聲爆

聲爆（或音爆，英文：Sonic boom）是在空氣中運動的物體速度突破音障時，產生衝擊波而伴生的巨大聽起來像爆炸一樣。超音速的子彈飛過頭頂，或者揮動長牛鞭（英語：Bullwhip），都會產生較大的噼啪聲，這些都是微型的音爆^[1]。

一個2.92馬赫的飛機生成的音爆，圓錐角度為20°。當圓錐邊緣的衝擊波穿越觀察者的位置，他會聽到一聲爆炸，在此之前他是聽不到音爆的。

當飛機突破音障的時候，有時在飛行器後方產生雲霧，這是因為飛行器後方的氣壓降低導致溫度下降，空氣中的水氣凝結形成的小液滴。

通常聲爆是由超音速戰鬥機或其他超音速飛行器，如協和式客機進行跨音速飛行時造成的，而另外槍械射擊時所產生的爆音亦同樣是一種聲爆。飛機在以較低速度飛行時產生的聲音是向各個方向傳播的。由於飛機的快速運動，飛機頭部發出的聲波受到擠壓，而飛機尾部發出的聲波則被擴散，集中在一個錐形範圍之中。

當飛機以音速飛行時，飛行的速度比它發出的聲波的速度更快。觀察快速行駛的汽艇可以發現，汽艇的速度比它形成的水波快，以致於水波不是在汽艇的周圍以圓圈形式傳播，而是排成三角形，三角形的頂尖正好與汽艇的頭部相重合。對於音速飛行的飛機，由於聲波是向各個方向傳播的，形成的就不是三角形，而是圓錐形，錐體的頂尖位於機身上。在這個錐體中，飛機的聲波被壓縮成單個脈衝，這個錐體被飛機「拖著」，並向四周擴散，直至飛機過去後，聲音才到達我們的耳朵，於是我們突然感到一個衝力，這就是聲爆現象。

噪音問題

產生音爆的飛機外形與觀察者之間的距離，很大程度上取決決定了音爆的聲音大小。通常情況下，音爆聽起來是兩聲沉沉的爆炸響，而此時飛行器距觀察者還有一段距離。但是正如親眼目睹太空梭著陸的人們所聽到的，當飛機在附近時，音爆是更尖銳的梆梆聲和噼啪聲，像煙花表演里爆竹的聲響。

有一種常見的誤解，就是從次音速到超音速的過程中只產生一次音爆。實際上，在整個超音速飛行中，音爆在接地區域（boom carpet）是一直持續著的，飛機飛到哪裡，尾後就會拖著噪音的衝擊波，所以超音速飛機只能在海上飛行，或者飛到25公里以上的高層大氣，因為在那裡近乎真空，大氣密度只有地面的5%以下，否則這條航線沿途必然引起居民的對噪聲的抗議。一個駕駛協和飛機的前飛行員說：「在飛機上你什麼都聽不到，只能看見壓力波向飛機下移動——這在飛機儀表上也能讀出來，1馬赫時是聽不到音爆的。音爆更像船的尾跡，在我的身後。」^[2]

對健康的影響

有研究宣稱，美國海軍在波多黎各的別克斯島製造的音爆，增大了聲振類疾病（英語：Vibroacoustic disease）的發病率，使心臟組織增厚。^[3]

影片集

• 查克·葉格在1947年10月14日駕駛貝爾X-1突破音障
• F-14雄貓式戰鬥機挾著聲爆飛掠
• F-14A雄貓式戰鬥機以超音速飛掠羅斯福號航空母艦
• 哥倫比亞號太空梭在起飛後45秒鐘穿越音障

參考文獻

1. Mike May, Crackin' Good Mathematics, American Scientist, Volume 90, Number 5, 2002. [2015-11-26]. （原始內容存檔於2016-03-22）.
2. BBC News interview with former Concorde Pilot (2003). [2015-11-26]. （原始內容存檔於2020-11-24）.
3. Lindsay-Poland, John. "Health and the Navy in Vieques." Fellowship of Reconciliation. 2001. Retrieved on 2007-01-19.

外部連結

• 網上聲爆短片 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• 音爆解說(英語) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）