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第256話：人類可以像蝙蝠一樣利用超音波辨識物體？！

超中二物理宅

發佈於超中二物理宅的科學雜記

更新於 2021/05/11發佈於 2021/05/11閱讀時間約 5 分鐘

才過沒幾天，「聲學」必修課又來啦！

人類其實已經具有第六感的潛力！

人類在動物界中，感覺不算靈敏，嗅覺比不上狗，辨色力比不上蝦蛄（←這個還可以做撒尿牛丸）、也不像海龜能夠辨識地磁的方向、更不能像蝙蝠那樣以超音波定位辨識飛行障礙與獵物…等等，最後這個可以！

剛登場不久的 Batman vs Man-Bat，再度上場！最近曝光機會很多。（來源：DC Comics）

日本國立研究開發法人情報通信研究機構（National Institute of Information and Communications Technology，位於京都，好想去京都喔…）的角谷美和博士，證明了人類具有利用超音波回音辨識物體形狀的能力。

等等，所謂的超音波不就是「人類聽不到的高頻聲音」嗎？怎麼能拿來聽音辨位呢？的確，蝙蝠之所以使用超音波，就是因為頻率夠高（波長夠短），其回音所描繪出來的影像解析度才夠高，光學解析度也是一樣，原因是波的繞射現象，來自各個方向的波的波形會讓影像糊掉。人類平常發出以及聽到的聲音頻率最常見是在幾百赫茲，最高不超過 20 kHz（每秒振動兩萬次），波長太長無法用回音來測繪周圍的事物。

角谷博士的研究團隊設計了一套裝置，研究人類能不能像蝙蝠一樣聽音辨位，首先得要解決人類「發聲器官與聽覺器官工作頻率過低」的問題。受試者手上有兩部平板電腦，其中一部用來「發出超音波脈衝」的訊號，驅動喇叭（放在不同房間）發出聲音，使用的超音波頻率最高到41 kHz。放喇叭的房間裡面會放兩種形狀的柱子（節面形狀是「四齒齒輪」以及「八齒齒輪」）其中一支，這個柱子可以是靜止不動，也可以旋轉。然後喇叭上放著一個 1/7 的人頭模型，模型的兩個耳朵的位置上各放一支麥克風收錄在這個房間裡面的反射音（包含牆壁與柱子的回音），送回受試者手上的另一台平板電腦，需要兩支麥克風的原因就跟「立體聲」音響一樣，利用波程差內藏空間資訊。這台平板收到麥克風的訊號後，將音波降頻，到原來訊號的 1/8，也就是人類聽得到的聲音的頻率範圍內，使用者利用接在第二台平板上的耳機來聽降頻後的反射音，然後必須猜出隔壁房間放的柱子是哪一種。

整個實驗的裝置，其實挺複雜的（來源：PLOS ONE）

結果是：如果柱子靜止不動，受試者無法分辨柱子的形狀，正確率跟亂猜沒有顯著差別；但是如果柱子再轉動，受試者的答對率大幅上升，顯著優於亂猜。

受試者需要由回音判斷是這兩種形狀的柱子中的哪一支（來源：PLOSE ONE）

初步的結論是，人類的確具有透過反射音來辨識物體形狀的能力。

不過相信許多人看到這裡已經想吐槽了，這整個實驗設計充滿了一種「脫褲子放屁」的氛圍…而且還要拿兩台平板，一個發出超音波，一個把回音降頻，超級麻煩！既然人類能發出、能聽到的聲音範圍都沒辦法作這件事，那這個研究到底有什麼用？

有！

我們只要把所有的東西小型化做成穿戴式裝置，身上掛個超音波發射器，然後收音麥克風、降頻器、耳機整合在一起戴在耳朵上，就不必向這個研究的設備一樣麻煩了，這個研究主要是先證明「人類能從回音辨識物體」這個概念，確認之後再來做實用化的部分，以現在的電子技術來說，應該不是什麼難事。可以把整套機器縮小到可以穿戴之後，一個直接的用途就是讓盲人使用，經過更精細的訓練後，應該利用超音波回音來建立對周圍環境的認識，部分取代已經失去的視覺。

這個研究，發表於2021/05/05 的「PLOS ONE」期刊上。

當然，這種能力與其說是「第六感」，更像是聽覺的延伸，不過管他的，能爆發小宇宙最重要啦！接下來就是往第七感邁進了！