《振動噪音科普專欄》牛、羊、豬、大象的聲音有甚麼特徵?


由先前單元:【不同的狗,吼叫的聲音頻譜有甚麼差異?】,探討「4隻狗的叫聲」的聲音頻譜特徵,或許會好奇其他動物的叫聲,會有怎樣的聲音頻譜呢?本單元就來討論「牛、羊、豬、大象4種動物的聲音解析。

讀者可以參閱圖示,可看到透過「頻譜分析」以及「時頻分析」的4張圖示,分別對應的是「牛、羊、豬、大象4種動物的聲音解析結果。或許,可以先猜猜看哪一張圖示,對應的是哪一種動物的聲音解析?

同時,讀者可觀看影片,可以先聽一下這「牛、羊、豬、大象4種動物的聲音,可能是對應哪一張圖示的聲音解析?

要解讀這「牛、羊、豬、大象4種動物的聲音之前,先回顧一下,採用屏科大機械系振動噪音實驗室開發的【SM軟體】,進行「頻譜分析」以及「時頻分析」,所得到的4個重要圖示,重點說明如下:

1.          聲音壓力時間域波形圖 (time waveform):在圖示上方,呈現所分析聲音WAVE檔案的原始「時間域波形」信號。代表的物理意義是「聲音壓力(sound pressure)。此波形圖呈現了聲音的「波動」現象,不過,除了大小聲外,似乎觀察不出甚麼特別的現像。
2.          時間域聲音壓力位準(響度) (sound pressure level):可以簡稱「聲音響度圖」,在圖示下方,呈現此聲音隨時間變化的「聲音振幅大小(dB),此「聲音振幅」的物理意義是「聲音壓力位準(sound pressure level)。【聲音壓力位準dBdB(A)有甚麼不同?
3.          頻譜圖 (spectrum):因為解析的信號是「聲音」,所以稱為「聲音頻譜圖」,在圖示左方,呈現此聲音WAVE信號的「頻譜」,也就是頻率與其振幅的組成。圖示的垂直軸為頻率,單位:Hz,水平軸是聲音的振幅大小,單位:dB。可以觀察「聲音頻譜」的分佈特徵。【常說的【振動頻譜】或【聲音頻譜】指的是甚麼?
4.          時頻圖 (spectrogram):在圖示正中央,水平軸是對應「時間域波形」的時間(sec),垂直軸是頻率(Hz),彩色的分布圖示為聲音振幅大小(dB)。可以觀察隨時間變動時,「聲音頻譜」的分布狀態與趨勢。【麼是時頻圖?

牛、羊、豬、大象4種動物的聲音頻譜特徵分析,參閱圖示說明如下:

1.      牛的聲音:牛的哞哞叫聲,從「聲音頻譜圖」及「時頻圖」的觀察,似乎和人的發聲現象很相似,都是有倍頻音的特徵,而紅色的「聲音振幅」等高線,有平順的起伏,頻率連續性的升高而降低的聽感,是牛「」叫聲的頻譜特徵。【人們唱歌的聲音,有甚麼樣的頻譜特徵呢?
2.      羊的聲音:羊的咩咩聲,從「聲音頻譜圖」及「時頻圖」的觀察,在1500~3000Hz之間有多個倍頻音的峰值頻率,聲音振幅最大在3000Hz左右,同時,紅色的「聲音振幅」等高線,隨著時間變化有連續波動的現象,就是「咩咩」聲音的頻譜特徵。從「時間域」的「聲音壓力時間域波形圖」以及「聲音響度圖」都可以觀察到明顯的波動現象,也是「咩咩」時間域的特徵。
3.      豬的聲音:可以聽到是「ㄍㄧ」的長嘶叫聲,從「聲音頻譜圖」及「時頻圖」的觀察,「ㄍㄧ」的嘶叫聲,大約是2500Hz的主頻率,而有連續的略微升高頻率的現象,同時,低頻率有兩個較小振幅的頻率出現。在「時間域」的「聲音壓力時間域波形圖」以及「聲音響度圖」都可以觀察到波動及衰減的現象,是「ㄍㄧ」的嘶叫、顫抖聲的特徵。
4.      大象的聲音:聽起來類似像一種「喇叭」的聲音,從「聲音頻譜圖」及「時頻圖」的觀察,「ㄅㄨˊ」的嘶叫聲,主要在0~4000Hz的頻帶之間,有多個倍頻音的聲音效果,這確實與喇叭的聲音相似。在「時間域」的「聲音響度圖」可發現「響度」相當穩定。

由以上「牛、羊、豬、大象4種動物的聲音頻譜特徵,讀者可以配合聽到的聲音,以及對應的4個聲音解析圖示,了解到這4種動物的發聲特性。

幾乎所有的動物、甚至昆蟲都會發出聲音,他們發出的聲音有甚麼意義嗎?是溝通、還是情緒的表達?似乎等等的疑問,都有待人類的探索!

這個單元以「頻譜分析」以及「時頻分析」,探討了「牛、羊、豬、大象4種動物的聲音,在「時間域」及「頻率域」的各種特徵。本單元除了在介紹聲音的特徵解析外,或許有讀者想到要更深入了解其他不同動物,有怎樣的不同叫聲,以及不同的情緒關聯性,又是否能透過科學量化的聲音解析,了解動物的聲音之訊息傳達?

以上個人看法,請多指教!

王栢村
2019.11.23

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