《振動噪音科普專欄》禽類的叫聲有甚麼特徵呢？

由先前單元：【不同的狗，吼叫的聲音頻譜有甚麼差異？】，【牛、羊、豬、大象的聲音有甚麼特徵？】，【不同的馬，他們的叫聲有甚麼不同？】，分別探討「4隻狗的叫聲」的聲音頻譜特徵，「牛、羊、豬、大象」4種動物的聲音解析，以及3匹不同「馬的嘶叫聲」的聲音特徵，或許會好奇其他動物的叫聲，會有怎樣的「聲音頻譜」呢？本單元就來討論不同「禽類叫聲」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「連續鳥叫」、「分散鳥叫」、「鴨子叫聲」和「雞叫聲」的聲音解析結果。同時，讀者可觀看影片，可以先聽一下「連續鳥叫」、「分散鳥叫」、「鴨子叫聲」和「雞叫聲」這4種「禽類叫聲」的聲音。

要解讀這4種「禽類叫聲」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」，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？】

接著就來看4張圖示有關這4種「禽類叫聲」的解析，重點說明如下：

1.      「連續鳥叫」：從「時間域」的「聲音壓力波形圖」以及「聲音響度圖」，可以知道是連續10次的鳥叫聲，每次都是短促的叫聲、而且有衰減現象。從「頻率域」的「聲音頻譜圖」及「聲音時頻圖」可以得知，此「啾、啾、」主要的峰值頻率在3000Hz左右，貢獻的頻帶在2000~4000Hz之間，另外，在9000Hz附近也較高振幅的頻譜特徵。

2.      「分散鳥叫」：從「時間域」來看，可以知道有5次分散的鳥叫聲，在「聲音響度圖」可觀察像是「半正弦波」的特徵，對比時而出現的鳥叫聲。由「頻率域」的兩張圖示可知，主要貢獻的頻帶在2000~4000Hz之間，每次的鳥叫聲，其峰值頻率會有飄移，聽感如「啾—、唧啾、唏咻、唧唧啾」等特徵。如果，還要深入探討的話，可以再個別放大頻率區間，以觀察這5次鳥叫聲的差異。

3.      「鴨子叫聲」：聽起來是3次的鴨子叫聲，有比較低沉的「呱—呱—呱—」聲音，在「頻率域」的「聲音時頻圖」可以得知，主要頻帶在0~3000Hz之間，由等距離的紅色「聲音振幅」等高線，可判斷有「倍頻音」的特徵，「基音頻率」大約在150Hz左右，而且，由紅色「聲音振幅」等高線的連續波動的現象，可以推論此「呱—呱—呱—」聲音的頻率，有隨著時間變化升高及降低飄移的特徵。

4.      「雞叫聲」：聽起來是5次分散的雞叫聲，聽感如「呵、呵—呵、呵、呵」，其中，第2次叫聲「呵—」比較特別，紅色「聲音振幅」等高線呈現「倒V」形，頻率升高又降低的特徵，也似乎有接近等距離的「倍頻音」特徵，「基音頻率」大約在500Hz左右。而其他「呵、」的聲音，是比較短暫的脈衝波形的叫聲，主要的「峰值頻率」與「呵—」是相近的。

由以上的比較探討可知，本單元的兩種「鳥叫聲」主要頻率範圍約在2000~4000Hz，類似於「寬頻帶」(broad band)的聲音特徵。「鴨子叫聲」和「雞叫聲」則都有「倍頻音」特徵，但是「基音頻率」分別大約是150Hz左右和500Hz左右，因為，「鴨子叫聲」的「基音頻率」較低，所以有比較低沉的聽感。

「溜鳥」曾經是一種閒情雅致的風潮，提著鳥籠聆聽小鳥的叫聲。在靜謐的森林中，偶而傳來一陣陣的「鳥語」，似乎有讓人放鬆的感覺。又如雞鴨鵝「家禽」的叫聲，如果能透過科學的聲音解析，可以解讀出甚麼訊息呢？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」，探討了不同「禽類叫聲」，包括：「連續鳥叫」、「分散鳥叫」、「鴨子叫聲」和「雞叫聲」的聲音解析，探討聲音在「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遞、或是人們的聽覺感受關聯性呢？

以上個人看法，請多指教！

王栢村

2019.11.26

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