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有功夫,沒懦夫。來練經濟又環保的武林絕學「獅吼功」。|2021 數感盃|高中專題|銅獎

數感實驗室_96
・2021/12/25 ・5327字 ・閱讀時間約 11 分鐘

  • 作者:王佳欣、何忻曄/北一女中

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 2021 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。

壹、探究動機 

獅吼功,起源於佛家用語「師(獅)子吼」,形容佛講法如獅子威服眾獸一般,能調伏一切眾生。

《阿彌托經義疏》:「獅子一吼,百獸皆死,喻佛說法,魔外消亡」。後少林七十二絕學中有獅子吼:「發功呼嘯,讓敵肝膽劇烈,心驚膽戰,毛骨悚然,往往一聲長嘯即使對手不戰而敗。」武俠小說《倚天屠龍記》也寫謝遜的獅吼功:「謝遜張開大口,似乎縱聲長嘯,只見天鷹教、巨鯨幫、海沙派、神拳門各人一個個張口結舌,臉現錯愕之色;跟著臉色變成痛苦難當,宛似全身在遭受苦刑;又過片刻,一個個先後倒地,不住扭曲滾動。」

而在電影《功夫》中的描寫更是神奇,包租婆大吼一聲,把人震飛,搭配大鐘造成聲波反射集中,連房子都被震垮,談笑間,檣櫓灰飛煙滅,火雲邪神也莫之能禦。

如此淵源於華夏深厚之武林絕學, 不費一兵一卒、一槍一彈,便可制敵於機先、克敵於無形,沒有槍彈的血光四濺,又沒有核彈的遺禍萬代,攜帶方便、經濟又環保,既可健身又可防身,若是可以用所保存進而推廣, 豈不妙哉,因此我們接此天降大任,探討《功夫》一片獅吼功的合理性。 

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貳、探討過程 

一、包租婆的威力 

《功夫》一片中有一段經典的史詩戰役,發生在滿清時代,一處面積僅為 0.026 平方公里的小圍城──豬籠寨村。主角是豬籠城寨的武則天──包租婆,對手是殺遍天下無敵手,苦尋寰宇無對手的火雲邪神。

邪神身高並不高,加上他那一頭秀髮(還是僅有的一綹,約 200 根) 讓他的身高激增了 5 奈米(因單位太小故可忽略不計)到了大約 170cm,以及因為中年飲食不節、菸酒不忌加上缺乏運動,被居家隔離十四年後激增到了 70kg 的體重。

他們在城寨前一方光滑的場地上打鬥,假設他被獅吼功震飛以加速度 15m/s2 向後彈開,且他穿的不知名國產藍白拖因為多年磨損,摩擦力小到可以忽略,依照牛頓第二運動定律:F = m × a,獅吼功必須施加在火雲邪神身上的力為:

F = 70(kg) ✕ 15(m/s2),F = 1050(N) 

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假設包租婆和火雲邪神站很近,只有一部天竺鼠車車的距離:50cm,所以先忽略聲音的衰減,還有聲線甜美與否的問題。因此包租婆聲音所造成的力火雲邪神全部都接收:F火 = F,而且如果包租婆除了與頭髮共生的髮卷還有煙不離口的強健肺葉之外,生理構造和正常人相同,那聲門(兩瓣聲帶之間開口)的截面積大約是 1cm= 10−4m2

依照壓力公式: \( P=\frac{F}{A} \) ⇒ F = P × A,包租婆發出聲音對聲門產生的壓力為:

 F火 = P ✕ A

⇒ 1050(N) = P ✕ 10-4(m2)

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P = 1.05 ✕ 107(N/m2)

平地氣壓大約是 1atm,已知 1atm = 1.013 × 10N/m2= 10.33m 水深,所以包租婆對聲門造成的壓力為: 

1.05 ✕ 107(N/m2) = 103.6atm ≒ 1070m水深

這代表包租婆可以在水深 1070 公尺這樣大氣壓的環境下吐氣。

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目前,人類自由潛水的深度只到大約 120 公尺深,有裝備的潛水也只到大約 332.35 公尺深,能到達這個深度的生物,除了俗稱 Osedax 的骨蠕蟲之外,就只有巨型魷魚。基於本文是一篇嚴謹嚴肅的學術論文,所以暫且不討論包租婆與他們是親戚的可能。可見常人,是絕對練不成包租婆的獅吼功的。

二、一般人的威力 

接著來算常人在理論上呼氣可以達到的最大氣壓。

根據波以耳提出定溫定壓下,氣體體積與壓力的關係:PV =定值。所以 PV吸 = PV。要求 V,我們先依照 TLC(肺總容積)公式:TLC = IC(吸氣量) + FRC(功能儲備量),計算一般人的 TLC(V):

IC = TV(潮氣量)+ IRV(吸氣儲備容積)

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⇒ 正常呼吸下,吸進呼出的氣體容積 500mL + 正常呼吸後,全力吸進的氣體容積 3000mL

⇒ IC = 3500mL

FRC = ERV(呼氣儲備容積)+ RV(殘氣量)

⇒ 正常呼吸後,全力吐出的氣體容積 1100mL + 不能再呼氣後,肺留存的氣體容積 1100mL

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⇒ FRC = 2200mL

TLC = 3500(mL) + 2200(mL) =TLC (V) = 5700mL

因為吸氣時的肺部壓力大約是 1atm ,所以 PV吸 = 1(atm) × 5700(mL) = 5700,而 V 相當於 RV(殘氣量) = 1100mL,因此 PV吸 = PV ⇒ 5700 = P ✕ 1100(mL) ⇒ P = \( 5.\overline{18}atm \)

正常人在呼吸的最大極限下,肺理論上能含最多 \( 5.\overline{18}atm \) ,而包租婆卻需要 103.6atm 來將火雲邪神震飛,足足差了 20 倍。可見普通人,就別再妄想練成包租婆的獅吼功了,練外單丹功好了。 

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三、包租公還好嗎? 

