《〈柯南 零的執行人〉足球真能解決任何事？》——2019數感盃 / 國中組專題報導類佳作

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

• 作者／林怡秀│雅文兒童聽語文教基金會研究助理

你聽過「蚊音」嗎？據說這是年輕的耳朵才聽得見的聲音！「蚊音」是日文的詞彙「モスキート音」，指的是 17,000 赫茲左右的超高音。由於人聽取高頻聲音的能力會隨著年紀退化，因此有些成人是聽不見蚊音的，小孩子或青少年則較有機會聽得見。現在我們就用下面這個影片來測試你的耳朵年齡，影片聲音不太悅耳，請注意耳機音量。

可以用來測耳朵年齡的「蚊音」

你聽得見影片中的聲音嗎？如果聽得見，恭喜你寶刀未老，可以加入名偵探柯南的少年偵探團了！雖然我們對柯南都不陌生，但你可能不知道，他的偵探團成員身上都別有特殊設計的徽章，在通訊時會發出蚊音，只有成員們聽得見。

在柯南電影《異次元的狙擊手》中，由於阿笠博士和狙擊手犯人都聽不到蚊音，當犯人趁黑暗想挾持步美逃跑時，蚊音就派上了用場──他們開啟偵探徽章的通訊開關，讓步美的徽章發出蚊音，最後在不被發現的狀況下成功找到步美和犯人的位置。所以別小看少年偵探們，雖然平時手無縛雞之力，從他們內建的「蚊音」技能看來，要加入少年偵探團其實沒那麼容易，即使是沉睡的小五郎可能也無法做到。

當然蚊音並非只出現在動漫中，曾有新聞報導日本政府在治安不佳的東京足立區公園播放蚊音驅趕夜晚聚集的青少年，另外日本也有助聽器公司網站提供「蚊音測試」(註1)[1]，因為聽取高頻聲音的能力減弱是耳朵退化的一種警訊，因此可用來測試耳朵年齡。下面我們就再來聽個影片，測測你的聽力年齡是比你想的年輕，還是未老先衰？

如果你或身邊親友有點重聽……

如果你發現自己常聽不清楚，或是想起了家中耳朵不好的長輩，那麼要當心，「微聽損」可能已經悄悄找上你們了！平常談到聽力損失，總會想到耳朵全聾、什麼都聽不見，但其實聽力損失和近視度數一樣，是有程度輕重之分的，並非正常、全聾這樣的二分法，而「微聽損」指的是「輕微聽力損失（minimal hearing loss）」，也就是只有稍微聽不清楚，比較像一般所說的「重聽」、「耳背」。

根據文獻中的定義，微聽損可分成三種類型：

• 第一種是輕型聽損（Mild Hearing Loss），簡單來說是指兩耳聽力都有一點問題，好比用手指堵住雙耳，微弱或較遠的聲音會聽不見，在餐廳、KTV或馬路邊等吵雜環境中容易漏聽一些語音訊息，導致會錯意。
• 第二種則是高頻聽損（High-Frequency Sensorineural Hearing Loss, HFSHL），指的是聽取高頻率（2,000 赫茲以上）的聲音時有困難，我們的語音中有些子音頻率比較高，例如ㄘ、ㄙ、ㄈ、ㄒ、ㄑ、ㄔ，因此高頻聽損的人即使在安靜的環境中也會聽錯、聽漏這些聲音，像是把「蔥餅」聽成「鬆餅」。
• 最後一種則是單側聽損（Unilateral Hearing Loss, UHL），顧名思義就是只有一邊的耳朵聽力不佳，另一隻耳朵正常，當聲音從聽力較差的那側傳來時會聽得較吃力，也會有聽聲辨位的困難（Anderson & Matkin，2007；Bess, Dodd-Murphy & Parker，1998）。

關於三種微聽損的詳細界定，可參考如果小美人魚失去的是聽力，幸福也沒有比較容易：談輕微聽力損失「微聽損」這一篇的介紹。

微聽損帶來的「微」險

從前面描述看來，微聽損好像只是有點聽不清楚，或一部分的聲音聽不見，應該頂多不能報名少年偵探團，或弄錯別人意思鬧鬧笑話，不算太嚴重吧？但其實不然，微聽損帶來的危害可不微小。

