人类的视觉听觉具有感知范围，但是个体之间存在差异，可见光、听力范围是如何规划的？此博文尝试解释这个问题。

以下内容整合自 gledos 的微型博客。

听觉范围 #

「20 Hz ~ 20000 Hz 频率声音，是人类的听力范围」，许多关于声学的资料都这么说。但是这句话还缺少范围，比如根据某项统计， 推测 99.9 % 人类的听力范围是 20 Hz ~ 20000 Hz。

范围之外频率的声音，往往被称作次声波和超声波。这与可见光之外的紫外线、红外线概念相似。但这条线究竟画在什么地方好？ 如果按照上面的 99.9 % 来画，是否可以说存在 0.1 % 的人能听到次声波、超声波？

LISNR 是一家使用声波传输数据的公司，比如「声波支付」，优点是不需要请求敏感的权限，只要能能让手机发声，就能交易。 LISNR 使用了 18-19.2 kHz 的声音（近超声，Near ultrasound），LISNR 对此给出的原因是极少数人类才能听到。 那么究竟有多少人听得到这部分声音？

（曾经支付宝也支持声波支付，不过 有用户会被噪音打扰，表示很难受。）

人类超高频听力

有人进行了 人类超高频听力的研究。此研究统计了 645 个不同年龄段的健康人类，但是没有测试到极限， 所以超过 20000 Hz 的情况，还是有听到声音的可能。

但大多相关研究，都将 20000 Hz 视为了某种理所当然的人类极限，不考虑究竟有多少人能听到超声波。 只有很少有人研究高于 20 kHz 的声音， 并且大多数「超声波听力」的研究者都是日本名字。

「频率高于 20000 Hz 的声音是超声波，人类无法听到超声波。」这样广泛传播的「答案」， 却成为了 思考的盲点，所以需要时刻审视身边的理所当然。

思考的盲点 #

日本的帝国酒店每年都会扔掉 2.5 吨吐司面包边，直到 2022 年才开发了边角都松软的纯白面包，不会浪费吐司边， 这一创意可能来自「乃が美」面包店的主打产品「生吐司」， 其创办者并不是烘培师，但发现许多人不喜欢又硬又没味道的吐司边，所以尝试开发没有吐司边的吐司。

任天堂虽然是游戏公司，但是不玩游戏的机关人偶师（木匠）也会招收，这位木匠就是现在的青沼英二。内部测试游戏时， 也要找一些没玩过游戏的人，这样才知道难度以及玩家的关注点，不过《塞尔达传说2 林克的冒险》开发时， 测试游戏时没有添加新的测试人员，结果测试人员不断熟练，结果开发者也不断调高难度，最后变成了最难的一作《塞尔达》游戏。

2003 年，还是小学生的 聂利 发现了蜜蜂，不是靠翅膀振动发声，虽然结论有些问题，但让其他人注意到了这个问题， 目前看来大概是 翅膀和胸部肌肉共同作用 发出了声音。

噪音的安全范围 #

长时间和高强度的噪声与听力损失呈正相关，这一现象在世界大战中得到了广泛验证， 因此 隔音耳塞 在此期间开始逐渐发展。然而，目前尚无确切可靠的标准和研究，明确什么响度的噪声会导致听力损失。

相对较为普遍的噪声安全规范来自美国国家职业安全与健康研究所（NIOSH），被称为 暴露限值（REL）。简而言之， 每天工作 8 小时的情况下，全时间噪音在 85 分贝以下。

然而 NIOSH REL 仍存在一些问题，首先，REL 被视为美国行业的强制要求，具有一定的法律效力。然而， 「法律对人是最低限度的道德要求」，其要求往往不够严格。此外，数据中的 85 分贝是在每周包括双休日的情况下计算的， 即每周 40 小时的噪声暴露。如果工作时间为 996，那么暴露限值应该降低到约 82 分贝。

即使如此，仍存在潜在问题，即 NIOSH REL 只能在职业生涯的四十年中保护工人免受听力损失，具体来说， 是仍能理解他人的话语。……这么来看，这一标准意外地很低。尽管如此，仍有约 8 % 的工人未被成功保护， 出现了严重的听力损失情况，需要助听器。（也许类似于 可视波长范围，个体差异较大）

