大展弦比的直機(jī)翼飛機(jī)，在飛行速度提高到某一程度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)阻力劇增，操縱性能變壞和自發(fā)栽頭的現(xiàn)象，飛行速度也不能再提高，而這個(gè)速度，恰好就是聲速。這個(gè)難以逾越的難題，也因此而得名“聲障”。

為什么這個(gè)坎兒恰好就是聲速呢？

上一節(jié)，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到一個(gè)特殊的現(xiàn)象，聲音傳播的介質(zhì)越容易被壓縮（可壓性越強(qiáng)），聲音在其中傳播的速度就越小；反之，介質(zhì)的越難以被壓縮（可壓性越弱），聲速就越大；假設(shè)理論上存在一種不可壓的介質(zhì)，綜上則可以推斷出其聲速是無(wú)窮大的，聲波可以瞬間傳遍全場(chǎng)。（這里假設(shè)的聲速無(wú)窮大，前提是理想不可壓的情況，這種理論假設(shè)是流體力學(xué)進(jìn)行科學(xué)研究的一種方法，和經(jīng)典力學(xué)中假設(shè)的絕對(duì)光滑有異曲同工之處。故此這里的聲速并不與光速一同討論。）

為便于理解，我們打個(gè)不甚恰當(dāng)?shù)谋确?。聲音在不可壓介質(zhì)中的傳播形式參照上圖，氣缸中的兩個(gè)活塞之間充滿了不可壓縮的物質(zhì)，這時(shí)向右推動(dòng)左側(cè)的活塞，右邊的活塞也會(huì)立刻隨之運(yùn)動(dòng)。

聲音在不可壓介質(zhì)中的傳播形式，就像用彈簧連接的垂掛小球，當(dāng)你敲擊最左側(cè)的小球時(shí)，小球的擺動(dòng)要經(jīng)過(guò)彈簧的壓縮再傳向下一個(gè)小球，最后，當(dāng)最右邊的小球也開(kāi)始擺動(dòng)時(shí)，距離敲擊的時(shí)刻已經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間了。并且可以想象的時(shí)，彈簧越軟，小球的擺動(dòng)由左向右傳遞的時(shí)間越久。

在這個(gè)例子中，我們可以將小球比作聲音傳播的介質(zhì)，彈簧比作擾動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形態(tài)。小球的擺動(dòng)視作介質(zhì)本身的運(yùn)動(dòng)，彈簧的壓縮代表擾動(dòng)的傳遞，可以得知，擾動(dòng)的傳播速度a并不是介質(zhì)本身的運(yùn)動(dòng)速度v，a>>v。

具體的，介質(zhì)中的聲速a和介質(zhì)本身的密度ρ以及彈性模量E（彈性模量E越小，越容易被壓縮；反之彈性模量E越大，越難以被壓縮）有以下關(guān)系：

同一種介質(zhì)在不同的狀態(tài)下（E、ρ）的聲速也不盡相同，通常認(rèn)為隨著高度的增加，空氣中的聲速會(huì)隨之減小。可見(jiàn)，空氣中的聲速會(huì)隨著地點(diǎn)的改變而不同，我們普遍認(rèn)為的340m/s的聲速，是海平面101325pa大氣壓下，14°C空氣所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

聲波本身，就是一種微弱擾動(dòng)，聲速是微弱擾動(dòng)在這種介質(zhì)中的傳播速度。聲音在介質(zhì)中傳播的速度和介質(zhì)本身有關(guān)，與聲源無(wú)關(guān)。聲速由介質(zhì)的彈性模量和密度決定。

值得注意的是，所謂微弱擾動(dòng)，是指擾動(dòng)本身對(duì)介質(zhì)的壓強(qiáng)p，密度ρ、運(yùn)動(dòng)速度v和溫度T影響甚微。即使是大聲的喊話，也屬于微弱擾動(dòng)。

我們已經(jīng)知道了，氣體中微弱擾動(dòng)是以當(dāng)?shù)芈曀傧蛩闹軅鞑サ?/strong>。接下來(lái)我們可以從擾動(dòng)傳播的范圍來(lái)了解聲障。

