來源：SME科技故事
大家應該都知道蒙克那副魔性的《吶喊》吧。我們今天關於「聲音」的話題，就從這幅名畫開始吧。
蒙克的《吶喊》
人類很容易過度解讀藝術和文學作品背後蘊含的意義。於是，「藍色的窗簾」就成了一個戲謔過度解讀的梗。
蒙克的作品大多是表現主義，對於《吶喊》不少藝術家亦認為血橙色的天空和扭曲的線條，是蒙克內心壓抑與恐懼的表現。
但是，《吶喊》很可能是一副寫實成分很重的作品，靈感來源於一場火山爆發。
1883年印尼喀拉喀託火山大爆發，圖源維基百科
撕裂天空，並讓畫中男子發出尖銳吶喊的，其實是1883年8月27日的印尼喀拉喀託（krakatoa）火山大爆發。
這是近代史上，最大規模的火山爆發之一。儘管畫中男子身處挪威，但這次火山噴發威力實在驚人，並帶來了全球連鎖的天氣異象。
在世界範圍內，各處的天空在好幾個月內都出現了壯觀的橘紅色日落景象。而除了蒙克的《吶喊》以外，英國畫家威廉·阿斯克羅夫特就一共創作了500多副日落的畫作。
威廉·阿斯克羅夫特1883年的畫作，他的一系列日落作品成了科學家研究喀拉喀託火山爆發的材料
除了影響文藝創作，這場火山爆發，還引起了一場致命海嘯。高達30米的海浪，把165個沿海村莊被衝毀，共造成36417人死亡。
火山爆發之後，喀拉喀託島幾乎被夷為平地，只剩下南邊的三分之一。
第二年，北半球夏季平均氣溫就直接下降了1.2攝氏度。當時，大量的火山灰混入大氣中，過濾掉了大量地球表面的太陽輻射。直到1888年，全球氣候才恢復了正常。
虛線部分是1883年8月26日火山爆發前的陸地
而這場驚天地泣鬼神的火山爆發，也發出了人類歷史上可觀測到的最大的聲音。當時，全球十三分之一的區域，都聽到了喀拉喀託島發出的響聲。
如果你在廣州跟別人說，自己聽到了北京傳來的聲音，別人一定以為你在做夢。但據紀錄顯示，喀拉喀託火山爆發時，5000公裡開外的地方都能聽到聲音。要知道，從廣州到北京的直線距離，不過2000公裡。也就是說，這次火山爆發的聲音，傳了2.5倍的廣州到北京的直線距離。
在距離喀拉喀託火山的160公裡處，其音量仍然高達到了172分貝。這已是一種難以想像的巨大聲音。絕大多數人這一輩子，都沒有體會過。
那在更靠近喀拉喀託火山的地方，聲音聽起來是怎樣的？這個地球上最大的聲音，究竟有多大？另外，聲音真的能殺死人嗎？
說到聲音的單位，很多人第一時間想到的就是分貝（decibel，簡寫為dB）。其中deci-表示十分之一，-bel則是「貝爾」，以美國發明家亞歷山大·格雷厄姆·貝爾的名字命名。
亞歷山大·格雷厄姆·貝爾，電話的發明者
但分貝，並非是一個直接描述聲音強度的物理量，和描述時間的秒、或描述長度的米等不同。因為，人能聽到聲音，必須涉及到雙耳的主觀感受。
聲音由物體的振動產生，一切發聲的物體都在振動。不過，振動的物體不一定就能發聲，因為聲音的傳遞需要介質。我們之所以能聽到聲音，是因為空氣中的空氣分子的振動傳到了我們雙耳。
當聲音在空氣中傳遞時，周圍氣壓就會發生改變。所以，用於描述聲音大小的物理量應該是聲壓，單位為帕斯卡（Pa）。
當造成更大壓力變化，人耳能感受的聲音響亮度則更高，而造成較小的壓力變化，人耳能感受的聲音響亮度則更弱。
正常人耳，能夠聽到的最微弱的聲音，也即感受到最小的聲壓變化就叫做「聽覺閾值」。例如，在1個標準大氣靜壓強的情況下，當聲壓超過20μPa，大概是一隻蚊子在3米外飛，人類雙耳就能感受到了。
但一米外的一個氣球爆炸，其聲壓卻能達到了731Pa，一米外步槍射擊聲壓則達到了7270Pa。從這裡，我們也可以看出聲壓的變化範圍是非常大的，自然界中的絕對聲壓差就達到了1000萬倍。
所以，用帕斯卡（Pa）來表達聲音或噪音強度是很不方便的。而這也並不符合我們在日常生活中的直觀感覺。
為了方便使用，我們便根據人類的生理特性等因素，引入了「分貝」（dB）的概念來表示聲壓級，也即Sound pressure level（SPL）。
當剛好達到「聽覺閾值」時，其聲壓級就定義為0分貝。這個0分貝就是一個基準值，再大的聲壓級，則可以通過以下公式計算，SPL=
其中， p(ref）是參考聲壓20μPa，也即1000Hz時人耳的「聽覺閾值」。
因為分貝是對數比例的。這也意味著，110分貝比100分貝要響10倍，120分貝比100分貝要響100倍。