因此，可以说噪音的安全范围标准目前尚未制定，或者非常不完善。

附言：gledos 讨厌噪音，所以在电影院看电影，使用吹风机时，都带上了隔音耳塞。

隔音耳塞 #

隔音耳塞是重要的功能性配饰，因为暴露在长时间或高响度的噪音环境下，会造成听力下降，以及其他身心健康问题。 所以许多地区都制定了相关法律，制止一些无意义的噪音产生，以及保护人们免受噪音危害。而保护听力的配饰，就是隔音耳塞或耳罩。

最早有关 耳塞 的记载，可能是古希腊史诗《奥德赛》中，为了不被海妖塞壬迷惑， 船员使用蜂蜡制成的耳塞阻隔声音。不过现代意义上的耳塞，是近代工人受到机器噪音困扰，产生了需求，从而被发明家开发的产品。

不过耳塞被重视，可能还是因为第一次世界大战。战争的早期，一些参战地区流行的说法是听力可以锻炼，但在之后的研究发现， 许多士兵出现了听力障碍。所以耳塞就在战争末期被纳入士兵装备中。

不过耳塞的效果还是有限，比如 2023年8月，3M 就战斗耳塞诉讼与老兵达成 60 亿美元和解，说明即使佩戴现代先进的耳塞， 还是难以完全保护听力。（但总比不戴好）

参考了 Maureen Paraventi 的文章 Tracing the origins of hearing protection。

可视波长范围 #

现在打开维基，查看 可见光 条目时， 会看到「界限没有明确定义」这样的内容（即使早期的 2004 年版本 也是如此）。这种说法对也不对。

比如蔬菜、水果分类本来是比较明显的：蔬菜是叶与一部分茎，水果是果实。但在日常中比较模糊，二者的关税不同， 结果明明是果实的西红柿，却在美国法律上被分类为蔬菜。

光线也有类似的情况，需要被定义范围。不然宣称防紫外线的防晒霜，可能只能防御 100～200 纳米的部分紫外线， 对其他的紫外线无效，那么这对防晒的帮助不大。

目前防晒霜常用标准有欧盟的 SPF，比如 SPF30 是指「可过滤约 97 % 的 UV-B」（UV-B 也许可以称作乙型紫外线）， 波长在 280～315 纳米。关于 UV-B 的定义文件，能找到 ISO 21348 标准。

具体来说，ISO 21348 将可见光定义为了 380～760 纳米，紫外线是 315～400 纳米，标准文件竟然直接表明紫外线可以被肉眼观测。

根据一些 历史记录 来推测，这是历史遗留问题。 早期科学家先将紫外线定义为了小于 400 纳米。因为「紫外线不可见」，于是可见光的范围大于 400 纳米， 就成了一段时间里的「正确」知识。

看见紫外线 #

白内障的病因之一是紫外线照射，因为人眼的晶状体能吸收许多紫外线（角膜与晶状体的吸收率为 99.34 %）。 不过一部分人造晶状体，没有吸收紫外线的功能。

Alek Komarnitsky 进行了白内障手术，更换了不吸收紫外线的人造晶状体。他发现手术后的视觉发生了有趣的变化， 于是在博客上分享了测试紫外线视觉的一些方法：

  • 看到黑光灯亮度明显，如果带上防紫外线的透明眼镜，就看不到黑光灯了。
  • 使用棱镜制作彩虹，发现彩虹长度，比普通人看到的更长。
  • 有读者慷慨的为博主提供直接使用 单色仪 测试的机会，测试结果摘要：
    • 400 纳米，紫色与一些灰色。
    • 370 纳米，50 % 紫色与 50 % 灰色。
    • 340 纳米，非常极限，看不出颜色，与无光只有微小差异。

对此，Alek K. 猜测自己的视锥细胞比起多数人更灵敏，然后碰巧做了白内障手术，换上了不过滤紫外线的人造晶状体， 所以才看到了紫外线。

附言 1：黑光灯 是发出紫外线的灯具，在使用鲁米诺反应寻找血迹时， 往往就会使用黑光灯。这种灯在的峰值亮度小于 400 纳米，但宽度可能覆盖了部分可见光，所以普通人可能会看到较暗的深紫色。

附言 2：常见的手机摄像头，收录的光线通常是 400～700 纳米， 这个范围算是经典的可见光范围。也许需要创造「经典可见光」「广义可见光」之类的新词语，来精确描述「可见光」的范围。

为什么 1.0 是标准视力？ #

视力表上的 1.0，或者 20/20、6/6 以及 5.0 都是被称为标准 视力。 从设计上来看，这个数字代表人眼可识别边长 5 弧分，笔画间隔 1 弧分的字体。以常见的 标准对数视力表 来说， 就是在 5 米的距离，识别边长 7.27 毫米，笔画间隔 1.454 毫米的 E。

