为什么声音最大是194分贝？如果超过能量极限，声音会变成什么？

文：优美生态环境保卫者

大家知道，声音产生的根源在于物体的振动，而振动则需要相应的介质，无论是固体、液体还是气体，只要有输入的能量推动物体的组成分子发生振动，那么就会产生振动。在振动产生以后，会通过介质将声波向外界传递，当被人的听觉器官感受到后，就形成了声音。

对于声音的强弱，物理学上用分贝来体现。据实验测定，人们通常只能感觉到15分贝以上的声音，如果低于这个数值，即使存在振动，人耳也感受不到。从声波产生的机理出发，我们可以知道，如果没有振动，则就没有了声音。按照常规的理解，只要在一个介质环境中，输入的能量越大，那么所产生的振动就会越强，理应声音的分贝值就越高，那么，为何科学家们说声音分贝的最大值是194呢？

首先需要明确“分贝”的概念

在声学领域，分贝是表征声音响度的单位，名称的来源是美国发明家贝尔的名字。而声音的响度来源于“声压”，即声波中纵波的压强差，其标准单位和大气压一样都是“帕斯卡”，人耳所能感受的声压范围，一般为0.00002到20000帕斯卡之间，大约相差了10个数量级，这在日常生活中描述声音的响度上，带来了很多不便。

所以，在实际应用中，人们将声压值取10的对数然后再乘以2，得到声压的“贝尔”值。比如，人耳所能感受到的最小声压0.00002作为1倍参考声压，对其取10的对数然后再乘以2，即2*lg1=0；人们正常说话时产生声波的声压为0.02帕斯卡，按照上述方法换算成的“贝尔值”为6；炮弹爆炸时产生声波的声压约为20000由斯卡，对应的“贝尔值”为18。

在实际生活中，人们所遇到的极低声压和极高声压情况仍然是比较少的，周围环境中的声压值，用“贝尔”这个单位来表达，一般情况下大约处在8-13之间。这就出现了一个问题，用“贝尔”来表达日常生活中人们对声音的感觉，仍然显得过于粗略，所以科学家们在“贝尔”的基础上，引入了“分贝”的概念，即在1贝尔声压的间隔下，又划分出了10份，这样不同声压的声音，就会体现出“三六九等”来，在人体的直觉和认知上更好地能够理解和接受。

换算成“分贝”之后，我们所能听到的声间最低值应该在15分贝左右，正常说话的声音大约为60分贝，电钻的声音为90分贝，炮弹爆炸的声音大约为180分贝。

为什么“分贝”值有上限？

在物理学上，声压虽然单位是帕斯卡，但它与真正意义上的压强有着很大的区别，它是声波在空气中上下振荡过程中，对空气的挤压和拉伸所形成的，因此声压的数值，取决于声波纵波振动的幅度，即以背景压强为0时在上下方向上的偏离程度。

声波的产生，必须依赖于介质分子的相互撞击，形成从声源到耳膜的传输通道，能量在此过程中实现传递。而能量的传递，必须依赖于不同区域之间的“能量差”，即从能量高压区域向着低压区域延续。

我们知道，空气中低压区域最低的理想状态就是真空，此时低压区域的空气分子水平已经不能再低了，声波纵波的振荡最低点也就到头了，如果再高，以声波的形式存在的基础就将不复存在，声波将无以为继进行传播。正是由于这个原因，声音是具有上限的。

我们可以通过计算，来看看这个上限值是什么。在地球常温常压环境中，声音达到上限时，其声波最低点达到真空状态，那么声波的振幅值将等于1个标准大气压，即为101325帕斯卡，振动时产生气压的最小值为0，最大为两倍标准大气压，即202650帕斯卡。

运用分贝的计算公式：Gp=20×lgP/P0，其中P为实测声压，P0为参考声压（0.00002），那么计算出在最大实测声压为202650帕斯卡情况下，所对应的分贝值为194db。这也说明，在地球表面正常空气压强下，理论上声音的最大分贝值不能超过194。

假如输入的能量过多，会出现什么状况？

声波的产生，是由于外界能量的输入，引发介质分子的振荡所产生的。通过刚才的分析，虽然知道了声音最“响”只能达到194分贝，但是能引发声波的能量，理论上可以会非常大，这个时候声音会变成什么呢？

刚才提到了，引发声音强弱的关键，在于声波的振幅，当输入的能量达到一定程度以后，会形成声波振幅的极限，到此为止声波的强度就到头了。那么，剩余的能量将不再能使空气分子发生更大的振动，而是推动空气分子发生整体的移动，从而形成冲击波。

比如，核弹爆炸时，以爆炸点为圆心，在向四周传播声波的同时，在巨大能量的推动下，会形成强大的冲击波，使周围区域外围空气中笼罩着高压分子，高压分子以极高的速度向外辐射出去，而内部则是处于真空状态。

在这种情况下，已经超出了常温下气态空气的最大压强范畴，那么按照“分贝”的计算公式，最大的实测声压，理论上则是空气从气态转化为液态临界点时所对应的压强，即260000帕斯卡，计算出的分贝值将会达到202db。与此同时，如果考虑核弹爆炸时空气温度的提升情况，空气从气态转化为液态，所需要的压强还要更高，所以势必再次提高分贝的上限值。

综上所述，科学家们提出的声音分贝值上限为194，是基于常温常压下进行计算的，其依据就是声波振幅存在着上限。而一旦声源及周围区域的温度和压力提升的话，分贝值还可以继续上升，只不过这个时候声音已经不再是纯粹意义上的声音了，而是演变为冲击波的状态。