關于聲音，大多數(shù)人對于聲音的了解或者僅在物體震動發(fā)出聲響這一概念中。

當然，這種說法是簡化后的，嚴格意義來講，聲音的形式和表現(xiàn)要比我們?nèi)粘Ｉ钪兴私獾揭獜碗s得多。

在物理學中，聲音可以在空氣、水和固體等介質(zhì)中以縱波的形式產(chǎn)生，在固體中則以橫波的形式出現(xiàn)。

聲源決定了聲波的產(chǎn)生，例如立體聲揚聲器中的振動膜片。

聲音的縱波

聲源在周圍介質(zhì)中產(chǎn)生振動，隨著物體繼續(xù)振動介質(zhì)，振動以聲速從聲源處傳播出去，從而形成聲波。

為什么在這兒我們要闡述一遍關于聲音的基礎物理理論呢？

相信有人注意到文中提及的聲波，這是聲音作為能量的表現(xiàn)形式。

聲波的表現(xiàn)變化會在距離聲源固定距離處，介質(zhì)的壓力、速度和位移上隨著時間變化發(fā)生改變。

處于振動下的波

另外，介質(zhì)的粒子不隨聲波傳播，這在固體傳播中尤為明顯。而我們常說的聲音，則是聲波的直接表現(xiàn)。

介質(zhì)的密度決定了介質(zhì)內(nèi)的聲速，介質(zhì)本身的運動也會影響聲波的效果，最后是介質(zhì)的粘度，粘度會決定聲音衰減的速率。

說回聲波，縱向聲波是交變壓力偏離平衡壓力的波，并導致局部區(qū)域的壓縮和稀疏。

而橫向波，則是變剪切應力與傳播方向成直角的結果。

同時我們也必須注意聲壓的情況，它是由聲波引起的與環(huán)境大氣壓力的局部壓力偏差。

在空氣中，聲壓可以使用麥克風進行測量。

跨音速運動下產(chǎn)生的普朗特-格勞特奇點

聲壓可以體現(xiàn)聲音的強度，在聲波中，聲壓的補充變量為粒子速度，它們共同決定了聲波在聲音中的表現(xiàn)強度。

聲壓等級的表現(xiàn)則用聲壓級來表示，因此我們?nèi)粘Ｉ钪兴v的多少分貝正是描述的聲壓等級。

但需要注意的是，聲壓級是聲音對數(shù)度量有效壓力相對于參考值而言。

根據(jù)聲壓公式我們可以得知，空氣中常用的參考聲壓為p 0 =20 μPa。

一般這是人類聽覺的最低閾值，大約是蚊子飛出3米的聲音。

不同感知響度級別的聲壓與頻率

聲壓等級帶來的變化

接著，我們進一步來了解關于聲音的其他問題。

通過前文的介紹，現(xiàn)在我們可以已經(jīng)空氣中的聲音傳播是縱波。

聲音作為能量表現(xiàn)，聲波有著高壓區(qū)和低壓區(qū)，并且會在其中反復傳遞。

從這張圖中我們可以直觀地了解到聲波的運動狀態(tài)，較暗的區(qū)域表明這些空氣顆粒比周圍的空氣更密集，因為它們有著更高的壓力。

另外圖中的3個紅點標記了單個的空氣粒子，這表明它們本身在波通過時不會移動很遠，而是以來回擺動的方式進行。

行波動畫顯示高壓區(qū)域，然后是低壓區(qū)域

然而在自然界中，聲波不會只向一個方向進行移動，而是朝著所有方向傳播。

在地球上，雖然可以產(chǎn)生任意高壓，但是低壓的環(huán)境不能低于真空，這會限制氣壓振蕩的大小，自然也會限制可持續(xù)聲音的響度。

原因在于空氣的稀薄壓力不能低于此真空，所以持續(xù)狀態(tài)下最響亮的聲音應該在真空和2個大氣壓之間振蕩的壓力波。

聲音會朝向四周散開

所以綜合以上，由于環(huán)境氣壓的偏差，連續(xù)狀態(tài)下的聲音在101.325千帕的壓力偏差下為194分貝。

換句話來講，基于我們所在的大氣壓力下和環(huán)境狀態(tài)中，聲壓的表現(xiàn)不會大于這個值，聲波在這個環(huán)境下不會有更高的振幅，因此聲音在海平面基準下的氣壓環(huán)境中不會超過194分貝。