 就在包租婆使出獅吼功將火雲邪神震飛時,包租公就站在稍微有點距離的地方,大約 20 部天竺鼠車車排在一起的距離(至於為什麼排在一起不重要)。難道每天跟包租婆相處的包租公,在打鬥時不會受到友軍傷害嗎? 

雖然包租婆所發出的聲音大小不變,但距離增加會造成聲音衰減。音源通常有大小,但充分遠離時,音源可視為一點,和音源的距離每增加 1 倍時,聲音衰減 6dB。

如下圖所示:

紅點是音源(包租婆所在位置),r1 是火雲邪神和包租婆的距離,如上述,只有 0.5m, 所以我們忽略衰減,包租婆的獅吼聲在火雲邪神耳朵裡是多少分貝呢?

1atm = 1.013 × 105Pa, 可得 103.6atm ≒ 1.05 × 107Pa,接著依照聲壓級(SPL)公式:

\( SPL=10log(\frac{p}{p_{0}})^{2}dB \) ,(P0在大氣中常取 2 × 10−5,大約是 3 米外一隻蚊子飛行的聲音),可得火雲邪神聽到的聲音大小是: 

 \( SPL=10log\left ( \frac{1.05\times 10^{7}}{2\times 10^{-5}} \right )^{2}dB \)

SPL = 10log(2.75 ✕1023)dB

⇒ SPL = 234.4db

而 r2 是包租公和包租婆的距離,上面說大約是 20 隻天竺鼠車車的距離:10m,依照聲音衰減公式:Lp= Lp− 20 × log(r2/r1)可求得包租公所聽到的聲音是:

 Lp = 234.4db – 20log(10/0.5)

Lp = 234.4db – 20 ✕ log20

Lp = 208.4db

所以我們可以得知包租公是受到 208.4dB 的聲音攻擊。那 208.4dB 的聲音對包租公除了小鹿亂撞之外還會造成甚麼影響呢?

我們先依聲壓公式: \( SPL=10log(\frac{p}{p_{0}})^{2}dB \) ,把分貝換成聲壓:

208.4dB = 10log( P/ 2 ✕ 10-5 )2

P = 5.14 ✕ 105Pa

可得知獅吼功對包租公來說,包租婆的聲音產生 5.14 × 105Pa(= 5.14 × 10N/m2),依照上文論述,聲門表面積 (A)=10−4(m2),所以施在包租公身上的力為:

F = P婆 × A = 5.14 × 105(N/m2) × 10−4(m2) = 51.4(N) 

包租公體重 65kg,依照牛頓第二運動定律:F = ma,可得知包租公的加速度為: 

F = m × a ⇒ 51.4 = 65 × a ⇒ a = 0.79 m/s2

由此可知,包租公不會像電影中描述的一樣被震飛,假如他們在光滑的地面上打鬥,那他只會以 0.79 m/s2 的加速度向後退。

但值得注意的是,208.4dB 的聲音絕對會讓耳膜破裂,瞬間造成失聰。希望包租公每天和包租婆相處在一起,能夠知道包租婆甚麼時候要使出獅吼功並做好耳朵的防護,如此一來,包租婆就可以震退火雲邪神卻不傷及包租公。

話說回來,只要受過一次傷害,應該也就永久免疫了。 

四、是甚麼限制了獅吼功? 

不過就算包租婆的生理構造奇特,能達成上述不可能達成的吼叫聲,也不可能練成獅吼功。因為包租婆所發出的 234.4dB,已經超過地球大氣中最大能傳播的 194dB。

目前在空氣中測得最大的聲音是 1883 年 8 月 27 日,印尼克拉克托火山爆發,在 160 公里外測得 172dB。 雖然科學家曾製造出 270dB 的聲音,但是是在水下,且已經達到水中傳播極限。(你不要跟我說卡通海賊王裡的魚人泰格可以,也不要跟我說什麼賣碳的可以水之呼吸,就跟你說了我們是嚴肅嚴謹學術論文)

可見包租婆的獅吼功是不可能存在的。另外一個原因是,根據牛頓第三運動定律:作用力與反作用力,包租婆自己,也會受到極大的衝擊而和火邪神一起被震飛;且包租婆比火雲邪神輕,只有 61kg,因此自己會被震飛得更遠,每發功一次還得搭捷運回來準備下一回合也太累了,如此便喪失了攻擊敵人的效果了。

五、真實版獅吼功  

既然要達到像功夫中把人震飛的效果是不可能的,那如果獅吼功只是要讓人感到不舒服(姑且不論發功人的長相以及音質的話),造成暫時性的失聰、聽損,正常人是不是也有可能做到呢?

所以接下來我們來探討什麼樣的聲音會使人不舒服,甚至是失去聽力。(你不要跟我談你的媽媽還有國文老師,我再重申一次,我們是嚴肅嚴謹學術論文。)

上圖是人耳聽覺範圍,縱軸是聲壓級(分貝),橫軸是頻率 (千赫茲)。下方曲線叫做聽閾, 是人可以感覺到的最小聲音,上 方曲線叫痛閾,在痛閾以上是人無法忍受的聲音。

大約在 140dB 左右的聲音,就會造成耳膜破裂永久失聰。但在痛閾以下還有一 段會讓人感到不舒服的範圍,大約是 80dB 到痛閾。聽閾和痛閾之間被稱為聽覺面積,每個人都不一樣,也會隨著年齡不同而改變,一般來說年齡越大聽覺面積越小。 

由圖可以發現,當頻率極端的低或高時,聽閾都比較高,表示人對極低極高的聲音比較不敏感;但是痛閾都較低,達到較低的分貝就能使人感到不舒服。在聲音頻率高的時候尤其明顯。  

人類可以達到最大的頻率範圍大約是 85~1100Hz,而男女各有不同。依照上方的圖,在 85Hz 時,痛閾大約是 132dB;在 1100Hz 時,痛閾大約是 140dB。那正常的人類可以發出這 麼大的聲音嗎?

