《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)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。【甚麼是時頻圖？】

「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「哞—」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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