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？】，【禽類的叫聲有甚麼特徵呢？】，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，3匹不同「馬的嘶叫聲」，以及4種「禽類叫聲」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？本單元就來討論森林之王的「獅子吼叫聲」以及掠食性動物「狼嚎聲」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「1#獅子」、「2#獅子」、「1#狼」和「2#狼」的聲音解析結果。同時，讀者可觀看影片，可以先聽一下「1#獅子」、「2#獅子」、「1#狼」和「2#狼」這兩種掠食性動物「獅吼聲」、「狼嚎聲」的聲音。
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張圖示有關這兩種掠食性動物「獅吼聲」、「狼嚎聲」的聲音解析，重點說明如下：
1. 「1#獅子」：聽起來像是輕聲吼叫的「獅吼聲」，從「時間域」的「聲音壓力波形圖」可看出明顯的波動效應，而「聲音響度圖」則有些微的波動。在「頻率域」的「聲音頻譜圖」及「聲音時頻圖」可以得知，與聽感對應的低沉「獅吼聲」，主要的的頻帶在1000Hz以下，1000~2500Hz則有較小振幅的「倍頻音」效應。
2. 「2#獅子」：聽起來像是剛睡醒的「獅吼聲」，由「頻率域」的「聲音頻譜圖」及「聲音時頻圖」觀察，「基音頻率」大約在150Hz左右，也有「倍頻音」的特徵，雖然聲音衰減了，但是低沉的頻率仍持續存在，觀察「時間域」的「聲音壓力波形圖」以及「聲音響度圖」，並且有微微具有鎮攝效果的抖動音。
3. 「1#狼」：這匹狼的叫聲「喔嗚—」，從「頻率域」的「聲音頻譜圖」及「聲音時頻圖」可以觀察，有明顯的數個「峰值頻率」，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600Hz左右，一開始的「峰值頻率」略低，隨即拉高頻率並微微下降，就是「喔嗚—」的聽感效應。其中，1200Hz的「峰值頻率」振幅持續最長。
4. 「2#狼」：這匹狼叫聲的「聲音頻譜圖」及「聲音時頻圖」與「1#狼」的分佈趨勢相似，不同之處：(1)「基音頻率」：「2#狼」的「基音頻率」大約在1000Hz左右，比「1#狼」的600Hz左右較高。(2)紅色「聲音振幅」等高線：「2#狼」的右下斜的斜率大於「1#狼」，代表「嗚—」的聲音頻率下降比較多；(3)「音色」特徵：「2#狼」有抖動音的特徵，而「1#狼」的等高線平穩許多，可以說「1#狼」的音質比較清晰。
由以上的比較探討可知這兩種掠食性動物「獅吼聲」及「狼嚎聲」的聲音特徵，綜合討論如下：
1. 「音調」比較：「獅吼聲」有較低沉的聲音所呈現「基音頻率」大約在150Hz左右，具有「倍頻音」的特徵。「狼嚎聲」也同樣有「倍頻音」的特徵，其「基音頻率」，「1#狼」約600Hz左右、「2#狼」大約在1000Hz左右，比「獅吼聲」頻率高。
2. 「響度」比較：個別的聲音大小，在此絕對量值無從比較，但是，「獅吼聲」會有鎮攝效果，很可能是因為「時間域」的微微連續抖動音所致。而「狼嚎聲」的「響度」特徵是比較持續的、宏亮的。
3. 「音色」比較：比照人的聲音，以「基音頻率」以及和「基音頻率」呈現倍數關係的「泛音頻率」來看，「獅吼聲」及「狼嚎聲」都有明顯的「基音頻率」及「泛音頻率」。「1#狼」的音質比較清晰，主要是其紅色「聲音振幅」等高線呈現平穩的現象。以這樣的角度來看，「1#狼」可能是不錯的「聲樂家」喔！
另外，觀察聲音的其他特徵，可從「時間域」以及「頻率域」來看，分別都有「波動」及「衰減」的現象，針對此「獅吼聲」及「狼嚎聲」的聲音特徵，觀察討論如下：
1. 「時間域」的「波動」及「衰減」：從「聲音壓力時間域波形信號」以及「時間域聲音響度」曲線，都可以觀察到「獅吼聲」的微微「波動」的抖動音及「衰減」的現象。相對來說，「狼嚎聲」的嗚叫過程，相對平穩。
2. 「頻率域」的「波動」及「衰減」：從「聲音頻譜」及「時頻圖」，也可以觀察到「波動」及「衰減」的現象，頻譜的「波動」在「狼嚎聲」特別明顯，是頻率高低音的起伏。讀者可藉由聆聽聲音以及對應圖示的解析，來觀察與體會聲音的「波動」及「衰減」的現象，以及對應聽感的物理意義。
兇猛的「掠食性」動物與溫馴的「草食性」動物，他們的聲音特徵有甚麼差別？為什麼會有差別？像本單討論的這兩種掠食性動物「獅吼聲」及「狼嚎聲」的聲音特徵，對於其他動物、甚至人們有甚麼威嚇效果？又為什麼會有威嚇效果呢？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」，探討了兩種掠食性動物「獅吼聲」及「狼嚎聲」的聲音解析，了解其聲音在「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文章連粉絲團結
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