社交及心理困擾

在與人交流時，若無法聽清別人說話會阻礙溝通，帶來社交困擾。美國國家老齡理事會（National Council on the Aging）曾在1999年針對兩千多位有不同程度聽力問題的老年人進行問卷調查，發現有聽力問題卻未配戴助聽器的老人更容易有憂慮、偏執、不安等情緒，也較少參與社交活動。

這樣的困擾即使聽損程度較輕也會發生，Monzani等人（2008）請169位35至54歲成人填寫聽力障礙及生活品質相關的量表，其中96位受訪者聽力正常，另外73位則有輕度至中度的聽力損失，研究結果指出，微聽損成人的生活品質較聽常成人低落，且較容易沮喪、焦慮、對人際關係過度敏感及產生敵意。

Wie 等人（2010）的研究也指出，單側聽損成人比聽常者更容易感到幸福感下降，以及在人際上遭到排擠。聽損者之所以容易遭遇人際互動困難，除了因為自己聽不清他人說話外，也可能是因旁人與聽損者互動時，必須經常重複說過的話、放慢速度、注意距離是否過遠、發音是否清楚等等，而降低了他們與聽損者溝通的意願，使得聽損者感覺更加孤立（Arlinger，2003）。

此外，聽力問題不僅影響聽損者本人，也可能影響其身邊的人，Wallhagen等人 （2004）以自評問卷對四百多對46歲以上的夫妻或情侶進行調查，結果指出聽損可能會影響配偶的身心健康及幸福感：

配偶有聽力損失的人，越容易感覺不快樂、失去活力，甚至認為另一半不了解自己。

身體健康危害

家中若有長輩，要當心微聽損對長輩健康安全帶來的威脅。Lin等人（2013）的研究追蹤了一千多位聽常者與聽損程度多為輕度至中度的老人，並分析了這些老人認知功能的下降情形，結果顯示認知功能的下降和聽損有關：

聽損老人發生認知損害的風險比聽常者高約 1.2 倍。

最新的失智症研究更表明，老年聽損男性患失智症的風險比無聽損者高約 1.7 倍（Ford, Hankey, Yeap, Flicker & Almeida，2018）。聽損之所以對認知造成影響有幾種可能原因，一是因為聽損帶來社交孤立，而研究已證實孤獨和認知功能衰退有關。另一種解釋則認為，聽損者平時須耗費更多精力傾聽，因此較沒有餘力進行其他方面的認知處理（例如：記憶）。

此外，Lin 等人（2014）的大腦影像研究也顯示聽損者的大腦萎縮比聽常者來得快。Lin的團隊運用核磁共振造影術（fMRI）觀測56歲以上聽損成人十年間的大腦變化，發現他們招募的受試者聽損程度雖然大多只有輕度，但全腦及右腦顳葉（temporal lobe，位置見上圖）的容量（volume）減少速度明顯較聽常者快。聽損受試者右腦顳葉萎縮的區域除了負責口語處理外，也影響語意記憶及知覺整合，而這部份正是早期阿茲海默症相關的腦區（Lin et al.，2014）。

除了認知損害外，聽損也會增加老年人跌倒的風險。Lin 與 Ferrucci（2012）以兩千多位 40 到 69 歲間的成人為對象，調查他們過去一年內跌倒的情形。結果發現，每增加十分貝的聽損，跌倒機率增加 1.4 倍，而即便是輕度聽損者，跌倒風險仍比聽常者高出三倍。聽損者之所以容易跌倒，一種可能的原因是耳蝸功能損失伴隨著前庭功能損害，使得平衡感減弱，另一種解釋是聽損使人對環境的警覺性變差，且聽損者需耗費較多力氣傾聽，連帶減少了能夠運用在肢體平衡上的注意力。跌倒可能威脅老人的健康及生命安全，因此家中若有聽損長輩，必須注意聽損對行走安全的影響。