目前人類尖叫所達到的最大音量是 129dB,但理論上,依照前面證明,肺構造可製造的聲壓為 \( 5.\overline{18}atm \) 又 1atm = 1.013 × 105 Pa,可得 \( 5.\overline{18}atm \) ≒ 5.25 ✕ 105Pa,再依照聲壓級(SPL)公式: \( SPL=10log(\frac{p}{p_{0}})^{2}dB \) ,人理論上可達到得最高分貝是:

\( SPL=10log(\frac{5.25\times 10^{5}}{2\times 10^{-5}})^{2}dB \)

⇒ SPL = 10log(2.625 ✕1020)dB

⇒ SPL = 204.2dB

但人類當然沒辦法達到 204.2dB,原因有下: 

  1. 肺活量不夠:雖然理論上 TLC = 5700mL,但每個人的 IC(吸氣量)FRC(功能儲備量)不同,造成 TLC 不同,所以吸、吐氣的容積和理論上不同。 
  2. 人發聲有三要素:激發體、振動器、共鳴器。激發體是肺,振動器是聲帶,共鳴器是口腔咽喉鼻腔鼻竇等。順帶一提,發聲不是真的聲帶在震動,而是氣流推動聲帶急速的開合, 然後產生週期性的高低氣壓,所以就算真的達到了理論上的 TLC:5700mL,不會全部的氣流都讓聲帶開合。
    聲帶的表層(Reinke’s space)和黏液的黏稠度以及傳遞聲波的順暢度也會影響到發聲。
    再來是共鳴的問題,每個人的共鳴器大小不同,會造成聲音大小不同。

還有和包租婆一樣會遇到的問題: 

  1. 發聲的人會承受不了聲音而耳膜破裂甚至被反作用力震飛。 
  2. 就算克服了上述問題, 在空氣中能傳播的最大聲音是 194dB。 

參、結論 

要達到像電影中包租婆獅吼功的效果在現實生活中是不可能的,但若只要造成聽損的話, 可以嘗試達到 140dB 的聲音。火雲邪神說過:「天下武功,唯快不破。」140dB 可以瞬間造成耳膜破裂而永久聽損,但這也是幾乎不可能做到的事。

不過還有另一個方法:若是相當靠近敵人,我們建議只要突然地大吼將近 120dB,接近飛機起飛的聲音,就可以造成敵人感覺耳朵痛或耳鳴,爭取到一些時間足夠逃跑啦!

(什麼 ! 閃電五連鞭呢?最後說一次,我們是嚴肅、 嚴謹的學、術、論、文!) 

資料來源 

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數感實驗室_96
76 篇文章 ・ 50 位粉絲
數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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地震之島的生存法則!921地震教育園區揭開台灣的防災祕密
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/09/20 ・4553字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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為什麼台灣會像坐在搖搖椅上,總是時不時地晃動?這個問題或許有些令人不安,但卻是我們生活在這片土地上的現實。根據氣象署統計,台灣每年有 40,000 次以上的地震,其中有感地震超過 1,000 次。2024年4月3日,花蓮的大地震發生後,台灣就經歷了超過 1,000 次餘震,這些數據被視覺化後形成的圖像,宛如台北101大樓般高聳穿雲,再次引發了全球對台灣地震頻繁性的關注。

地震發生後,許多外國媒體擔心半導體產業會受影響,但更讓他們稱奇的是,台灣竟然能在這麼大的地震之下,將傷害降到這麼低,並迅速恢復。不禁讓人想問,自從 25 年前的 921大地震以來,台灣經歷了哪些改變?哪些地方可能再發生大地震?如果只是遲早,我們該如何做好更萬全的準備?

要找到這些問題的答案,最合適的地點就在一座從地震遺跡中冒出的主題博物館:國立自然科學博物館的 921地震教育園區。

圖:跑道捕捉了地震的瞬間 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

下一個大地震在哪、何時?先聽斷層說了什麼

1999年9月21日凌晨1點47分,台灣發生了一場規模7.3的大地震,震央在南投縣集集鎮,全台 5 萬棟房子遭震垮,罹難人數超過 2,400 人。其中,台中霧峰光復國中校區因車籠埔斷層通過,地面隆起2.6公尺,多棟校舍損毀。政府決定在此設立921地震教育園區,保留這段震撼人心的歷史,並作為防災教育的重要基地。園區內兩處地震遺跡依特性設置為「車籠埔斷層保存館」和「地震工程教育館」。

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車籠埔斷層保存館建於原操場位置,為了保存地表破裂及巨大抬升,所以整體設計不採用樑柱結構,而是由82根長12公尺、寬2.4公尺、重約10噸的預鑄預力混凝板組成,外觀為曲線造型,技術難度極高,屬國內外首見,並榮獲多項建築獎。而地震工程教育館保留了原光復國中受損校舍,讓民眾親眼見證地震的驚人破壞力,進一步強調建築結構與安全的重要性。毀損教室旁設有由園區與「國家地震工程研究中心」共同策劃的展示館,透過互動展示,讓參觀者親手操作,學習地震工程相關知識。

