為什麼聲音最大是194分貝？如果超過能量極限，聲音會變成什麼？

大家知道，聲音產生的根源在於物體的振動，而振動則需要相應的介質，無論是固體、液體還是氣體，只要有輸入的能量推動物體的組成分子發生振動，那麼就會產生振動。在振動產生以後，會透過介質將聲波向外界傳遞，當被人的聽覺器官感受到後，就形成了聲音。

對於聲音的強弱，物理學上用分貝來體現。據實驗測定，人們通常只能感覺到15分貝以上的聲音，如果還低於這個數值，即使存在振動，人耳也感受不到。從聲波產生的機理出發，我們可以知道，如果沒有振動，則就沒有了聲音。按照常規的理解，只要在一個介質環境中，輸入的能量越大，那麼所產生的振動就會越強，理應聲音的分貝值就越高，那麼，為何科學家們說聲音分貝的最大值是194呢？

首先需要明確“分貝”的概念

在聲學領域，分貝是表徵聲音響度的單位，名稱的來源是美國發明家貝爾的名字。而聲音的響度來源於“聲壓”，即聲波中縱波的壓強差，其標準單位和大氣壓一樣都是“帕斯卡”，人耳所能感受的聲壓範圍，一般為0.00002到20000帕斯卡之間，大約相差了10個數量級，這在日常生活中描述聲音的響度上，帶來了很多不便。

所以，在實際應用中，人們將聲壓值取10的對數然後再乘以2，得到聲壓的“貝爾”值。比如，人耳所能感受到的最小聲壓0.00002作為1倍參考聲壓，對其取10的對數然後再乘以2，即2*lg1=0；人們正常說話時產生聲波的聲壓為0.02帕斯卡，按照上述方法換算成的“貝爾值”為6；炮彈爆炸時產生聲波的聲壓約為20000由斯卡，對應的“貝爾值”為18。

在實際生活中，人們所遇到的極低聲壓和極高聲壓情況仍然是比較少的，周圍環境中的聲壓值，用“貝爾”這個單位來表達，一般情況下大約處在8-13之間。這就出現了一個問題，用“貝爾”來表達日常生活中人們對聲音的感覺，仍然顯得過於粗略，所以科學家們在“貝爾”的基礎上，引入了“分貝”的概念，即在1貝爾聲壓的間隔下，又劃分出了10份，這樣不同聲壓的聲音，就會體現出“三六九等”來，在人體的直覺和認知上更好地能夠理解和接受。

換算成“分貝”之後，我們所能聽到的聲間最低值應該在15分貝左右，正常說話的聲音大約為60分貝，電鑽的聲音為90分貝，炮彈爆炸的聲音大約為180分貝。

為什麼“分貝”值有上限？

在物理學上，聲壓雖然單位是帕斯卡，但它與真正意義上的壓強有著很大的區別，它是聲波在空氣中上下振盪過程中，對空氣的擠壓和拉伸所形成的，因此聲壓的數值，取決於聲波縱波振動的幅度，即以背景壓強為0時在上下方向上的偏離程度。

聲波的產生，必須依賴於介質分子的相互撞擊，形成從聲源到耳膜的傳輸通道，能量在此過程中實現傳遞。而能量的傳遞，必須依賴於不同區域之間的“能量差”，即從能量高壓區域向著低壓區域延續。

我們知道，空氣中低壓區域最低的理想狀態就是真空，此時低壓區域的空氣分子水平已經不能再低了，聲波縱波的振盪最低點也就到頭了，如果再高，以聲波的形式存在的基礎就將不復存在，聲波將無以為繼進行傳播。正是由於這個原因，聲音是具有上限的。

我們可以透過計算，來看看這個上限值是什麼。在地球常溫常壓環境中，聲音達到上限時，其聲波最低點達到真空狀態，那麼聲波的振幅值將等於1個標準大氣壓，即為101325帕斯卡，振動時產生氣壓的最小值為0，最大為兩倍標準大氣壓，即202650帕斯卡。

運用分貝的計算公式：Gp=20×lgP/P0，其中P為實測聲壓，P0為參考聲壓（0.00002），那麼計算出在最大實測聲壓為202650帕斯卡情況下，所對應的分貝值為194db。這也說明，在地球表面正常空氣壓強下，理論上聲音的最大分貝值不能超過194。

假如輸入的能量過多，會出現什麼狀況？

聲波的產生，是由於外界能量的輸入，引發介質分子的振盪所產生的。透過剛才的分析，雖然知道了聲音最“響”只能達到194分貝，但是能引發聲波的能量，理論上可以會非常大，這個時候聲音會變成什麼呢？

剛才提到了，引發聲音強弱的關鍵，在於聲波的振幅，當輸入的能量達到一定程度以後，會形成聲波振幅的極限，到此為止聲波的強度就到頭了。那麼，剩餘的能量將不再能使空氣分子發生更大的振動，而是推動空氣分子發生整體的移動，從而形成衝擊波。

比如，核彈爆炸時，以爆炸點為圓心，在向四周傳播聲波的同時，在巨大能量的推動下，會形成強大的衝擊波，使周圍區域外圍空氣中籠罩著高壓分子，高壓分子以極高的速度向外輻射出去，而內部則是處於真空狀態。

在這種情況下，已經超出了常溫下氣態空氣的最大壓強範疇，那麼按照“分貝”的計算公式，最大的實測聲壓，理論上則是空氣從氣態轉化為液態臨界點時所對應的壓強，即260000帕斯卡，計算出的分貝值將會達到202db。與此同時，如果考慮核彈爆炸時空氣溫度的提升情況，空氣從氣態轉化為液態，所需要的壓強還要更高，所以勢必再次提高分貝的上限值。