造成微聽損的兇手不只一個！

看完微聽損帶來的危害後，相信你會想問：造成這一切的兇手究竟是什麼？

雖然柯南的世界裡真相總是只有一個，但在微聽損的世界裡，兇手可能不只一個！前面曾提及阿笠博士跟狙擊手犯人聽不見高頻的蚊音，當然我們不清楚他們若到醫院接受聽力檢查是否真的會被界定為有微聽損，因為一般聽力檢查主要測試的頻率範圍是 250～8,000 赫茲之間，也就是人類溝通時主要能聽取的頻率範圍。

而在聽力檢查中，高頻聽損針對的是 2000 到 8000 赫茲聲音的聽取能力。阿笠博士和犯人雖然聽不見 17,000 赫茲的蚊音，但如果接受聽力檢查時 2000到 8000 赫茲沒有問題，就不會被界定為「高頻聽損」，只能說他們聽取超高頻聲音的能力有退化。但現在先讓我們假設他們都是微聽損的族群，一起來想想可能是哪些原因造成的？

老年性聽損

首先，阿笠博士的案例我們或許可用老化來解釋。一般來說成人 40 歲以後，位於耳蝸內負責聲音處理的毛細胞（hair cell）會漸漸死亡，使得聽力緩慢衰退，從高頻的聲音開始聽不見。52歲的阿笠博士，聽不見蚊音也是人類耳朵退化的正常現象。而到了 65 至 70 歲，連中低頻率聲音的聽力也漸漸退化，此時會感到明顯的重聽（陳世一、陳弘聖、賴正軒、鄧若珍，2012）。

聽損在台灣銀髮族中盛行率很高，Lin等人（2007）調查南台灣聽損程度在25分貝以上的老年族群，發現60到69歲聽損盛行率為47%，70到79歲為65%， 80到89歲則為53%。而張欣平（2008）以北台灣到醫院接受健康檢查的年長者為樣本，指出65歲以上年齡段的聽損盛行率都高於95%，也就是幾乎所有年長者都有聽力問題。

那麼犯人聽不見蚊音該怎麼解釋呢？那位犯人只有 32 歲，還是個年輕的小夥子，不到耳蝸功能喪失的年紀，怎麼就有高頻聽力退化的情形出現呢？看來案情並不單純。

職業噪音傷害

那位犯人以前曾是海軍陸戰隊的二等中士隊員，他的聽損可能來自「職業噪音傷害」。根據勞動部職業安全衛生署統計，2016 年全國職業傷病診治通報件數中，比率最高的是職業性聽力損失，占六成左右，可見工作對耳朵造成傷害的情形是很常見的。工作環境若充斥噪音，長期下來會造成噪音性聽損（noise-induced hearing loss）。

製造業者、工人、軍警、牙醫、美髮業者等人員的耳朵較常接觸高分貝器械的噪音，因此聽力容易受損，而柯南劇中犯人的微聽損或許就是征戰沙場所帶來的職業傷害。此外，有些工作需搭乘的交通工具會發出巨大聲響，例如機組人員、消防車、救護車或垃圾車隨行人員，還有一些工作環境總是人聲鼎沸，例如酒吧、夜店等等，這些人長久下來也有微聽損的隱憂（European Agency for Safety and Health at Work，2014；Hear it，2008；Manatee Hearing & Speech Center，2016；余仁方，2014）。

前面提過，除了輕度聽力喪失外，微聽損還有單側及高頻聽損兩種類型，那麼哪些工作容易造成這兩種聽損呢？單側聽損通常發生在經常使用單邊耳朵的工作，例如歌手、舞台劇演員、演奏家、客服、維安或賣場服務人員，他們經常是同一邊耳朵戴著耳機，或從固定某側接收樂器聲音，因此會有單側聽力損失的風險。

另有一些工作較容易引發高頻聽損，例如農業工作者常用的收割機和托拉機會發出高頻噪音，容易傷害耳蝸接收高頻的地方。另外，廚房中大火快炒跟煎魚常出現高頻的聲音，也會使廚師、家庭主婦成為高頻聽損的危險族群（余仁方，2014）。