國立自然科學博物館地質學組研究員蔣正興博士表示,面積上,台灣是一個狹長的小島,卻擁有高達近4000公尺的山脈,彰顯了板塊激烈擠壓、地質活動極為活躍的背景。回顧過去一百年的地震歷史,從1906年的梅山地震、1935年的新竹-台中地震,到1999年的921大地震,都發生在台灣西部,與西部的活動斷層有密切關聯,震源位於淺層,加上人口密度較高,因此對台灣西部造成了嚴重的災情。

而台灣東部是板塊劇烈擠壓的區域,地震震源分佈更廣。與西部相比,雖然東部地震更頻繁,但由於人口密度相對較低,災情相對較少。此外,台灣東北部和外海也是地震多發區,尤其是菲律賓海板塊往北隱沒至歐亞板塊的隱沒地震帶,至沖繩海槽向北延伸,甚至可能影響到台北下方,發生直下型地震,這種地震因震源位於城市正下方,危害特別大,加上台北市房屋非常老舊,若發生直下型地震,災情將非常嚴重。

除了台北市,蔣正興博士指出在台灣西部,我們特別需要關注的就是彰化斷層的影響,該斷層曾於1848年發生巨大錯動。此外,我們也需要留意西南部的地震風險,如 1906 年的梅山地震。此兩條活動斷層距今皆已超過 100 年沒活動了。至於東部,因為存在眾多活動斷層,當然也需要持續注意。

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我們之所以擔心某些斷層,是因為這些區域可能已經累積了相當多的能量,一旦達到臨界點,就會釋放,進而引發地震。地質學家通常會沿著斷層挖掘,尋找過去地震的證據,如受構造擾動沉積物的變化,然後透過定年技術來確定地震發生的時間點,估算出斷層的地震週期,然而,這些數字的計算過程非常複雜,需要綜合大量數據。

挑戰在於,有些斷層的活動時間非常久遠,要找到活動證據並不容易。例如,1906年的梅山地震,即使不算久遠,但挖掘出相關斷層的具體位置仍然困難,更不用說那些數百年才活動一次的斷層,如台北的山腳斷層,因為上頭覆蓋了大量沉積物,要找到並研究這些斷層更加困難。

儘管我們很難預測哪個斷層會再次活動,我們仍然可以預先對這些構造做風險評估,從過往地震事件中找到應變之道。而 921 地震教育園區,就是那個可以發現應變之道的地方。

圖:北棟教室毀損區 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

921 後的 25 年

在園區服務已 11 年的黃英哲擔任志工輔導員,常代表園區到各地進行地震防災宣導。他細數 921 之後,台灣進行的六大改革。制定災害防救法,取代了總統緊急命令。修訂了建築法規,推動斷層帶禁限建與傳統校舍建築改建。組建災難搜救隊伍,在面對未來災害時能更加自主應對。為保存文化資產,增設了歷史建築類別,確保具有保存價值的建築物得到妥善照料。

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最後,則是推行防災教育。黃英哲表示,除了在學校定期進行防災演練,提升防災意識外,更建立了921地震教育園區,不僅作為教育場所,也是跨部門合作的平台,例如與交通部氣象署、災害防救辦公室、教育部等單位合作,進行全面的防災教育。園區內保留了斷層線的舊址,讓遊客能夠直觀地了解地震的破壞力,最具可看性;然而除此之外,園區也是 921 地震相關文物和資料的重要儲存地,為未來的地震研究提供了寶貴的資源。

堪稱園區元老,在園區服務將近 19 年,主要負責日語解說工作的陳婉茹認為,園區最大的特色是保存了斷層造成的地景變化,如抬升的操場和毀壞的教室場景,讓造訪的每個人直觀地感受地震的威力,尤其是對於年輕的小朋友,即使他們沒有親身經歷過,也能透過這些真實的展示認識到地震帶來的危險與影響。

陳婉茹回憶,之前有爸媽帶著小學低年級的小朋友來參觀,原本小朋友並不認真聽講,到處跑來跑去,但當他看到隆起的操場,立刻大聲說這他在課本看過,後來便聚精會神地聽完 40 分鐘的解說。

圖:陳婉茹在第一線負責解說工作 / 圖片來源:921地震教育園區

除了每看必震撼的地景,園區也透過持續更新策展,邀請大家深入地震跟防災的各個面向。策展人黃惠瑛負責展示設計、活動規劃、教具設計等工作。她提到,去年推出的搜救犬特展和今年的「921震災啓示展」與她的個人經歷息息相關。921 大地震時的她還是一名台中女中的住宿生,當時她儘管驚恐,依舊背著腿軟的學姊下樓,讓她在策劃這些展覽時充滿了反思。

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在地震體驗平臺的設計中,黃惠瑛強調不僅要讓觀眾了解災害的破壞力,更希望觀眾能從中學到防災知識。她與設計師合作,一樓展示區採用了時光機的概念,運用輕鬆、童趣的風格,希望遊客保持積極心態。二樓的地震體驗平臺結合六軸震動臺和影片,讓遊客真實感受921地震的情境。她強調,這次展覽的目標是全民,設計上避免了血腥和悲傷的元素,旨在讓觀眾帶著正向的感受離開,並重視防災意識。

圖:地震體驗劇場 / 圖片來源:921地震教育園區

籌備今年展覽的最大挑戰是緊迫的時間。從五月開始,九月完成,為了迅速而有效地與設計師溝通,黃惠瑛使用了AI工具如ChatGPT與生成圖像工具,來加快與設計師溝通的過程。

圖:黃惠瑛與設計師於文件中討論設計/ 圖片來源:921地震教育園區

蔣正興博士說,當初學界建議在此設立地震教育園區,其中一位重要推手是法國地質學家安朔葉。他曾在台灣指導十位台灣博士生,這些博士後來成為地質研究的中堅力量。1999年921大地震後,安朔葉教授立刻趕到台灣,認為光復國中是全球研究斷層和地震的最佳觀察點,建議必須保存。為紀念園區今年成立20週年,在斷層館的展示更新中,便特別強調安朔葉的貢獻與當時的操場圖。