此外，0分貝也並不代表著沒有聲音，只是我們無法感知罷了。其實，最微弱的聲音，也比人類能聽到的聲音要輕得多。所以，當你看到-20dB的聲壓級也不必驚慌。其對應著，不過是聲壓2×10^（-6）Pa而已。
那麼最大聲的聲音呢？從理論上來說，在1個標準大氣壓下能傳播的最大的聲壓級極限為194dB。
當超過了這個極限，聲音就不再只是通過空氣傳播了，而是將空氣往外推開。這便是形成了我們所說的衝擊波。
說回印尼的喀拉喀託火山爆發。當時，一艘英國船就在距離喀拉喀託火山的60公裡處。在船長的日記中，他提到有一半以上的船員都發生了耳膜破裂。而他當時，還以為世界末日要來臨了。另外，在更靠近喀拉喀託火山的地方，聲音早已超過了最大聲壓級194分貝了。
其實，當聲音超過130分貝時，人就會產生痛覺了，這也叫做「痛閾」。這時候，人們雙耳除了感覺很響以外，雙耳還會覺得疼痛。
而當超過150分貝時，人類的耳膜就會破裂，並產生永久損傷。這時，就算你用手指來捂住耳朵都不管用了。另外，大量實驗已表明，強噪聲場能引起動物的立即死亡。在170分貝下大約6分鐘，就能使半數受試小白鼠死亡。
所以，當聲音超過194分貝時，我們關心的就不再只是耳膜穿孔那麼簡單了。
在衝擊波下，可直接引起嚴重的衝擊傷。二戰期間，在廣島和長崎遭核襲擊的損傷中，除了燒傷和核輻射傷以外，最嚴重的便是衝擊傷。
耳膜和聽小骨等是人類能聽到聲音的關鍵，但在衝擊波下這些零件會損壞，聽力直接喪失。所以，也可以說人類能聽到最大的聲音，就是導致聽力徹底失常時的聲音。
在船上遠處的一座小火山爆發
不過，我們還能通過其他途徑感受「聲音」的強大。例如，極嚴重的衝擊傷可同時造成身體的多處嚴重損傷，包括顱腦脊髓損傷，胸、腹腔破裂，內臟破裂和嚴重的內出血並造成大血管破裂，軟組織擠壓傷乃至肢體離散等。如果搶救不及時，大部分人會當場死亡。
有研究顯示，火山爆發出的能量是在日本廣島投下原子釋放的能量的10000倍。
但幸好，喀拉喀託是一座無人島，火山爆發時周圍基本沒有人。而更多的受害者是因為巨大的海嘯而死亡的。與2004年印尼海嘯一樣，喀拉喀託火山爆發引起的海嘯幾乎摧毀了周圍的一切。當時，一個重達600噸的珊瑚礁還直接被海嘯甩上了陸地上。
被送上岸的巨型珊瑚礁，魔幻感十足。
除了人類能聽到的聲音，喀拉喀託火山爆發還產生了強大的次聲波。人耳能聽到的頻率大概是在20Hz~20000Hz之間，這也叫做可聽聲。頻率高於20000Hz的聲波，叫做超聲波；而頻率低於20Hz的則叫做次聲波。
次聲波的一個特點就是不容易衰減和不易被吸收，並能繞開大型障礙物。當時，科學家就記錄到了喀拉喀託的次聲波曾圍繞地球三至四圈。
而次聲波對人體的傷害，也是不容小覷的。儘管人耳聽不到，但某些頻率的次聲波由於與人體器官的振動頻率相近，很容易形成共振，對人體帶來損傷。
例如，19Hz是眼球的振動頻率。當遇到相同或相近的低頻振動時，容易造成眼球變形，視網膜被擠壓等。科學家就曾記載過一次詭異的鬧鬼事件，有人稱在實驗室內見過了鬼影。但後來人們才發現，這是因為實驗室風扇18.98Hz的共振頻率引起的。一關掉風扇，共振消失，這種靈異現象當即消失。
但你也別以為不是遇上火山爆發、核彈爆炸等特殊情況，我們就能安然無恙了。其實噪音，比我們想像中的傷害還要大，特別是長時間處在噪音的環境下。日常請注意把耳機的音量調低，以及少蹦點迪。
1883 eruption of Krakatoa.Wikipedia
Sound pressure.Wikipedia
The Sound So Loud That It Circled the EarthFour Times.nautil
Tim Urban .Everything You Should Know AboutSound.Wait but why.2016.03.09
ERIN MCCARTHY.10 Facts About Krakatoa's 1883 Eruption.Mental Floss.2015.08.27
《人類的災難：核武器與核爆炸》.作者：喬登江，朱煥金
Seth S. Horowitz.Could A Sonic Weapon Make Your Head Explode?.Popular Science.2012.11.20
編輯：李俊霞（實習）
審核：朱麗