你为什么听不到超声波？还不是因为头太大了！

1794年，意大利的生物学家首次证明了，蝙蝠会利用一种人类听不到的声音进行回声定位。

人们这才意识到，原来夏天的傍晚远比我们以为的要吵闹得多。

人的耳朵只能听到频率在20-20000Hz之间的声音，那些频率超过20000Hz的声音被称为超声波，频率低于20Hz的声音被叫做次声波。

这些知识通过各种方式传递给给人类幼崽，变成了科学常识。

但你可能并没有想过……

为什么人类听不到超声波和次声波？

视频版

↓↓ 看完这个视频就知道了 ↓↓

↑↑ 信我，真的超级好看 ↑↑

图文版

如果我告诉你，有一种仪器，最小可以探测到幅度只有空气分子直径十分之一的振动，引起的相当于大气压十亿分之一的压力变化，你可能会认为这是某种先进的高科技探测仪。

但实际上，这些细小的振动和气压变化就是声音的本来面目。而这个高端探测仪，就是我们的耳朵。

我们很少会意识到，“听见声音”是一件多么了不起的复杂工程。

环境中的声音，会被耳廓收集起来（放大两倍），经由耳道传递到鼓膜，引起鼓膜振动（放大15倍），鼓膜的振动又经由听小骨传递到耳蜗（放大三倍），在那里转化为神经信号。

问题的关键就在于耳蜗的结构：它由一根充满淋巴液的椎管盘曲成类似蜗牛壳的形状，不同频率的声音，会刺激耳蜗上不同区域。

科学家们已经知道，耳蜗外圈和内圈的半径比值，决定了耳朵听到声音的最低频率。

低频声波会刺激耳蜗的最顶端，更高频率的声音则会像钢琴键一样，顺着耳蜗的弯曲一直刺激到底部末端。

所以简单来说，人之所以听不见次声波和超声波，是因为人的耳蜗恰好只能感知到20-20000Hz的声音。

到这里，我们得到了一个阶段性的答案。但这个问题还没有结束。

为什么人类就不能更争气一些，长出能听到更多声音的耳蜗呢？

这个问题并没有一个确切的答案，毕竟人耳来源于复杂的自然演化，而不是“造物者”的旨意。

但我们仍可以从进化的角度来给出一些解释：

对于动物来说，听觉最基本的作用，就是感知发声物体的方位。所以无论哪种动物，都有两只对称的耳朵。

如果有声音从偏右的地方传来，那么右耳就会比左耳更早地听到声音，并且由于脑袋的遮挡，左耳听到的声音会比右耳小一些。

如果把计算声源方向改成一道数学题，一个功底扎实的高中生也需要几分钟的时间才能算出结论。

但在多数情况下，我们的大脑却只需十万分之一秒的时间，就能做出准确判断。

不过也有例外：

随着声音频率降低，波长增加，更多的声音会发生衍射绕过脑袋的遮挡，这就让双耳听到的音量差别逐渐变小。

同时，更大的波长还意味着两耳听到的声音的相位差变小，这让大脑更难判断两个声音的时间差。

当声音的频率低于200Hz的时候，人就很难判断出声音的方向了。

这就解释了为什么我们在安放高级音响的时候，要左右各放一个喇叭来制造立体声效果。而普通的低音炮，就只需随便找个地方放一个就好了，反正也听不出什么区别。

可以这么说，声音的频率越低，大脑就越难判断声源的方向。

在原始的野外，既然无法通过低频的声音来进行定位，那长出能听到更低声音的大尺寸耳蜗不仅对生存帮助不大，还会挤占脑袋里寸土寸金的空间。

对于人类这种大头猴子来说，现在20HZ左右的低频听力极限已经完全够用了，而与此同时，由于耳蜗的长度有限，人耳能接收到的最高频声波也在某一位置到达了极限，也就是20000Hz。

我们很容易就能在自然界中为这一解释找到相关佐证：

比如大象有着更大的脑袋和更宽的两耳间距，在判断声音方向的能力上具有先天优势，能分辨出频率更低的声音，进化出可以听到次声波的耳蜗就显得非常合理了。

泰国的猪鼻蝙蝠可以听到最高20万hz的超声波，比人类不知道高到哪里去了，这让它成了世界上能听到声音频率最高的哺乳动物。

但在这光辉的成绩背后，猪鼻蝙蝠作为世界上最小的哺乳动物，双耳间距只有一厘米左右，这导致它能听到的最低频率也高达1万Hz，人类在它们看来就是一群只张嘴不出声的怪物。

同样的例子在自然界还有很多。

最后，我们终于可以为这个问题给出一个终极答案：

你为什么听不到超声波？

因为你头太大了。

注释：

1、在理想条件下，人耳可以听到最低12Hz、最高28000Hz的声音，但在日常生活的环境中，过于低频和高频的声音会被埋没在嘈杂的环境噪声中。现在一般规定，次声波和超声波的界限是20Hz和20000Hz。随着年龄的增长，耳蜗两端脆弱的纤毛还会时不时地受到不可修复的损伤，让人的听力范围进一步缩水。

2、人们常用分贝来衡量声音的大小，每增加10分贝，意味着声音蕴含的能量（功率）扩大了10倍，引起的局部气压变化增大了3.16倍，听起来音量扩大了2倍。同时人们把理论上能听到的1000Hz最小声音定义为0分贝（声压0.00002pa，约为大气压十亿分之一），能引起永久性听力损伤的声音在120分贝左右（功率是0分贝的万亿倍），空气中能产生的最大声音为194分贝。

3、耳蜗感知声音的原理非常复杂，现在学界比较认同的观点是，耳蜗的螺旋结构产生了一种类似回音壁的加强作用，并发现耳蜗能感知到的声音低频极限和内外圈曲率半径的比值线性相关。顺便一提，只有哺乳动物有着蜗牛壳形状的耳蜗，其他许多动物的耳蜗还停留在椎管形态。

4、声波中不同频率的声音会引起耳蜗不同位置基底膜的振动，这种振动由基底膜上的毛细胞感知并转化为神经冲动。这么看来耳蜗是个非常高效的分频器。

5、大脑对声音方向的判断依靠双耳听到声音的时间差和音量差；对于低频声音，大脑会以时间差作为主要依据，而大脑判断时间差又主要依靠声音的相位差。

6、听力范围和生物体的身体尺寸（两耳间距）之间的关系仅是基于统计结果的推测。

7、自第一个生命诞生到现在再到可以预见的未来，进化的车轮从未停止，动物们的听力范围也在不断扩大，“现在”也只是进化道路上的一个时间节点而已。

8、懒得把那个人脑袋扭过去了，这个左右耳的问题……你们就当他是在照镜子吧。

9、人的发声频率在80-1100Hz左右，远低于猪鼻蝙蝠的听力下限。可以想象一下，人和猪鼻蝙蝠相当于生活在两个完全不一样的声音世界。