¿Existe un límite para el sonido? ¿Qué sucede si el volumen excede el límite superior?
Como todos sabemos, el sonido es una onda generada por la vibración de un objeto, que puede propagarse a través de un medio y ser reconocida por nuestro sistema auditivo. Su frecuencia oscila entre los 20Hz y los 20.000Hz (más allá de este rango no podemos oírlo).
Por lo general, el sonido que escuchamos viaja a través del aire. Si preguntas cómo se propaga el sonido en el aire, creo que mucha gente pensará que es como en la imagen de abajo.
Sin embargo, este no es el caso. De hecho, las ondas que se propagan a través del movimiento hacia arriba y hacia abajo de las moléculas de aire, como en la imagen de arriba, se llaman "ondas transversales", mientras que las ondas sonoras en el aire son "ondas longitudinales".
Como se muestra en la figura anterior, el sonido en realidad se propaga a través de cambios en la densidad del aire. Durante el proceso de propagación, las moléculas de gas vibran en la misma dirección en la que se propaga la onda sonora, de forma similar a la vibración de un resorte.
Por lo general, esta onda se propaga mediante la compresión y relajación del aire, lo que supone un cambio de presión. Por lo tanto, las ondas sonoras que se propagan en el aire son en realidad ondas de presión que fluctúan hacia arriba y hacia abajo con la presión positiva como punto de equilibrio. Podemos llamarlo "onda de presión sonora", el intervalo entre "ondas de presión sonora" se llama "longitud de onda" y la "onda de presión sonora" oscila entre alta y baja presión.
Los sonidos que escuchamos tienen dos características básicas. Uno es el tono del sonido, llamado "tono", y el otro es el tamaño del sonido, llamado "volumen". El "tono" está determinado por la longitud de onda de la onda de presión sonora. Cuanto más corta es la longitud de onda, mayor es la monotonía del sonido y viceversa, mayor es el "volumen".
Se puede observar que la amplitud máxima de la "onda de presión sonora" corresponde al valor máximo del sonido, que se puede calcular en determinadas condiciones.
Para la "onda de presión sonora" que se propaga en el aire a temperatura normal en la superficie terrestre, la presión normal puede considerarse como 1 atmósfera estándar, por lo que el valor promedio de la componente de alta presión y la baja -El componente de presión de la "onda de presión sonora" es 1 presión atmosférica estándar. Por ejemplo, si el componente de alta presión es 1,001 atmósfera estándar, entonces el componente de baja presión es 0,999 atmósfera estándar.
Obviamente, cuando la componente de alta presión alcanza las 2 atmósferas estándar, la componente de baja presión es cero, que es la amplitud máxima, porque la componente de baja presión no tiene un valor inferior en este momento. En otras palabras, la amplitud máxima de la "onda de presión sonora" en el aire a temperatura ambiente en la superficie terrestre es dos presiones atmosféricas estándar, que es 202650 Pa (Pascal).
En el campo de la acústica, el "decibel" (db) es una unidad de medida que describe el nivel de presión sonora. El siguiente cuadro muestra los niveles de decibeles de algunos sonidos comunes.
La fórmula de cálculo del decibel es: "Gp = 20 x log(10)P/P1", donde "log(10)" significa "logaritmo basado en 10" y "P" significa el sonido medido presión, "P1".
Como se puede ver en la introducción anterior, el llamado "sonido máximo es de sólo 194 decibelios" es condicional. De hecho, esta afirmación debería expresarse estrictamente como: "El volumen máximo de sonido que se propaga en el aire a temperatura normal con una presión de 1 atmósfera estándar es de 194 decibeles".
Entonces, a la pregunta "¿Qué sucede cuando el sonido supera los 194 dB", se debe agregar un requisito previo, es decir, "El sonido se propaga en temperatura normal aire con una presión de 1 atmósfera estándar".
Bajo esta condición, si el sonido excede el límite superior, significa que el componente de alta presión de la "onda de presión sonora" excede 2 atmósferas estándar, mientras que el componente de baja presión es cero. De esta manera, es imposible formar una onda de presión que fluctúe hacia arriba y hacia abajo con 1 presión atmosférica estándar como punto de equilibrio, y el sonido ya no es "sonido" en sentido estricto.
En este caso, el componente de alta presión empuja el aire hacia afuera, formando una "burbuja" que continúa expandiéndose. Cuantos más decibelios superen los 194, más rápido se expandirá la "burbuja" y mayor será el impacto.
El exterior de esta "burbuja" es una frontera compuesta de gas supercomprimido. Cuando este límite pasa por encima de un obstáculo, el gas supercomprimido vierte su energía sobre el obstáculo, causando algunos daños. A medida que este proceso continúa, la energía de la "burbuja" disminuye gradualmente hasta que finalmente desaparece.
De hecho, a menudo podemos ver este fenómeno en algunos lugares de explosión. En términos generales, lo llamamos "onda de choque", por lo que se puede decir que si el sonido supera los 194 decibelios, se convertirá en una onda de choque en el aire a temperatura normal con una presión de 1 atmósfera estándar.