當然，如果我們將環(huán)境變量和媒介進行改變，聲音的最大值也會發(fā)生改變。

例如在深海中，194分貝甚至不接近最大動態(tài)壓力。

這不僅是因為水中的聲壓參考變成了1微帕，并且環(huán)境壓力也比大氣環(huán)境高得多。

水與空氣的波幅傳播差異明顯

正如前面所說，分貝并不以線性比例增加，而是一個對數(shù)刻度。

舉個例子，100分貝的聲音并不是就比50分貝的聲音大出兩倍。

當一個物體發(fā)出高出10分貝的聲壓時，音量則會高出10倍，當它高出20分貝的時候，則它的音量則會高出100倍，如果高出60分貝，則會高出1000000倍。

單位為 W/m2聲源和動態(tài)指標的分貝

所以聲音的表現(xiàn)在今天才會被作為一門重要的科學，并且體現(xiàn)在現(xiàn)代科學中的方方面面。

有人或許會問，如果大于194分貝會怎樣？

當聲壓的表現(xiàn)超過194分貝，會發(fā)生相當戲劇性的變化。

不過這里面我們同樣也不能忽視環(huán)境差異帶來的影響，例如深海下的抹香鯨的交流聲能夠達到230分貝。

而槍蝦從蝦鉗中噴發(fā)的沖擊波能夠達到218分貝，這足以讓它殺死比自己弱小的獵物。

槍蝦的前肢能夠發(fā)射強大的“沖擊波”

一旦聲音超過194分貝，它的整體表現(xiàn)就會更加強大，額外的能量會開始扭曲整個聲波。

任何超過這個幅度的聲音都更像沖擊波，并且會有相當大的近真空區(qū)域。

這也是原子彈和破壞力極強的撞擊能夠傳遞出如此強大的能量的原因，過于強大的聲壓表現(xiàn)改變了能量形式。

超出聲幅的能量

從物理學和數(shù)學這方面來講，聲音能有這個表現(xiàn)，甚至可以制造出一個黑洞。

盡管這個極其微小的黑洞只會存在極短的時間，但這也足以說明聲音有多么強大。

首先需要說明的是，它不可能在空氣中作為連續(xù)的聲音，正如我們前面所說，所以這看上去更像是一個數(shù)學游戲。

如此夸張的分貝表現(xiàn)也就只有利用數(shù)學了

這意味著它必須是一種沖擊波，可以壓縮到高于大氣壓的壓力，僅是制造一個中子大小的微型黑洞的密度的“音量”級別就需要1100分貝。

正因如此，聲音的表現(xiàn)就不再是之前那么簡單，幾乎是一種純粹的能量，能夠在極小的空間內(nèi)壓縮介質(zhì)。

如果是在大氣環(huán)境中，則需要將5公斤的空氣壓縮為只有質(zhì)子或中子半徑大小。

然而這在物理學上則行不通，因為要想將5公斤的空氣壓縮至這么小的體積顯然不行。

現(xiàn)實中由引力波構建的黑洞聲像

因為黑洞的密度會隨著質(zhì)量的平方反比下降，例如一個50公斤的黑洞有百分之一的一個半徑為5公斤的黑洞密度。

所以，這也不會有足夠的超壓來達到1100分貝。

聲音的表現(xiàn)就是如此強悍，可一旦脫離了環(huán)境本身，聲音也會顯得無能為力，因此我們也記住了聲音不能在真空中傳遞。

對于聲音來講，盡管日常生活中我們不會遇見如此夸張的聲壓表現(xiàn)，但我們?nèi)缘米⒁猱斪陨肀┞对诟叻重惌h(huán)境下，身體是會遭受損傷的。

噪音分布量表

人體在125分貝甚至更低的聲音暴露時就會感到急性疼痛，并且這種損傷會直接損害耳朵的構造，并且造成不可逆的損傷。

另外，只要環(huán)境夠安靜，我們還能夠聽到身體發(fā)出的聲音，例如心跳聲、胃腸道蠕動的聲音。

要說地球上曾經(jīng)出現(xiàn)過的最強音，應當要數(shù)核爆。

正如我們前面所說，聲音一旦超過194分貝，就會成為沖擊波這種純粹的能量。

轟炸機上拍下的爆炸場景

沙皇炸彈的試爆是人類有史以來制造出的最強聲音，基于相關的計算統(tǒng)計，沙皇炸彈爆炸時制造出了224分貝的效果。

如果人暴露在這個環(huán)境下，只需要一瞬間就會被殺死。

所以高強度的聲音不僅會給人體帶來傷害，更是將自己暴露在死亡的風險中。

在世界范圍內(nèi)，人們通常將85分貝規(guī)定為人類聽力的警戒值，這是能夠給聽力帶來損傷的極限。

噪音會給人類帶來的損傷

如果長時間（8小時）暴露在這種環(huán)境下，便會導致聽力喪失。

盡管如此，世界衛(wèi)生組織建議人類活動盡量在50分貝以內(nèi)，超過這個標準會導致睡眠障礙，并影響人的學習和思考能力，由此降低生活質(zhì)量。

或許下一次，當我們面對聲音時便可以更好地去解讀它。