其他因素

除了老化及噪音外，還有一些其他因素會導致聽力損失。研究顯示聽損在糖尿病族群中更常發生（Kakarlapudi, Sawyer & Staecker，2003），尤其是高頻聽損，發生在糖尿病患者的機率大約是非糖尿病患者的兩倍，其原因可能是糖尿病帶來的身體病理變化破壞了聽覺功能相關的神經及血管（Bainbridge, Hoffman & Cowie）。

心血管疾病也與聽損相關，美國威斯康辛麥迪遜大學的 Friedland 教授指出，低頻聽損跟心血管疾病有高度關聯性，這是因為內耳佈滿了血管，當身體血液流動功能異常，就容易先出現聽損的狀況（Wyson，2009）。其他傷病因素還有腦傷（Traumatic brain injury, TBI）、內耳自體免疫疾病、耳硬化症（Otosclerosis）、聽神經瘤（Acoustic neuroma）、梅尼爾氏症（Ménière’s disease）等等。

另外，吸菸及藥物使用也是導致聽損的危險因子。目前已有研究證實抽菸與聽損相關，聽力損失發生在抽煙者的機會是不抽菸者的1.7倍（Cruickshanks et al.，1998），而且通常是輕度的聽損（Kumar, Gulati, Singhal, Hasan & Khan，2013）。美國語言聽力協會（ASHA）也指出，使用耳毒性藥物（Ototoxic medications）也可能使聽力產生損傷，例如新黴素、呋塞米、某些化療藥物、大量的阿斯匹靈等。

老了也想當少年偵探：如何保健聽力

微聽損會降低我們的生活品質，對身體及心理的影響不容小覷，因此日常的聽力保健非常重要。工作場所中若充滿噪音，可利用耳塞或耳罩降低噪音傷害。平常使用有聲電子設備時，必須注意音量是否過大，以及使用時間是否過長。盡可能選購隔音效果較好的耳機，較不會為了跟外界噪音比大聲而不自覺把耳機音量開更大。

另外，要避免吸煙等不良的習慣；服用藥物前，先向醫生確認是否有聽力損害的風險，若真的必須使用，在服藥前和服藥期間都要接受聽力及平衡感檢查。最後，自己和家人都要定期做聽力檢查，若發現聽力損失才能及早介入（Fligor，2018；WebMD Medical Reference，2017）。

萬一不幸發現微聽損已找上門，又該怎麼做呢？最首要的是先向聽力相關專業人員確認自己的聽損狀況，至於是否需配戴助聽器，得依自身狀況向專業人員諮詢，才能找到適合自己的解決之道。不過不論是否使用助聽器，當微聽損使溝通交流受阻，微聽損者本人或是他身邊的人都可利用一些小技巧幫助溝通進行：

延伸閱讀

• 如果小美人魚失去的是聽力，幸福也沒有比較容易：談輕微聽力損失「微聽損」
• 常戴耳機聽音樂，感覺聽力未老先衰？你不可不知的隱形聽力損失

參考文獻

1. Anderson, K. & Matkin, N. (1991, 2007 revised). Relationship of degree of longterm hearing loss to psychosocial impact and educational needs.
2. Arlinger, S. (2003). Negative consequences of uncorrected hearing loss––A review. International Journal of Audiology, 42, 2S17-2S20.
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4. Bainbridge, K. E., Hoffman, H. J., & Cowie, C. C. (2008). Diabetes and hearing impairment in the United States: Audiometric evidence from the national health and nutrition examination surveys, 1999-2004. Ann Intern Med, 149(1), 1-10.
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12. goo辭典對蚊音的定義
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註[1] ：有些日本助聽器公司提供線上的「蚊音測試」，例如：Signia、Resound。

「數感盃青少年寫作競賽」提供國中、高中職學生在培養數學素養後，一個絕佳的發揮舞台。本競賽鼓勵學生跨領域學習，運用數學知識，培養及展現邏輯思考與文字撰寫的能力，盼提升臺灣青少年科普寫作的風氣以及對數學的興趣。