为什么选择识别边长 5 弧分、文字笔画间隔 1 弧分作为标准视力？答案是眼科医生 Herman Snellen 这么随意设计的 （可能稍微统计了一下，然后为了计算方便，就选择了）。目的应该是为了效率，毕竟早期的视力测试测到 1.0 就结束了， 所以当时的视力表也就没有比 1.0 更小的测试文字。

然而过去用来评论视力一般／正常的 1.0，现在可能就是优秀视力了，因为现代人的近视率比起过去相当高， 甚至东亚学生群体的视力可能一大半都达不到 1.0。

附言：视力表只能测试可识别的最小可区分的两个轮廓，不等于测试眼睛分辨率。所以视网膜屏幕，不一定都超过了人眼极限。 （John Hable）

附言 2：有统计的极限视力，是 20/8.9（2.25），这也近理论极限。如果视锥细胞密度、晶状体都很完美， 那么最强视力可能是 20/7.1（2.8），也许这样才能看到 满盈的金星 吧。

参考了 Paulus T. V. M. de Jong 的论文 A history of visual acuity testing and optotypes

什么是人类 #

（最后，也许需要定义一下人类的含义）

新华字典将「人」释义为：「能制造工具改造自然并使用语言的高等动物」。不过现在看来非常不严谨， 因为能做到这些的动物很多：

  • 制造工具：黑猩猩能使用木棍钓白蚁，而且木棍经过了简单的加工，刻意去除细枝和叶子。
  • 改造自然：翻土的蚯蚓，建造水坝的河狸。
  • 使用语言：各种动物的求偶仪式就是最简单的语言，群居动物往往有警告鸣叫，同样也是语言。 草原土拨鼠甚至能使用复杂的叫声来区分不同的捕食者。

也许人外制造工具简单、改造自然较弱以及语言能力不足，但寻找到类似能力的人外应该不是什么难事，比如河狸基本符合上面的内容， 能够制造水坝改造自然，也有一定程度的沟通能力。但是这下分不清人类与河狸了，不过还有其他的研究来认识什么是人类， 那就是「合作」。

罗伯特·阿克塞尔罗德在研究了各种博弈后，整理了 合作的进化， 这个研究后来被做成了游戏《信任的进化》（信任的衍化）。

而人类就是地球上合作程度最高的动物。如果破坏合作，可能会被限制自由甚至是处刑。而帮助他人会获得各种荣耀。信誉同样很重要， 缺乏信誉会处处受到排斥，因为信誉低等同于合作关系不牢固。

附言：曾经《现代汉语词典》把人定义为「能制造工具并使用工具进行劳动的高等动物」，没有提到语言， 这说明定义已经修订过了。但这种修订显然没有触及本质。

附言 2：自我意识曾经是一种定义人类的方法，不过在进行 镜子测试 后， 人们发现许多人外都有自我意识，也就不怎么被主流科学研究提及了。

附言 3：「人外」指人类以外（的动物）。

附言 4：能发展更高科技，往往也就意味着合作程度更深，也就意味着更「文明」。为了确保合作的深入，就需要法制健全， 惩罚破坏合作的个体，奖励合作的个体。

附言 5：人类具有超过 邓巴数，创造更大的团体的能力。 （老高与小茉的节目介绍过，不过视频内容已转为会员节目《【這個影片真的被封鎖了，重傳僅限會員】看來說到這都是不可以的》。 之前的标题叫做《这个话题最多只能讲这么多，再多就要被下架了》。）

主要参考了苏房斋的视频《两万字爆肝干货：黑暗森林法则为什么是错的？》

镜子测试 #

因为绝大部分动物无法与人交流，所以为了判断某种动物是否有自我意识，通常会使用 镜子测试。

实验方式是给动物涂上无味的斑点，接着让动物观察镜子，记录动物的反应。如果动物能意识到镜子中的是自己， 那么应该能用肢体指向该斑点的位置。

目前通过了测试的动物有 人亚科（人类、黑猩猩、大猩猩）、猕猴、瓶鼻海豚、虎鲸、 大象等，上述动物能通过不奇怪，但部分鸟类、鱼类以及蚂蚁也可以通过该测试，甚至机器人也可以通过此测试， 所以这个实验还是有一些缺点。

狗无法通过此测试，因为狗主要靠嗅觉以及听觉感知世界，所以狗几乎会无视镜子。有人正在从嗅觉与听觉入手，设计实验， 但目前未有明显的进展。