超音波就在你身邊:過去驅蟲,現在「驅人」?

  发布时间:2024-05-20 22:40:08   作者:玩站小弟   我要评论
文:Timothy Leighton譯:朱家誼當實驗資料只能依賴受試者的感受,研究人員的感受就只剩頭痛了由於在公共場所裡的空間裡有越來越多超音波,有些人開始抱怨出現了噁心、暈眩、耳鳴、疲倦、偏頭痛和長 。

文:Timothy Leighton
譯:朱家誼

當實驗資料只能依賴受試者的超音蟲現感受,研究人員的波身邊過感受就只剩頭痛了

由於在公共場所裡的空間裡有越來越多超音波,有些人開始抱怨出現了噁心、去驅驅人暈眩、超音蟲現耳鳴、波身邊過疲倦、去驅驅人偏頭痛和長期頭痛的超音蟲現不良反應和感覺到「耳朵受壓」的不舒服感。畢竟由於技術成本降低,波身邊過許多新技術已經開始使用超音波,去驅驅人不像過去幾十年超音波基本上只是超音蟲現驅蟲用 (見圖一)。

1圖片來源:物理雙月刊/Donna Padian根據參考資料5中的表格一製作
圖一、無心和有意暴露到商用裝置發出的去驅驅人高頻音波。(圖由Donna Padian根據參考資料5中的超音蟲現表格一製作)

上圖中的SPL(聲壓,Sound Pressure Level)都是波身邊過以20微帕為基準。害蟲驅趕裝置用超音波嚇跑鳥、去驅驅人老鼠和昆蟲;同樣地,少年驅趕裝置也用了年輕人對高音頻的敏感度避免他們群聚;許多像火災或空襲警報之類的公共廣播系統用喇叭也會發出20千赫的音調幫助監控系統的運作;聚聲器(acoustic spotlight)也是透過兩道高強度的超音波束重疊時干涉鎖產生低功率的可聽聲將聲音傳到特定目標處;有些有觸覺反饋的裝置會用可調整的超音波束產生振動的感覺。

圖中顯示的這些聲源也可以發出其他頻率的音波。與圖三的內容比較會發現有些測量到的SPL對特定人來說還是感受得到。雖然還不確定如果聽不到超音波會不會產生不良反應,我們確定聽得到的超音波絕對有關。

但要追蹤公共場合裡普及率逐漸增加的超音波裝置難度有點高,畢竟沒有任何機構要求要回報這些訊息,而這也就使研究多了一層困難,因為大家回報超音波造成的症狀都有可能有其他的成因,所以這些人到底有沒有暴露在超音波底下?暴露的程度有多高?暴露時間有多長?這些問題通常得不到清楚的答案,也就代表要知道這之間的因果關係並不容易。

研究人員想透過人體實驗找出超音波和這些不良反應的關聯性,本來就屬於高難度動作,畢竟每個人對超音波的感受程度先天上就不一樣,再外加研究道德規範裡人體實驗只能暴露在低程度和短時間的限制,想要瞭解商用害蟲驅趕器這類裝置對人體的影響根本是天方夜譚。

而且實驗的詮釋性和可重複性的困難度又再被儀器、架子和耳朵附近的強散射形式和衍射干擾增加,這也使得實驗數據不足以訂出關於公眾暴露的準則;到現在只有一個在1984年定下的「臨時性」準則,但這個應該可以連兒童一起保護的準則卻是根據研究成年人的資料訂定(ref.3)。

因此我們對這種像這種「在空氣中波長約1公分」、「會馬上被皮膚散射掉」的能量波對身體的影響也就不夠透徹,也使得暴露於超音波的職業性準則和規定都不夠透明。

人體實驗的先天缺陷

我們都知道人類通常隨會著年齡增長,對高頻波的敏感度會逐漸下降,但卻很少人知道每個人對超音波頻率敏感度大不相同。近期的數據顯示在40~49歲間有5%的人,對於20千赫頻率的聽力門檻,還是比 30~39歲間的半數人還要敏感至少20分貝(ref.4);換句話說,一些年紀區間較大的聽者在聽 20千赫的最小聲量時,可以比較年輕族群的一般聽者可以聽到的最小聲量功率的1%。

