音爆（聲爆，Sonic Boom）

音爆（聲爆，Sonic Boom）
國立台灣師範大學附屬高級中學物理科陳忠城老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

假設汽車是正在距離你一哩遠的地方停定的情況下向著你響號一分鐘之久，也就是說，號角的音波會向著你以 $$600~mph$$ 行進（為了計算方便，音速設為 $$600~mile/hr$$），而六秒鐘之後你就會聽到聲音到達你的耳朵並持續的響了一分鐘之久。

接著，汽車以定速每小時 $$60$$ 哩由先前所在地開始向著你而來並同一時間開始響著號角一分鐘。此時，站在原地的你當然仍舊會在開始響號後的六秒鐘才聽到第一個音波面的到達，但此次你只會聽到一個長 $$54$$ 秒的響號而不是一分鐘長了。

原因是汽車在一分鐘的最後階段時已在你的身邊而此時發出的聲音再不需要有六秒鐘的延遲才到達你的耳朵，在駕車者的觀點來看，汽車的號角響足了一分鐘，可是由於汽車移動的關係，在你的觀點來看，那一分鐘的號角聲的聲波卻被擠壓在 $$54$$ 秒鐘之內。然而整個一分鐘長的音波被擠壓在一個較少的時間段落裡頭，於是對於你來說音波的頻率變高了，當然音調也隨之而變高了。

當汽車駛過身邊而逐漸遠去之時，相反的情況就會出現，同一分鐘長的音波在身邊響起直到汽車離開至一哩處將會被擴展在更多的時間內，因而令到你覺得頻率是降低了。

假設汽車以每小時 $$600$$ 哩的速度向著你而來（一般汽車速度較音速小很多），和先前一樣，汽車仍然是一開始就連續響著號角。此時大家要注意的是由號角產生出來的響號聲的速度是無論如何也不能快過音速的，所以今次汽車與號角聲都同時以每小時 $$600$$ 哩的速度向著你而來，在一開始就響起的聲音還未來到你耳朵之前，你卻可以見到汽車正以高速向著你而來，此時你還未聽到任何聲音，一旦汽車來到你的身邊時，它在一哩外出發時開始響起的聲音此時亦已同時趕到。

途中所發出的聲音亦同時跟著到達，在身邊瞬間響起的聲音也在同一時間到達你的耳朵，對於你這個觀測者來說，彷彿整段時間的音波都被擠壓到在同一時間裡響起來，這就是音爆（sonic booms）了。

（1）飛機與音爆

常是在空氣中運動的物體速度突破音障時產生衝擊波所引起的巨大響聲。通常聲爆是由超音速戰鬥機或其他超音速飛行器跨音速飛行時造成的，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。當飛機靠近時，聲音比較尖銳；而當飛機離開時，聲音比較低沉。

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。

當飛機以音速飛行時，飛行的速度比它發出的聲波更快。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，這就是音爆現象。

當飛機以超越音速飛行時，聲波則只是在飛機尾部之後形成，並且不再產生音爆現象。

（2）槍蝦與音爆

而另外槍械射擊時所產生的爆音亦同樣是一種音爆。最近網路流傳一段影片，一隻蝦子利用螯腳就像手槍一樣攻擊天敵，海洋生物學家表示，這種蝦子俗稱「槍蝦」，在求偶或是遇到危險時，利用一對螯快速開合燃燒微量空氣，造成音爆打擊獵物，有的槍蝦發射威力強大，連螃蟹殼都可以打破。

深海當中，一隻紅色小蝦四處閒晃，踏入別人地盤，不知道岩石底下躲著狙擊手。碰一聲，蝦子竟然飛開，就像被槍擊中，接著還被拖進岩石縫裡，槍手現身，也是一隻蝦子。身上的秘密武器就是這對螯腳，這是網路流傳的一段影片，岩石下的生物，原來就叫「槍蝦」。

中研院生物多樣性研究中心鄭明修指出，「槍蝦前面那個可動指節急速關閉，會發出很強烈的聲音，那個聲波可以把動物震昏。」 槍蝦分布在全球的熱帶礁石海域，光是台灣就有一百多種，求偶或是有天敵入侵領域時，牠們會利用螯快速開合，燃燒微量空氣造成音爆來打擊獵物，有的槍蝦音爆可以高達 $$200$$ 分貝，連螃蟹的殼都能打破。鄭明修表示，「對一個小小生命體，這樣是超強的力量，槍蝦體長大概在 $$1$$ 公分到 $$8$$ 公分之間」。

近距離攻擊，用的是音波震昏天敵，小生物接近牠難逃一劫，以後可別小看這種海洋生物，牠們可是海底的神槍手。

參考資料：
1.維基百科–聲爆  http://en.wikipedia.org/wiki/Sonic_boom