哺乳類的聽覺系統比爬蟲類、鳥類更擅於聽高頻音,不過,人類是最不擅於聽高頻的哺乳類動物(Masterton et al. 1969)。哺乳類的祖先能聽到20 kHz以上的聲音,這項能力在演化到靈長類、人類時,已經大幅退化了。如果從這個觀點來看人類的聽覺,超高頻的聲音訊號能夠對於演化上較古老的丘腦有影響,這可能是一種原始能力的殘留。
第二種說法的物理基礎有三個。第一,以雙耳來辨認音源的「左右位置」,如果憑藉的是聲音抵達雙耳的相位差,則雙耳距離越小的動物越需要高頻的訊息(Masterton et al. 1969)。第二,憑藉聲音的聲譜來辨認音源的「上下與前後方位」,其原理是外耳所造成的聲波繞射所導致的濾波效應(Shaw 1997),這個因波長而異的效應只會發生在波長小於外耳的聲波,所以,外耳越小的動物就越需要知道高頻的訊息。
第三個物理基礎跟動物的大小無關:以單耳來辨認聲源的「遠近距離」,其中一個線索是聲音中的高頻強度。越高頻的音在空氣中衰減得越快(Bass et al. 1995),例如在相對溼度30%、攝氏20度、一大氣壓之下,2 kHz的音每公尺只衰減0.03分貝,但20 kHz的音則會衰減0.7分貝,因此,一個聲音裡面如果極高頻的成分很強,則聲源應該離耳朵不遠;反之,「悶雷」之所以缺乏高頻,正是因為它來自很遠的地方,聲源所產生的高頻在空氣中傳播時都損耗光了。
參考文獻:
Bass, H.E., Sutherland, L.C., Zuckerwar, A.J. Blackstock, D.T., and Hester, D.M. (1995). Atmospheric absorption of sound: Further developments. Journal of the Acoustical Society of America 97(1), 680-683.
Heffner, R.S., and Heffner H.E. (1992). Evolution of sound localization in mammals. In: The Evolutionary Biology of Hearing, (edited by D.B. Webster, R.R. Fay and A.N. Popper) Springer-Verlag, 691-716.
Masterton, B., Heffner, H., and Ravizza, R. (1969). The evolution of high-frequency hearing. Journal of the Acoustical Society of America 45, 966-985.
Shaw, E.A.G. (1997). Acoustical features of the human external ear. In: Binaural and Spatial Hearing in Real and Virtual Environments, (edited by R. H. Gilkey and T. R. Anderson) 25–47.