另外,在5~19歲間的人也有5%的人聽20千赫的聲音門檻,比半數30~39歲區間的人還要低60分貝(見圖二),也就是說他們聽到最小的聲量只有一般30~39歲區間平均聽到的最小聲量功率的10-6

6ffc7bc9c514ad6e圖片來源:物理雙月刊/數據從參考資料4拿到、圖由參考資料1修改而來
圖二、對純音的聽力門檻。圖裡顯示了645位受試者對於(a)20千赫和(b)16千赫的中位數,和前5%人的聽力門檻。綠色的線和箭頭指出30~39歲群體的中位數和5~19歲群體前5%的差異。在0分貝和120分貝的數據點有受到儀器門檻和飽和限制的影響,所以這部份統計上並不可靠。圖裡所有的門檻都是用20微帕為基準的 SPL。(數據從參考資料4拿到、圖由參考資料1修改而來。)

雖然有些猜想因為實驗道德的關係還無法被驗證,但如果前述那些不反應的確隨著聽力敏感度增高而增加,那光是那 10-6的差異,就該使人懷疑是否該用多數被不良反應困擾的成年人狀況,訂出一個包含小孩在內適用於所有人的暴露基準。

圖三中的年輕人就是被暴露在這種超音波下,雖然有少部份的學生可以指出使他們分心並感到不舒服的聲源,但班上大多數的人聽不到該聲音、而學校的職員們則是全部聽不到。不過即便是這些聽得到的學生,其所認定的聲源位置也不盡相同。

還好班上老師有認真地看待這件事情,當他上網尋求協助時聯絡到了我,於是我教這位老師該如何在智慧型手機上安裝可以偵測這種聲音的應用程式。之後一組維修人員到教室做檢測並用手機定位聲源,發現元兇是一組本該以40千赫頻率運作的教室燈動態感應器,於是他們移除了那組秀逗的感應器。(完整的故事請參閱參考資料 5。)

6ffc7bc9c514ad6e圖片來源:物理雙月刊/作者提供
圖三、尋找教室裡超音波的聲源。教室裡有些學生反應有個持續、高頻的聲音一直再干擾著他們,不過其他的學生、老師和職員卻聽不到這個聲音。略圖使用的照片是由該教室的老師Jill Zawatski提供,顯示了有些學生聽到聲音又再出現時可以指出聲源的位置。

我三不五時會接到曾受不良反應苦惱的人,抱怨當被無法聽到超音波、不相信生活中有超音波存在、或認為超音波不會影響人類的麻瓜打發時,自己有多沮喪。

許多懷疑論者會提出一些似是而非的物理論點,包含空氣中的超音波強度基本上低到不會有任何物理上的影響,更何況99%的超音波會被皮膚反射。但是這兩個論點在可聽音頻範圍的聲波也成立,這也是為什麼人類會演化出複雜的聽覺與平衡系統,一套可能有能力感知並回應超音波的系統。

制定準則

既然要規範超音波就不得不提到一個問題:超音波要怎麼定義?想單純定義成頻率高過大家聽不到的聲波馬上就會碰壁,因為每個人能聽到的最高頻率都不一樣。即便人對空氣中超音波的低頻開始敏感度就隨頻率變高快速地降低,但還是有紀錄顯示有人可以聽到以20微帕(μPa)為參考值的88分貝24千赫純音。

商用元件產生的超音波頻率範圍,通常落在熱門的20~ 24千赫之間,可能是因為這樣的頻率夠低,不會有過度衰減而且對於驅蟲之類的事情依然有功用。而且使用這段頻率其實也可以對其安全性產生誤導,因為我們傳統智慧認為人類無法聽到20千赫以上的音頻。


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