此外,作為 20 週年的相關活動,今年九月也將與日本野島斷層保存館簽署合作備忘錄(MOU),強化合作並展示台日合作歷史。另一重頭戲則是向日本兵庫縣人與自然博物館主任研究員加藤茂弘致贈感謝狀,感謝他不遺餘力,長期協助園區斷層保存館的剖面展品保存工作。

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右圖:法國巴黎居禮大學安朔葉教授。左圖:兵庫縣立人與自然博物館主任研究員加藤茂弘
/ 圖片來源:921地震教育園區

前事不忘,後事之師

盡力保存斷層跟受創校舍,只因不想再重蹈覆徹。蔣正興博士表示,921地震發生在車籠埔斷層,其錯動形式成為全球地質研究的典範,尤其是在研究斷層帶災害方面。統計數據顯示,距離車籠埔斷層約100公尺內,住在上盤的罹難率約為1%,而下盤則約為0.6%。這說明住在斷層附近,特別是上盤,是非常危險的。由於台灣主要是逆斷層活動,這一數據清楚告訴我們,在上盤區域建設居住區應特別小心。

2018年花蓮米崙斷層地震就是一個例證。

在921地震後,政府在斷層帶兩側劃設了「地質敏感區」。因為斷層活動週期較長,全球大部分地區難以測試劃設敏感區的有效性,但台灣不同,斷層活動十分頻繁。例如 1951 年,米崙斷層造成縱谷地震,規模達 7.3,僅隔 67 年後,在 2018 年再次發生花蓮地震,這在全球是罕見的,也因此 2016 年劃設的地質敏感區,在 2018 年的地震中便發現,的確更容易發生地表破裂與建築受損,驗證了地質敏感區劃設的有效性。

圖:黃英哲表示曾來園區參訪的兒童寄來的問候信,是他認真工作的動力 / 圖片來源:921地震教育園區

在過去的20年裡,921地震教育園區不僅見證了台灣在防災教育上的進步,也承載著無數來訪者的情感與記憶。每一處地震遺跡,每一項展示,都在默默提醒我們,那段傷痛歷史並未走遠。然而,我們對抗自然的力量,並非源自恐懼,而是源自對生命的尊重與守護。當你走進這座園區,感受那因地震而隆起的操場,或是走過曾經遭受重創的教室,你會發現,這不僅僅是歷史的展示,更是我們每一個人的責任與使命。

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來吧,今年九月,走進921地震教育園區,一起在這裡找尋對未來的啓示,為台灣的下一代共同築起一個更堅固、更安全的家園。

圖:今年九月,走進921地震教育園區 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

延伸閱讀:
高風險? 家踩「斷層帶、地質敏感區」買房留意
「我摸到台灣的心臟!」法國地質學家安朔葉讓「池上斷層」揚名國際
百年驚奇-霧峰九二一地震教育園區|天下雜誌

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Freeze & Mute!別出聲!——恐音症 TMI 我來告訴你!
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2024/04/20 ・3826字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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  • 文/賴郁婷 | 雅文基金會聽語科學研究中心 助理研究員

「咔滋咔滋、咔滋咔滋」——聽到吃東西的聲音是不是讓人忍不住食指大動、唾液快速分泌呢?夜半時刻肚子感到空虛,美食又還在外送途中,一時半會兒吃不到宵夜該怎麼辦呢?先看看吃播也是能夠過過癮的,也因此一部分的影音創作者就抓住人們對於食物的關注,搭配 ASMR,強調食物在唇齒間的咀嚼聲,將大啖美食的畫面及聲音製作成影音大飽觀眾耳福。然而真的所有人都對 ASMR 放大的聲音感到愉悅或療癒嗎? 

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每個人看/聽別人吃東西都能感受到愉悅?。圖/Freepik

對聲音過敏?

您是否有這樣的經驗?在忙碌、deadline 逼近感到焦慮時,或是一個人走在暗巷中緊張、害怕時,任何風吹草動的聲音都會被放大或形成干擾。從空調的運轉聲、時鐘的滴答聲到進出門的開關聲等,都像是背後有隻怪獸正朝我們撲過來,若長期維持聽覺過度敏感化(Auditory Hypersensitivity / Oversensitivity)的狀況,則可能會導致注意力不集中、坐立不安、頭痛、噁心的感覺,甚至要到身心科尋求幫助;而原本有慢性耳鳴問題的人,也有可能會增加耳鳴發作的頻率 [1]

這類對外界聲音過度敏感的狀態,最早是由美國聽力學家 Johnson 在 1990 年代將其定義為選擇性聲音敏感綜合症(Selective Sound Sensitivity Syndrome, 4S),然而與聽覺過度敏感化不同的是,4S 患者主要是對特定的「觸發聲音」(trigger sound)出現時,才會出現明顯的不耐受性(intolerance),有些患者甚至連相關的視覺或嗅覺刺激也可能引發恐音反應 [2]。2001 年時,恐音症(misophonia)一詞被提出,其字義為:對聲音的憎恨 [3],被用來描述當面對特定、重複的觸發刺激時(例如:咀嚼聲、呼吸聲),會出現憤怒、厭惡的衝動反應。

容易對聲音感到焦慮、不舒服,就是有恐音症嗎?

