度,单位是分贝。
比如我们能听到的最小声音为20分贝左右;正常说话的声音大概在40-60分贝;汽车正常行驶的声音为70-90分贝左右;烟花爆炸的声音大约为140分贝。
那么为什么不同物体能够发出不同的音量呢?拿我们平说话来举例子,我们的声带可以控制嗓门的大小,所以说声带的音量并不是固定的。之所以能够提高嗓门,是因为我们用力控制着声带,让它发出更加剧烈的振动,而声带的振动就会产生声波,声波在空气中传播,会让空气分子同时振动,空气振动越快声音也就越大。
当声音达到最大194分贝的时候,一边的空气分子几乎全部被挤压到了一起,而另一边接近真空。你可以把这个声音传播的范围想象成一个密闭的教室,空气分子就像教室里的桌椅,你说话达到最大分贝的时候,一边的桌椅都被声波推到另一边去了。
由于整个空间里桌椅数量不变,教室的体积也不变,所以两边的空气密度的平均值还是一个大气压。只不过空气的密部气压接近2个大气压,而疏部空空如也,接近于真空状态。所以在桌椅堆积的地方,声音让它们在墙上乱撞,或者互相之间撞击非常剧烈,发出的声音就非常大。
在水中的情况就不一样了,因为水的密度比空气大,简单来说就是在同样大小的教室里面,摆放的桌椅数量更多,发出声音以后,声波在水中的振动幅度更大。所以声音在水中的传播速度更快,且最大音量更大。
声音在空气中传播的速度为330-386m/s,而在水中传播的速度却能有1450m/s。在地球标准大气压下,空气中的声音最大极限是194分贝;在水中,声音最大极限则是270分贝。
那么,为什么声音不能超过这个极限值呢?这是因为在地球上,空气的疏部达到真空就已经是极限了,空间里的分子数量不可能减小到负数,所以在介质中声音振动的频率一定是有上限的。
但是,我们可以不断提高物体振动的频率,制造出超强的声波,它会挤压走空间里的所有分子,所以不再产生声音,而是产生冲击波。冲击波在内部制造出了一个真空区域,并且不断向外扩张,所以如果人在冲击波内是听不到声音的,而且我们脆弱的耳膜还会被破坏,整个人会被冲击波甩出去,或者被瞬间压碎后再甩出去。
由此可见,冲击波实际上已经不再是声音了,它更像是一种能量。太空几乎接近真空环境,就是宇宙大爆炸产生的冲击波制造出来的,所以当太空环境稳定下来以后,我们听不到声音。
即使太空中有一些微量气体和尘埃,但是密度依然太低,导致我们在太空说话的时候,声波振动只能带动几个原子轰击耳膜,就像一根头发落在地上对大地产生的振动一样微弱,使得音量远低于20分贝,人类的耳膜并没有这么敏感,所以听不到这种声音。
也正因此,虽然太阳风的振动很强烈,但是在太空中也发不出多少声音。当然如果你在宇宙中,飞船突然在你耳边爆炸,你大概会听到爆炸声,因为飞船内的气体和碎片会散布在你周围,为声音的传播提供介质。但是随着冲击波将它们迅速冲散,这个声音也仅仅只能持续几秒。
所以在太空中,宇航员们通常要用无线电波通讯,因为无线电可以在真空中传播,只需要带上一个耳机,将无线电波转化成我们听得懂的语言就可以了。我们在宇宙中探听外星人发出的声音也是通过电波的形式。
来源: 科普杂谈