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《振動噪音科普專欄》汽車喇叭的聲音頻譜有甚麼特徵?


這一個單元要來探討的主題是:汽車喇叭的聲音有甚麼特徵?特別是由聲音頻譜的角度來觀察比較。

首先,請讀者觀看影片,可以聆聽三種喇叭的聲音,大致說明如下:

1.      喇叭聲#1:可以聽出來是一般轎車的喇叭聲,短促的的兩聲叭叭。
2.      喇叭聲#2:似乎是大卡車、或是大巴士的喇叭聲,聲音略長,也比較震撼的聽感。
3.      喇叭聲#3:聽起來像是聯結車的喇叭聲,或許也像是,大船入港的鳴笛聲。

這三個喇叭聲音,有甚麼頻譜特徵呢?在此還是以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,由「喇叭聲#1」的聲音重點特徵,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)。此波形圖總共呈現了2個區間,分別就是兩聲短促的叭叭聲音。聲音結束時,有快速的「衰減」現象。
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)。可以看出兩聲短促的叭叭聲音,有平穩的響度,兩個叭叭聲的間隔中,也可看到有聲音衰減」的現象。
3.          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。似乎在叭叭的聲音,有許多紅色線條,代表的就是主要的發聲頻率。
4.          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,呈現此聲音信號的「聲音頻譜」,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。在「聲音頻譜圖」的觀察,這兩個叭叭的聲音似乎有很多個「峰值頻率(peak frequencies),這樣的「聲音頻譜圖」並不容易解讀出甚麼特徵。

接下來,針對喇叭聲#1」的轎車兩個叭叭聲,作深入的「頻譜分析」,如圖示左下方,可以觀察有兩個主要的「基音頻率」,分別是 374Hz 456Hz,而且此兩個「基音頻率」都分別有明顯的「倍數頻率」,組成了「泛音頻率」,所以可以知道這個「喇叭聲#1」轎車的叭叭聲,是由兩個「基音頻率」以及其多個「倍數頻率」所組成。讀者可參閱:【甚麼是「基音頻率」和「泛音頻率」?】。

接著再解讀一下喇叭聲#2」的大巴士或大卡車之喇叭聲,同樣將「聲音頻譜圖」,作深入的「頻譜分析」,如圖示中間下方,可以明顯觀察到非常多的呈倍數關係的「倍數頻率」,其「基音頻率」為176Hz,有著非常多的「泛音頻率」,組成了這個「喇叭聲#2」的大巴士或大卡車之喇叭聲。

最後,再觀察「喇叭聲#3聯結車的喇叭聲,或許也像是,大船入港的鳴笛聲。同樣將「聲音頻譜圖」,作深入的「頻譜分析」,如圖示右下方,也是可以觀察到有明顯得非常多的呈倍數關係的「倍數頻率」,其「基音頻率」為89Hz,有著非常多的「泛音頻率」,組成了這個「喇叭聲#3聯結車的喇叭聲

讀者,可再次觀看影片,連續聽一下這三個車輛的喇叭聲音的差異,同時,也可以想一下,汽車喇叭的聲音有甚麼目的?當然,不外乎就是要有警示的作用。

為甚麼大巴士、大聯結車他們的聲音要特別宏亮呢?有這樣宏亮的聲音,他門的聲音頻譜」有甚麼特徵呢?讀者也可以自我評價一下,比較一下這三種喇叭聲的特點或特徵,也可以思考一下哪一種喇叭聲,可以達到警示的目的呢?要有怎樣的喇叭聲,甚麼樣的頻譜、多大聲,應該都是有趣的議題!

以上個人看法,請多指教!

王栢村
2020.04.24

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