人類因聲音感到困擾、對聲音耐受性較低的狀況,主要可分為以下三種類型 [4]

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  1. 噪音敏感(Noise sensitivity):指無論噪音大小(響度)如何,人們對噪音的生理及心理反應都變得敏感的狀態,因此他們通常在安靜的環境中感到最舒適。此症狀在經歷過重大腦外傷的人是很普遍的,在自閉症患者中也很常見。
  2. 聽覺過敏(Hyperacusis):指當聲音大小(響度)是在大多數人可以忍受的範圍時,聽覺過敏者則會感到生理上的不適或疼痛。研究指出,一般人對聲音響度的容忍度可以達到 100 分貝,甚至更高 [5],而聽覺過敏患者只能容忍 60 至 70 分貝的聲音大小,大約是一般人說話的音量,即會造成其不適。
  3. 聲音恐懼症(Phonophobia):與上述兩者不同,聲音恐懼症所造成的不適並非由物理聲音引起,而是患者對聲音的預期恐懼,他們「害怕」可能出現的聲音,這樣的害怕情緒會導致焦慮,且可能加劇已有的聽覺問題(聽力損失、耳鳴)。

雖然這些對聲音耐受性的相關症狀各有不同,但這些病症不一定都是單獨出現的,聽覺過敏者有很高的比例會伴隨著嚴重耳鳴 [6]、聲音恐懼症的患者也可能因有聽覺過敏而更容易對聲音感到焦慮、害怕。

恐音症到底是什麼?

在恐音症還未被正式定義前,經常被歸類為聽覺過敏或是強迫症,對其應該被歸類為精神疾病或是聽覺的相關障礙,各界學者們也都有不同看法,究竟恐音症有什麼特殊之處,讓我們來揭露它的廬山真面目。

對恐音症的診斷標準最早由荷蘭的阿姆斯特丹大學醫學中心在 2013 年首先提出。而後,Jager 等人 [7] 歷時五年對近 600 位恐音症患者進行研究,並於 2020 年提出修訂版的恐音症診斷標準。對於恐音症的診斷標準建立及更新,都可以看出學者們對於恐音症的重視與關注,然而恐音症至今仍未被列入在《精神疾病診斷與統計手冊》(DSM)及《國際疾病分類》(ICD)當中。

由於,恐音症在研究的早期階段定義及描述並不統一,診斷的方法和評估的標準也不相同,在如何定義和評估恐音症上尚無一致性,而這也促成了 Swedo 等人 [8] 透過與各界學者的討論與對話,逐漸對恐音症的概念達成共識,其項目包含:

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  1. 症狀描述:對特定聲音刺激(觸發因素)的耐受性降低,且觸發因素通常是重複的、由人的身體產生的,會造成患者過度的情緒、生理和行為反應。
  2. 觸發因素:最常見的觸發因素是聽覺上的,包含口腔的聲音(咀嚼、進食、咂嘴、吸食、咳嗽、清喉嚨和吞嚥等)、鼻音(呼吸和嗅聞等)、人為製造出的聲音(按原子筆、敲鍵盤、輕敲手腳和拖長腳步),以及物體發出的聲音(例如:時鐘滴答聲)或動物發出的聲音。同時也有機率對視覺上的觸發因素(折手指、抖腳、晃腿或看他人進食)有強烈反應。
  3. 觸發反應:在情緒方面,憤怒、惱怒、厭惡和焦慮是最常見的;生理上則會引起自主神經興奮,使肌肉緊繃、心率加快和出汗;行為反應上可能會對觸發因素進行攻擊,或以迴避、阻止、模仿的方式減低觸發因素所帶來的不適反應。
  4. 與其他疾病的關係:恐音症的症狀無法用同時發生的其他疾病做更好的解釋。恐音症可能出現在聽力正常或聽力損失的人身上,單獨或和耳鳴、聽覺過敏等病症一起發生都是可能的。同時,精神疾病也可能與恐音症共病,包含焦慮症、情緒障礙、人格障礙、自閉症、注意力不足過動症等。
  5. 對生活的影響:患者在職場及求學階段都可能因注意力無法集中,而無法執行工作任務、達到目標。在社會上,也會因無法如常與人互動、建立關係,最終與人群疏離。於家庭關係上,患者可能因家庭成員的行為或聲音觸發患者的不適反應,導致關係緊張和衝突。
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恐音症患者在日常生活中面臨許多挑戰。圖/Freepik

神燈精靈請幫幫他們吧!

雖然目前恐音症的盛行率、發生率、好發年齡及患病原因尚無定論,但患者們無法與其他人正常社交、共餐甚至可能連大眾交通工具都無法搭乘,真的很辛苦!所幸,應對恐音症,專家們還是有點辦法的。目前主要治療、減緩恐音症症狀的方法主要有三項:

  1. 物理隔絕:使用能降低因觸發因素引起心理或生理反應的用品,如:耳罩、耳塞、降噪/隔音耳機、白噪音機等用具,阻擋聲音或降低對觸發因素的反應。
  2. 治療法:主要為耳鳴再訓練療法(Tinnitus retraining therapy, TRT)與認知行為療法(Cognitive behavioral therapy, CBT)。兩項療法皆協助患者在遇到觸發因素時,對產生的情緒及行為進行控制,需透過專業人員制定計畫與課程,搭配患者逐步練習、適應觸發因素,最終回歸日常生活中。
  3. 藥物:用於恐音症的藥物尚在研究當中,目前有研究顯示使用抗憂鬱藥物(如:舍曲林、氟西汀),能使患者獲得不錯的治療效果 [9, 10],近期也發現類固醇可以減緩恐音症者的不適症狀 [11]

另外,因應科技化的時代,恐音症治療協會也提供 app 及操作說明影片 [12],透過應用程式錄下觸發聲音,並設定觸發因素的音量、持續時間、播放頻率,這些設定會在使用者聽音樂、看影片等放鬆時段運作;使用者可以透過慢慢增加觸發因素的持續時間,逐漸適應觸發因素的出現、降低對觸發因素的敏感反應。

所以,真的所有人都對 ASMR 放大的聲音感到療癒與愉悅嗎?相信大家心中已經有了答案。也因為恐音症的發展歷史相對較短,大眾對於恐音症的了解尚未普及,因此對聲音耐受性低的相關疾病已有所熟悉的你,若是發現身邊親朋好友對於聲音感到敏感或是對重複動作所造成的聲音感到嚴重不適,請協助就醫尋求幫助、釐清病因。最後,若真的遇見「專屬」的觸發因素,當下除了要求對方 Freeze & mute 之外,相信我們已經知道還有哪些方法及資源可以應對這樣的狀況了!

