這個單元的主題要來探討，如何應用「濾波」，解析一個「警報聲」的「聲音特徵」？
首先，觀看影片可以聽出來這個「警報聲」，有相當的警示作用。
要解讀這個「警報聲」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」，參閱圖示左上方，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「時間域波形圖」可呈現聲音的「波動」現象。
2.
時間域聲音壓力位準(響度)圖 (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dB和dB(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。【甚麼是時頻圖？】
日常生活中，可聽到各種不同的聲音，先前單元：#130，【聲音有甚麼特徵？】指出，探討一個聲音，主要有三大特徵：
1. 音調(pitch)：聲音的頻率。
2. 響度(loudness)：聲音的大小。
3. 音色(timbre)：聲音的頻率組成。
除了「音調」、「響度」、及「音色」外，要觀察「聲音特徵」，也可以由兩個角度探討：
1. 時間域(time domain)：可以由「時間域波形圖」及「聲音響度圖」，觀察信號的「波動」(fluctuation)，以及聲音特徵的「持續時間」(duration)。
2. 頻率域(frequency domain)：可以由「聲音頻譜圖」或「時頻圖」，觀察聲音的「峰值」(peaks)及其對應的「頻率」。在這個「警報聲」，會觀察到有「簡諧倍頻」(harmonics)的聲音，也可簡稱「諧頻」。也會觀察到「掃描簡諧倍頻」、或稱為「掃描諧頻」(swept harmonics)的聲音。
由左側圖示的「聲音響度圖」，以及聲音聽感，可以知道此「警報聲」有重複的現象。同時觀察「聲音頻譜圖」，主要的高貢獻度頻帶在0~4000 Hz之間，所以，放大頻率區間，如中間上方圖示，可以更清楚的觀察這個「警報聲」的特徵。
為了再詳細解析這個「警報聲」的頻率特徵，再放大時間區間，只取兩個重複的波動區間，也聽其對應的聲音，討論如下：
1. 由「聲音響度圖」：兩個不同聽感的區間，其「響度」大小差不多。
2. 由「時頻圖」：可以看出來，兩個不同聽感的區間，其「頻率」組成，有相同及不同處。有相同頻率特徵：是在高頻區域，有明顯的紅色斜線，從低頻率到高頻率的漂移現象，這就是典型的「掃描簡諧倍頻」，或稱「掃描諧頻」。不同頻率特徵：是在低頻率區域，一段有、一段則無，重複循環。此低頻率頻譜，呈現出「簡諧倍頻」、或稱「諧頻」的特性。
為了區別出兩個不同聽感區間的聲音，在此運用【SM軟體】的「濾波」功能，參閱圖示右下方的兩個圖示，說明如下：
1. 「高通濾波」(high pass filter)：讓 > 600 Hz的信號通過，也就是將
< 600 Hz的信號濾除。觀看影片可聽出來就是，高頻率的「掃描諧頻」聲音特性。
2. 「低通濾波」(low pass filter)：讓 < 600 Hz的信號通過，也就是將
> 600 Hz的信號濾除。觀看影片可聽出來就是，低頻率的「諧頻」聲音特性。
透過以上「濾波」的比較分析，可以知道，這個「警報聲」的頻率特徵如下：
1. 高頻率的「掃描諧頻」聲音：其「持續時間」約0.5秒，每一段聲音，均有此「掃描諧頻」聲音，持續重複出現。
2. 低頻率的「諧頻」聲音：其「持續時間」也是約0.5秒，此低頻率的「諧頻」聲音，是間歇式的出現，一段有、一段沒有，呈現循環的特徵。
3. 完整的「警報聲」：是以上兩個聲音的合成。
最後，總結本單元對這個「警報聲」的聲音特徵解析：(1)
從時間域，可以觀察到「波動」以及「持續時間」的現象。(2)從頻率域，可以觀察到這個「警報聲」有低頻率的「諧頻」聲音，而且是間歇式的出現，而高頻率的「掃描諧頻」聲音，則是每一段聲音都有。進而合成了這個「警報聲」。
綜合來說，本單元以「時頻分析」對ㄧ個「警報聲」探討其聲音特徵的解析，觀察了4個圖示，包括：「時間域波形圖」、「聲音響度圖」、「聲音頻譜圖」、及「時頻圖」。並且透過控制不同「頻率區間」和「時間區間」，以及「濾波」功能，包括：「高通濾波」和「低通濾波」，可以解析出此「警報聲」的聲音頻率組成及特徵。
以上個人看法，請多指教！
王栢村
2020.12.11
