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《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) (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。【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「、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「」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「」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「」比較特別,紅色「聲音振幅」等高線呈現「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「」的聲音,是比較短暫的脈衝波形的叫聲,主要的「峰值頻率」與「」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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