參考文獻

  1. 簡婉曦(2021 年 1 月 27 日)。【焦慮腦學】有一種恐懼,害怕聲音可能存在。醫療心空間。https://vocus.cc/article/6011126efd89780001410d53
  2. Ferrer-Torres, A., & Giménez-Llort, L. (2022). Misophonia: A Systematic Review of Current and Future Trends in This Emerging Clinical Field. International journal of environmental research and public health19(11), 6790. https://doi.org/10.3390/ijerph19116790
  3. Jastrebo, M. M., and Jastrebo, P. J. (2001). Components of decreased sound tolerance: hyperacusis, misophonia, phonophobia. ITHS News Lett 2, 1–5.
  4. Henry, J. A., Theodoroff, S. M., Edmonds, C., Martinez, I., Myers, P. J., Zaugg, T. L., & Goodworth, M. C. (2022). Sound Tolerance Conditions (Hyperacusis, Misophonia, Noise Sensitivity, and Phonophobia): Definitions and Clinical Management. American journal of audiology31(3), 513–527. https://doi.org/10.1044/2022_AJA-22-00035
  5. Jastreboff, M. M., & jastreboff, P. J. (2001, June 18). Hyperacusis. Audiologyonline. https://www.audiologyonline.com/articles/hyperacusis-1223
  6. Cederroth, C. R., Lugo, A., Edvall, N. K., Lazar, A., Lopez-Escamez, J. A., Bulla, J., Uhlen, I., Hoare, D. J., Baguley, D. M., Canlon, B., & Gallus, S. (2020). Association between hyperacusis and tinnitus. Journal of Clinical Medicine, 9(8), 2412. https://doi.org/10.3390/jcm9082412
  7. Jager, I., de Koning, P., Bost, T., Denys, D., & Vulink, N. (2020). Misophonia: Phenomenology, comorbidity and demographics in a large sample. PloS one15(4), e0231390. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0231390
  8. Swedo, S. E., Baguley, D. M., Denys, D., Dixon, L. J., Erfanian, M., Fioretti, A., Jastreboff, P. J., Kumar, S., Rosenthal, M. Z., Rouw, R., Schiller, D., Simner, J., Storch, E. A., Taylor, S., Werff, K. R. V., Altimus, C. M., & Raver, S. M. (2022). Consensus Definition of Misophonia: A Delphi Study. Frontiers in neuroscience16, 841816. https://doi.org/10.3389/fnins.2022.841816
  9. Zuschlag, Z. D., & Leventhal, K. C. (2021). Rapid and Sustained Resolution of Misophonia-Type Hyperacusis With the Selective Serotonin Reuptake Inhibitor Sertraline. The primary care companion for CNS disorders23(3), 20l02731. https://doi.org/10.4088/PCC.20l02731
  10. Sarigedik, E., & Yurteri, N. (2021). Misophonia Successfully Treated of With Fluoxetine: A Case Report. Clinical neuropharmacology44(5), 191–192. https://doi.org/10.1097/WNF.0000000000000465
  11. Webb, J., & Williamson, A. (2024). Steroids for the Treatment of Misophonia and Misokinesia. Case reports in psychiatry2024, 3976837. https://doi.org/10.1155/2024/3976837
  12. Dozier, T. (2016). Misophonia Trigger Apps. Misophonia Treatment Institute. https://misophoniatreatment.com/misophonia-apps/
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雅文兒童聽語文教基金會_96
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雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。

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指甲刮黑板的聲音,為何讓人難以忍受?
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2023/10/22 ・2522字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 朱家瑩/雅文基金會聽語科學研究中心 研究員

想像一下當你聽到手指甲刮著黑板產生的摩擦聲,或者是拿著叉子摩擦著不鏽鋼碗的聲音,抑或是小孩的哭叫聲,有沒有哪一個聲音會讓你全身起雞皮疙瘩,想要用手摀住耳朵,甚至是情緒爆炸、只想要遠離現場呢?這些讓人不適的聲音,是有其特有的聲學特質?或是其他緣故呢?

想像一下指甲刮黑板的聲音。圖/Pexels

不是尖銳、高頻音就刺耳,而是流淌在你我血液的祖先智慧

一般認為,令人不適的聲音是因為刺耳的高頻聲,尤其像是手指甲刮黑板時所產生的摩擦聲,其中那種「ㄍㄧ ㄍㄧ ㄍㄧ」的聲音,似乎是造成不適感的主因。

然而,Halpern、Blake 和 Hillenbrand(1986)這三位研究者對於這個現象感到好奇,因此他們進行了一項實驗 [1],他們將那些令人不適聲音(如:刮金屬或石板的聲音)中的高頻音減弱。

結果顯示,即使減弱尖銳的高頻聲音,受試者仍然感到不適,因而主張尖銳的高頻音並不是造成不適感的主因。接續 Halpern 等人在企圖尋求答案時,意外發現刮黑板的聲音頻譜圖跟靈長類猴子的警告叫聲非常相似,因而大膽推測這個不適感並非高頻音造成的,而是源於人類祖先的記憶。

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人類對特定頻率區間的聲音感知最敏感,加上跨感官的連結,讓人聽到某些音就不適

可惜,到底是不是來自老祖先的智慧傳承,這點未獲得後續研究的支持。另一方面,Kumar 等人(2008)進一步以聲學分析探究是否是因特定頻率導致聆聽的不適感時,發現聲音中涵蓋 2500-5500 赫茲這個頻率區間的聲學頻率似乎特別容易引起聽者的不適感 [2]

有沒有哪一個聲音會讓你全身起雞皮疙瘩,想要用手摀住耳朵?圖/Pexels

他們推測這可能是因為這個頻率範圍的聲音感知上最為強烈,同時也具有最高的能量,因此使得聽覺系統特別對這些頻率的聲音敏感。

但是,我們平常聊天談話中也涵蓋了這個頻率範圍的聲音,除了頻率之外,是不是還有其他因素造成對某些聲音的不適感呢?

