音の上限はなぜ194デシベルなのでしょうか？

あなたの心の中で一番大きな音は何ですか？船の汽笛の音、ダンスホールのスピーカーの音、あるいは新年の爆竹の音に似ていると言う人もいるかもしれません。

「大晦日の爆竹はうるさすぎるんじゃないかな…」

これは確かに日常生活で聞くことのできる音よりも大きいですが、音の限界にはまだまだ遠いです。

では、なぜ音の最大値は 194 デシベルなのでしょうか?エネルギーの限界を超えると音はどうなるのでしょうか?次に、「音」の発生と伝播とその威力について見てみましょう。

あなたは本当に「音」を理解していますか？

音の発生と伝播

音は物体の振動によって発生します。弦をはじいた音など、いくつかの振動は私たちにとって明白ですが、いくつかの振動は非常に弱く、観察するのが困難です。しかし、いずれにしても、物体の振動が止まると、音も止まります。

もちろん、人間の聴覚は本来それほど強くありません。私たちに聞こえるのは、20 Hz から 20,000 Hz までの周波数の音だけです。この周波数は、物体が 1 秒間に振動する回数を表します。しかし、物体がどれだけ速く振動しても、音が伝播するには媒体が必要であり、媒体によって伝播速度は異なります。

音の伝播は媒体によっても影響を受ける

一般的に言えば、固体中の不安定波の速度は液体中のそれよりも速く、気体中のそれよりも速い。しかし、宇宙の真空環境になると、音は伝播できなくなります。

したがって、宇宙で人々が受信する信号は、決して音ではありません。言い換えれば、宇宙全体が実際には沈黙しているのです。星の死の爆発さえも、静かな「花火ショー」です。

広大で静かな宇宙

幸いなことに、地球上のあらゆる場所に空気があり、空気は音を伝える媒体として機能し、人間は音を聞くことができます。そうでなければ、完全に静かな環境で生活することを想像してみてください。それは非常にイライラするはずです。さらに、コミュニケーションには音も重要です。

さらに、音には、音量、ピッチ、音色など、さまざまな特性があります。今日お話ししているのは、最大音が 194 デシベルであるということです。これは、実際には音の大きさを指します。

音量は音の大きさを測る指標です。

音量は多くの場合、振幅と音源からの距離によって決まります。たとえば、火口のそばに立って聞く噴火の音は、数十キロ離れたところで聞く音とは明らかに異なります。

では、なぜ音の上限は 194 デシベルなのでしょうか?音がこの限界を超えるとどうなるでしょうか?

音は伝播するにつれて弱くなります。

音の上限は194デシベル

上で述べたように、音は伝播するために媒体に依存しなければならないため、極端な値を持ちます。空気中の粒子が強く振動するほど音のデシベル値は高くなりますが、194デシベルの限界に達するとエネルギーが爆発して「真空状態」を形成します。

ご存知のとおり、音は真空中では伝わらない為、これが音の上限となります。

音には確かに上限があるようです。

それでも理解できない場合は、空気圧縮の観点から考えてみるとよいでしょう。空気は無限に圧縮できないため、デシベルには上限があります。

ただし、ここで言及されている 194 デシベルは、標準大気圧下での最大音を指していることに注意してください。他の環境では、音がさらに高いデシベルに達する可能性があります。

標準大気圧は約101.325kPaである。

上限がいくらであろうとも、これほど大きな音は聞いたことがない、という人も多いかもしれません。実際、地球の標準気圧下で 194 デシベルの音に好奇心を抱くのは普通のことですが、音のデシベル値が 150 を超えると、人間の聴覚に損傷を与えるため、人間の耳はそのような音に耐えられません。

したがって、194 デシベルの音を聞きたい場合、それを聞く前に耳が聞こえなくなる必要があります。

音のデシベル図

では、音が194デシベルの限度を超えると、どんな恐ろしいことが起こるのでしょうか?

