如果你擁有「比尋常人敏感萬倍」的絕對聽覺能力,會是怎樣的感覺?|重甲科不科?03

  • 文/許經夌(ZERO)│中原大學物理學系暨研究所教授

《重甲機神》的故事中除了「巨大機器人」這個要素之外,還有一個動漫畫迷一定也不陌生的要素:「偶像歌星」!我們的女主角「天音」就是一個號稱有「絕對聽覺」能力的實力派偶像歌星。

《重甲機神:神降臨》的女主角、擁有「絕對聽覺」的天音。 圖 / 威視電影提供

把「機器人」和「偶像歌星」結合起來,一方面是向動畫名作《超時空要塞》致敬,而另一方面也有科學上要用來「自圓其說」的理由:

《重甲機神》是個發生在台灣周遭海域的故事,在海洋中探索和戰鬥,當然需要用到大家都知道的「聲納」。

聲納最重要的就是「聽音」的部分,女主角既然是實力派歌星,耳力想必相當不錯,所以就在「陰錯陽差、因緣際會」的情形下,搭上了機器人,擔任聽音的工作,這也是很合理的事。(當然我們也不否認,這是製作群因為想放個偶像歌星在故事裡,所想出來的藉口,哈哈。)

為了強調女主角的聽音能力,故事中還說她具有「絕對聽覺」能力,英文叫做 Absolute Sound Sensation,這是什麼東西呢?

其實,真實世界沒這種東西!這完全是科幻上的想像!(真實世界有所謂的「絕對音感」,不過那是另一回事的東西,我們就先不談。)

且慢,且慢把你手上手機或滑鼠丟過來抗議。圖/pixabay

科幻故事的趣味之一,就是在科學的基礎上,把真實事物加以誇張想像,讓我們可以得到知性上的樂趣,也對科學的美好有更多體會,不是嗎?所以我們就來從科學角度出發,研究一下,具有「絕對聽覺」能力會是怎麼樣的感覺。

故事中的台詞是這麼寫的:「你的絕對聽覺,比尋常人敏感萬倍。」

「比尋常人敏感萬倍?」等一下,這還得了,這個會死人的吧?你一定會想這樣子吐槽吧。

不久之前,因為有ACG作品中出現了「感度 3000 倍」這個誇張的設定,於是一時瘋傳,甚至還變成登上了日本 Twitter 趨勢排行的流行梗。

大家紛紛發表對「感度 3000 倍」的感言:「這個要是有蛀牙就會想死了吧?」、「這個搔癢一下腳底就會感覺像是踩到樂高積木吧?」、「旁邊的人放個屁就會感覺像是進了毒氣室吧?」……

好了,這下不止3000倍,還是「敏感萬倍」,我們《重甲機神》的女主角一登場就要「升天」了吧?其實沒有這麼「悲觀」啦,這在科學上是要看這個「敏感萬倍」是怎麼定義的。

圖/wikipedia

在19世紀中葉,德國萊比錫大學的物理學教授古斯塔夫·費希納(Gustav Fechner)研究了人類「心理感覺」和「物理刺激」之間的關係,出版了《心理物理學綱要》(Elemente der Psychophysik)一書,為「心理物理學」(Psychophysics)這門學科奠定了基礎。

簡單的說,費希納教授發現人類的「心理感覺」和「物理刺激」是成一個對數關係,可以寫成下面的公式,現在我們叫它「費希納定律」:

\( S= k \log I \)

式中的S正比於「心理感覺強度」,I正比於「物理刺激強度」,k則是一個比例常數。大致上我們可以這樣講,把「物理刺激強度」取了對數之後,才會對應到「心理感覺強度」。

而「取對數」是一個非常有趣的數學過程,它可以把很大的數值範圍「壓縮」到很小的數值範圍,例如一到一億(1 = 100 ~ 100000000 = 108)是一個很大的範圍,取了以10為底的對數之後,就為變成從0到8的小範圍。

就演化的觀點而言,人的「感覺強度」之所以要和外來「刺激強度」成對數關係,其目的就是要盡量把外界「數值變化範圍很廣大的物理刺激」變成「人體可以接受的心理感覺」,也就是說,人類要一方面可以感覺到情人溫柔的撫摸(微小的物理刺激),一方面又要可以承受強烈的巴掌攻擊(巨大的物理刺激),而不至於「感覺爆表」,導致昏了過去。(如果「心理感覺」和「物理刺激強度」成正比,就可能會有這種悲慘結果。)

現在我們常用「分貝」(decibel,可簡寫為dB)當作音量(loudness)的單位,在醫學的聽力檢查標準或是環保署的噪音管制標準上都可以看到,其原因就是「分貝」的數值大小非常適合拿來對應我們聽覺上的「心理感覺強度」。

下面這條公式就顯示了聲學上的「分貝值」β與「物理刺激強度」I之間的關係:

\( \beta = 10\log\frac{\mathrm{I} }{\mathrm{I_{0}} }\)

不意外的,它就是個對數關係。公式中的I代表了物理上的「聲音強度」(sound intensity),也就是每單位面積所傳送的聲音功率,其單位可以是W/m2(瓦特/平方公尺)。

有趣的是,公式中還有個I0,它代表的是「聽覺閾值」(hearing threshold),也就是「可以被聽見的最小聲音強度」,對一般人類而言,這個值的大小是10-12 W/m2

所以當聲音強度小於10-12 W/m2的時候,音量(聲音感覺)是小於0分貝,我們是聽不到聲音的。當聲音強度開始大於10-12 W/m2,我們就可以逐漸聽到聲音。每當聲音強度變為原來的10倍,音量就增加10分貝。


現在我們就可以來想像一下,《重甲機神》的女主角天音「比尋常人敏感萬倍」的「絕對聽覺」是什麼感覺了。

這個「敏感萬倍」指的當然不是她聽到的音量(聲音感覺)被放大萬倍,否則她大概在故事一開始就掛了,戲也演不下去了……我們應該這樣想像:這個「敏感萬倍」指的是她「可以聽見的最小聲音強度」是一般人的萬分之一,也就是聽覺閾值I0降到了10-16 W/m2,所以她有機會聽見一般人聽不到的聲音,。

如果回到剛才的分貝值公式計算一下,就會發現,天音的這個能力相當於把聽到的聲音提高了40分貝,所以她可是過著相當「刺激」的生活。我們就參考環保局網頁(註一)的噪音分貝對照表來比喻一下好了。

  • 在一般人的耳中,相當微弱的樹葉沙沙摩擦聲(20分貝),在天音耳裡,就像是人們平時交談時的聲音(60分貝)一樣的清晰。
  • 對一般人來說,相當安靜的辦公室(50分貝),對於天音來說,就像是充斥著的吵人的狗叫聲(90分貝)。
  • 一般人在路邊聽到的車輛交通聲(80分貝),天音聽起來,就像是工地用的打樁機(120分貝)一般的吵雜。

這麼一想像,應該還是會覺得,這樣的生活蠻令人想死的吧?所以啦,在《重甲機神》的故事中,天音必須要盡量戴著「防噪耳機」,因為這可是關係到我們女主角的「身心健康」啊。

天音最好還是都帶著防噪耳機吧!

註釋

  1. 噪音管制對照表

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