上圖中，聲源靜止，擾動(dòng)可以傳遍全場(chǎng)；

當(dāng)飛行器在空氣流場(chǎng)中以亞聲速做運(yùn)動(dòng)，但是擾動(dòng)的傳播速度比擾動(dòng)源運(yùn)動(dòng)的速度要快，所以擾動(dòng)不會(huì)擠壓在一起，擾動(dòng)依舊可以傳遍全場(chǎng)；

當(dāng)飛行器以當(dāng)?shù)?strong>聲速運(yùn)動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)傳播的速度和飛行器速度相同，也就意味著擾動(dòng)無(wú)法傳播到飛行器的上游方向。

此時(shí)，擾動(dòng)的具體的傳遞過(guò)程又是怎樣的呢？

我們打一個(gè)比方，設(shè)想一個(gè)左右開(kāi)放的通道內(nèi)比肩接踵站滿了人。此時(shí)，通道左端的人意識(shí)到危險(xiǎn)的來(lái)臨，為了逃脫，他們向右飛奔，速度甚至等同于危險(xiǎn)信號(hào)和騷動(dòng)的傳遞快慢，這意味著他們右邊的人還來(lái)不及做出任何肢體的反應(yīng)左側(cè)的人就已經(jīng)壓了上來(lái)。而右邊的人由于無(wú)法讓出通道，因而被依次擠壓著前進(jìn)。

如果有監(jiān)控畫(huà)面，那么可以得知在通道內(nèi)，人群密度從左側(cè)推進(jìn)向右側(cè)加密，而右方?jīng)]有被波及到的人依舊停留在原地，渾然不覺(jué)危險(xiǎn)的來(lái)臨。在這一過(guò)程中，左側(cè)的人始終跑得比右邊的人快。

我們可以想象，在某一時(shí)刻，所有的人都擠壓成一疊，形成了一道高壓的人墻，同時(shí)最左側(cè)的人保持著最初的逃逸速度。而此刻，最右側(cè)的人依舊禁止在原地，身前碧落，身后黃泉。

這個(gè)例子中，我們將人群視作流體介質(zhì)，最左側(cè)人逃逸的速度比作物體運(yùn)動(dòng)的速度，危險(xiǎn)信號(hào)和騷動(dòng)在人群中的傳播速度比作介質(zhì)擾動(dòng)的傳播速度（當(dāng)?shù)芈曀伲?，那么那道人墻就?strong>激波（Shock wave）?？梢缘弥?，激波后方的壓強(qiáng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激波前方的壓強(qiáng)。

對(duì)于飛行器而言，當(dāng)飛行速度接近聲速時(shí)，局部區(qū)域的氣流速度就可能達(dá)到聲速，甚至超越聲速。局部激波的出現(xiàn)，意味著氣動(dòng)阻力的劇增，同時(shí)激波還會(huì)干擾氣流在飛行器表面的繞行，發(fā)生分離，從而引起飛機(jī)震顫。并且機(jī)翼上由于超聲速區(qū)域的存在，升力合力的作用點(diǎn)后移，使得飛機(jī)低頭，甚至墜落。這一切都使音速在一時(shí)間成為了飛行器難以逾越的障礙，故而名為音障（Sound barrier）。如果飛行器突破這一障礙，一切聲音都會(huì)被拋在身后。

在激波面上聲學(xué)能量高度集中，當(dāng)激波面掠過(guò)聽(tīng)者時(shí)，人們會(huì)感受到短暫而極其強(qiáng)烈的爆炸聲，稱(chēng)為音爆(Sonic Boom)。在音爆來(lái)臨之前，人們不會(huì)聽(tīng)到飛機(jī)的轟鳴聲。

當(dāng)飛行器以超聲速運(yùn)動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)傳播的速度小于飛行器的速度，我們將擾動(dòng)傳播范圍的包絡(luò)面表示出來(lái)，可以得知這是一個(gè)圓錐狀的區(qū)域，擾動(dòng)僅能在這個(gè)圓錐區(qū)域的內(nèi)部傳播。如果飛機(jī)做低空飛行，這個(gè)錐面略過(guò)地面的那一刻，聽(tīng)者可聞音爆聲。

下面的視頻能夠進(jìn)一步幫助大家理解。