本文為 2018數感盃青少年寫作競賽 / 高中組專題報導類佳作 之作品，為盡量完整呈現學生之作品樣貌，本文除首圖及標點符號、錯字之外並未進行其他大幅度編修。

• 作者：許聖玟／永春高中

日本人氣漫畫名偵探柯南是一部紅了 20 年的經典，陪伴許多人長大，從 1997 年第一部劇場版《引爆摩天樓》推出後造成轟動，之後柯南每年會固定推出一部電影。推理解謎一直是柯南的重要元素，且隨著科技的進步，電影中的聲光效果也越來越厲害，更多了緊張刺激的動作場面。隨著時代的潮流不斷進步，成為不朽之作。

在柯南電影系列中，有一部「通往天國的倒數計時 」，其中出場人物包含柯南，約重 18 公斤；小哀，約重 18 公斤；步美，約重 16 公斤；光彥，約重 20 公斤；元太，約重 40 公斤。了解這些角色體重訊息後，接下來我們就可以來看看其中一段特殊的情節設計。

電影裡，典禮會場上短時間的黑暗之後，又有另一人被殺害。現場也和第一次一樣，留下了一個小酒杯。非常明顯的，這兩次的兇手必定為同一個人。壞人琴酒利用警察與毛利小五郎正在調查案件的混亂之際，引爆了藏在大樓內的炸藥，銷毀組織一切不可告人的情報，同時把在樓頂的柯南偵探團困在裡面，使他們陷入了危險。在這麼危急的時候，柯南等人卻利用飛車逃離了這危險的大樓，到了另一座大樓！

我們來看一下他們是怎麼逃出去的。

這兩座大樓的水平距離大概是 50 米，大樓間的高度差約 20 米，所以說，如果車子真的要飛過去的話，距離就會變成拋物線，這樣的距離會變成 60 米長。地球上的物體雖然在水平方向運動的時候能夠以等速度前進，可是當物體正在下墜時會因位重力的關係，以等比的加速下墜。下面是電影中小哀的分析過程： t=√ˉˉˉ2×20÷9.80665=2.02s≈2s 也就是説，從 20 米高處下墜只需 2 秒。 2s->60m=1s->30m，其中30m/s=108km/h，但經過柯南分析了場地以及車子的問題後，推論他們的時速最高只能衝到 60km/h 。

基本上柯南他們是沒有機會的！但處在準備爆炸的大樓裡，這樣的情況值得他們賭一把！

柯南估計宴會場距離能讓車加速到 60km/hr加上爆炸的推力，時速應該能夠到108/hr以上。其實這句話有非常大的問題了，以多少人在車上能加速到60km/hr？現在是五個小孩，如果他們全部都要上車，那乘客總重約 120kg了，那麼這樣還能如期在相同距離內加速到 60km/hr嗎？現在多出了 120kg，那麼車子的速度應該會更慢。60km加爆炸風根本是在賭博，因為實際上是多少柯南它自己應該也無法保證，除非它知道是怎麼樣的炸彈，以及炸彈放置的地點推論，但電影中並沒有提到這樣的資訊。

接下來就看一下我的算法吧！

我先假設它是一台跑車大約 1600kg，那麼總重就大約是是 1600kg+120kg，接著代入 F=ma 的公式中裡面，假設真的像柯南估計的一樣在宴會場跑完是60km/hr，那爆炸帶給車的推力必須讓車能夠加速到108kg/hr，其中加速度 a=108-60=48，F=(1600kg+120kg)*13m/s=22360N，所以爆炸產生的推力須達22360N。假設在完美狀況下，其他阻力都都不考慮，而 F>22360N，那就應該可以飛得過去！相對的，如果說爆炸給的推力 F<22360N，那我們就沒有柯南可以看了。

在未來，假使我們能夠將車子改良，使車子在更短時間與更短距離內加速，並且到達一定的水準，那麼現實中發生類似情況時，人們就不用冒著風險去賭一把了。

或者說，假使運氣好，炸彈是空用炸彈的話，也能幫助我們逃出生天。因為空用炸彈的爆炸威力是足以到達 30000N 以上，反推回去的話，即使車子只加速到50km/hr，也能安全過關！

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