Ro 等人(2013)發現當聽到聲音時,聲音進入大腦的聽覺皮質同時,會傳遞訊號到觸覺感官系統,啟動了觸覺感官,讓聽者聽到聲音時,「感覺」到自己的皮膚彷彿被指甲刮的刺痛感 [3]

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聽聲音會啟動身體觸覺感官系統並非只存在刮黑板這類聲音,有些人在聽到音樂聲,像是聽到低音貝斯的聲音時,也會感覺到自己的身體也在震動,甚至感受到皮膚的不適感 [4、5]

也許因為這個跨感官的訊號傳遞,讓身體的其他部位也出現不適的感受,才會讓聽者對於這些聲音感到不適。

當感知到令人不適的聲音,杏仁核會依據習得經驗,決定是否啟動保護機制!

Zald 與 Pardo(2002)發現當聽到讓人感到不適的聲音刺激時,大腦中的杏仁核(amygdala)會高度活化 [6],而杏仁核在大腦中負責掌控恐懼、焦慮、害怕等負面情緒,換句話說,當聲音訊息抵達杏仁核時,它會誘發情緒反應,進而導致我們做出不同行為反應 [7]

杏仁核的啟動是大腦的一種保護機制,透過過往的經驗連結學習會對讓人不適的聲音發出警報[8] ,當聽者遇到可能危及安全的聲音時,杏仁核就會發出警報。

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例如,當聽到車子緊急剎車的聲音時,這個聲音傳送到杏仁核,會進而引起我們想要逃離的反應,或者產生對駕駛者行為的憤怒反應。

由於杏仁核在聆聽這些聲音時會高度活化,Kumar 等人(2012)進一步試圖了解在聆聽令人不適的聲音時,杏仁核在大腦中扮演著怎樣的角色,以及聲音資訊如何被傳遞到杏仁核。

他們的研究結果顯示,聲音刺激會最先傳送到聽覺皮質(auditory cortex)進行聲學訊息處理和分析,解碼聲音所代表的意義,例如,聽到「ㄍㄧ」的剎車聲,解碼出來的是來自汽車或者腳踏車的剎車聲。聽覺皮質處理完畢後,將資訊傳遞到杏仁核,當杏仁核接收到來自聽覺皮質的訊號後,依據這些訊息及過去經驗發出警報 [8],誘發恐懼、焦慮或憤怒等負面情緒,並可能促使進一步的行為反應,像是尖叫、摀住耳朵,或逃離現場。

舉例來說,如果是汽車的剎車聲,基於過去的經驗,可能存在危險,因此可能會誘發恐懼情緒,並引發立馬逃離現場的行為舉動。

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有些人基於過去的經驗,聽到汽車的剎車聲,可能會誘發恐懼情緒。圖/Pexels

然而,如果解碼後的聲音是腳踏車的剎車聲,根據過去的經驗,可能不會有危及生命的危險,因此即便會觸發閃躲的動作行為,但負面情緒可能不如汽車剎車聲來的強烈,可能只會憤怒的罵騎車的人不長眼。

聽到某些聲音,讓人立馬想逃或想戰,也許這個過往的經驗是來自遠古時代祖先的傳承,但更可能是因為聽到這些聲音時,觸覺感官系統被啟動了,身體上「感覺」到不適,所以當不適的聲音再次出現時,杏仁核的活化反應就更增強,讓我們除了單純的接收到聲音之外,也產生了身體及情緒上的反應。

參考文獻

  1. Halpern, D. L., Blake, R., & Hillenbrand, J. (1986). Psychoacoustics of a chilling sound. Perception & Psychophysics39, 77-80.
  2. Kumar, S., Forster, H. M., Bailey, P., & Griffiths, T. D. (2008). Mapping unpleasantness of sounds to their auditory representation. The Journal of the Acoustical Society of America124(6), 3810-3817.
  3. Ro, T., Ellmore, T. M., & Beauchamp, M. S. (2013). A neural link between feeling and hearing. Cerebral cortex, 23(7), 1724-1730.
  4. Koenig, L., & Ro, T. (2022). Sound Frequency Predicts the Bodily Location of Auditory-Induced Tactile Sensations in Synesthetic and Ordinary Perception. bioRxiv.
  5. Lad, D., Wilkins, A., Johnstone, E., Vuong, Q.C. (2022). Feeling the music: The feel and sound of songs attenuate pain. British Journal of Pain, 16(5), 518-527. 
  6. Zald, D. H., & Pardo, J. V. (2002). The neural correlates of aversive auditory stimulation. Neuroimage16(3), 746-753.
  7. LeDoux, J. E. (2000). Emotion circuits in the brain. Annual review of neuroscience23(1), 155-184.
  8. Kumar, S., von Kriegstein, K., Friston, K., & Griffiths, T. D. (2012). Features versus feelings: dissociable representations of the acoustic features and valence of aversive sounds. Journal of Neuroscience, 32(41), 14184-14192.
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