まず「カンフー」の名シーンを思い出すことができます。女将さんが獅子咆哮カンフーを披露したとき、私たちはその音の恐ろしさを目の当たりにしました。空気中の音がエネルギー限界を超えると、音から衝撃波に変化します。

この衝撃波は主に空気を外側に押し出すエネルギーによって発生し、空気を押し出す過程で中心部に真空が形成されます。音の限界が194デシベルを超えると、この衝撃波が発生し、衝撃波の端には限界まで圧縮されたガスがあります。

ガスが緩い状態から圧縮されて密度の高い「固体」のような状態になったとき、音波が武器となり、その経路にあるすべてのものに影響を及ぼすことを想像してください。衝撃波は研ぎたてのナイフと同じくらい強力であるだけでなく、空気がある程度圧縮されているため、ますます近づく分子間の摩擦が激しくなり、衝撃波の温度が上昇することも特筆に値します。

衝撃波のコンセプトアート

そのため、限界を超えた衝撃波で人を殺すことは非常に簡単です。さらに、音の衝撃波によって殺害時の距離も決まります。距離が遠くても大した問題ではありません。距離が近い場合は、人が直接「切断」され、粉砕される可能性があります。

例えば、以前アメリカが日本に投下した原子爆弾は、爆発後に巨大な衝撃波を生み出し、地上数キロ以内の地域を直撃しました。

廃墟となった長崎市

19 世紀にインドネシアで火山が噴火した後、人類が観測した中で最も大きな音が発生されました。近くの島を直接爆破しただけでなく、その音は160キロ以上離れた場所でも聞こえ、音量は依然として170デシベル以上に達した。それがどれほど恐ろしかったかは想像がつくでしょう。

強力な音波により、近隣住民の多くが負傷したと報じられている。損傷は鼓膜に限らず、体内の内臓にもさまざまな程度の損傷がありました。

インドネシアのタンボラ山の噴火の概念図

さらに、火山の噴火も超低周波音を発生させます。周波数が20Hz未満のこの超低周波は、人間には聞こえないが、減衰したり吸収されたりしにくいため、優秀な「マラソンランナー」のように、地球を何度も周回することができる。

超低周波音が聞こえないのは良いことだと言う人もいるかもしれません。そうでなければ、私たちは「ループする」超低周波音に死ぬほど悩まされるでしょう。

超低周波音は人の耳には聞こえませんが、特定の周波数の超低周波音は人体の臓器に共鳴し、重篤な場合には死に至ることもあります。

一定強度の超低周波音は人間の神経系を刺激する

したがって、火山噴火の威力を決して過小評価しないでください。目に見える火山灰以外にも、近くにいるときにしか感じられない音波や、さまざまな角度から周囲を取り囲む超低周波音があります。これらはすべて「目に見えない殺人者」です。

例えば、トンガの火山は2022年初頭に噴火しました。噴火から8時間半後、火山噴火現場から10,151キロ離れた昆明低周波音響アレイは、伝播速度が毎秒約321メートルという極めて強い低周波音響信号を記録しました。

トンガ火山の噴火

大きな音を出す自然災害や人為的な爆発に加えて、自然界には「ライオンのように吠える」能力を持つ動物も数多くいることは特筆に値します。

騒々しい動物

まず、とても小さいけれどとても大きな音を出す動物、タイガーピストルシュリンプについてお話しましょう。

でも誤解しないでください。この男は口で音を出しているわけではありません。代わりに、彼は爪を使って水の流れを噴射し、泡を作ります。この泡が破裂すると、200デシベルを超える衝撃波が発生し、2メートル以内の特定の生物を死滅させます。

独自の「弾丸」を持つタイガーピストルシュリンプ

2番目は海で歌うのが大好きなシロナガスクジラです。時には彼らの声は188デシベルに達することもあります。シロナガスクジラの近くにいたら、その音で直接粉砕されるかもしれません。

幸いなことに、クジラは海でのみ歌うので、陸に住む私たちは「耳をつんざくような」音に遭遇することはあまりありません。

シロナガスクジラの音は最大1,600キロ離れた場所まで届く

最後に、毎年夏になると木々の中で鳴り止まないセミがいます。多くの人の子供の頃の夏の思い出は、セミの鳴き声でいっぱいだと思います。

今では誰もが思い出だと言っているが、蝉の甲高い鳴き声は今でも人々をイライラさせる。科学者の観察によれば、セミの鳴き声は100デシベル以上に達することもあり、これはカラオケのスピーカーから流れる音楽と同等の強烈さである。

雄のセミは腹部にある発声器官から音を出します。

一般的に、自然には広い心があり、さまざまな特徴を持つ多くの生き物が共存しています。さらに、誰もが何らかの「障壁」によって隔てられているようで、通常はお互いに邪魔をしません。そして、宇宙もこのことに気づいているようで、宇宙空間を真空に変えて、恒星の活動によって生じる大きな音を遮断するのに役立っています。

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