這個單元的主題，在探討：銅鑼使用不同的「敲擊頭」，敲出來的聲音有甚麼差異？銅鑼如圖1是一個大型的銅鑼，使用了5種不同的「敲擊槌」，包括以「手握拳頭」敲擊銅鑼。
首先請讀者觀看影片，聽一下這5種「敲擊槌」敲出來的聲音，分別是：鋼頭、較硬頭、硬頭、軟頭、以及手握拳頭。參閱圖1及影片，要探討觀察這5種「敲擊槌」敲出來的聲音差異，可以從以下三個面向，現象說明如下：
1. 「聽感」：「聽感」本來就是很主觀的，本人聽起來，硬的「敲擊頭」敲擊聲音，雜碎高頻音，不是好聽的「聽感」。以「手握拳頭」的聲音，聽起來較有震撼、盪漾的感受。
2. 「時間域波形」：銅鑼敲擊聲音都有「衰減」的現象，大致可以觀察出，越硬的「敲擊頭」，「時間域波形」衰減的越快。最軟的「手握拳頭」聲音迴盪的時間最久。主要是低頻率的結構振動模態，衰減的比較慢。【什麼是聲音的衰減現象？】
接下來，要探討的是：為什麼使用5種不同「敲擊頭」，銅鑼的聲音會不一樣呢？在此實驗，都是使用相同的銅鑼，不一樣的是不同「敲擊頭」，那麼不同的「敲擊頭」，有怎樣的影響呢？
1. 「敲擊頭」的大小(重量)？
2. 「敲擊頭」的材料？
3. 敲擊施力的輕重？
1. Source：就是「激振源」(excitation source)，在此，當然就是「敲擊槌」作用在銅鑼的「敲擊力」(impact
force)。
2. Path：就是「結構路徑」(structural path)，也就是「銅鑼」，因為是相同的銅鑼，可以說「Path」結構系統是相同的、不變的。
3. Response：就是系統的響應，也就是銅鑼受「敲擊力」後，引發銅鑼的振動，進而發出聲音的響應。
那麼不同的「敲擊頭」，所引發的「敲擊力」有甚麼差異呢？觀看影片或參閱圖2，分別標示了「敲擊力」在「時間域波形」的示意圖，以及對應影響的「聲音頻譜」頻率範圍，討論如下：
1. 「敲擊力」的「時間域波形」：圖2，在時間域標示了對應不同「敲擊頭」的「敲擊力」時間域波形示意圖，以紅色表示，須注意，只是相對的比較示意圖。「敲擊力」均呈現接近「半正弦波」的波形，越硬的「敲擊頭」，「半正弦波」的週期越短，因為，硬的物體碰撞時，「敲擊頭」與「銅鑼」接觸的時間短。而，越軟的「敲擊頭」如「手握拳頭」，「半正弦波」的週期越長。
2. 「敲擊力」的「外力頻譜」：對應於「敲擊力」的「半正弦波」的時間域波形，其「敲擊力」的「外力頻譜」影響的範圍，以黑色標示。在此需注意，一樣只是示意圖的概念說明，黑色線段標示的範圍，相當於「敲擊頭」的「敲擊力」所影響的頻率範圍。可以觀察：「半正弦波」的週期越短，「外力頻譜」影響的頻率範圍就越高。反之亦然。可以觀察最軟的「敲擊頭」如「手握拳頭」，其「外力頻譜」主要集中在低頻率範圍，約1000Hz。隨著「敲擊頭」越硬，影響的頻率範圍逐漸升高，分別大約是2000Hz、5000Hz、7000Hz、9000Hz。
由以上討論，可以知道「敲擊頭」越軟，敲在銅鑼上的「敲擊力」的「半正弦波」週期越長，因為，比較軟的「敲擊頭」與「銅鑼」接觸的時間較長。此時，「敲擊力」的「外力頻譜」影響的頻率範圍就越小，也就是激發銅鑼振動模態的頻率範圍比較低。因此，聽感就是比較低音，而有震撼與盪漾的感受。又因為，低頻率的「振動模態」之「衰減效應」，比高頻率的「振動模態」要小。
綜合一下本單元的討論，以5種不同「敲擊槌」，敲擊銅鑼發出來聲音的差異比較，分別由：「聽感」、「時間域波形」、「聲音頻譜」，可以觀察其不同的特徵。探討方向：
1. 探討不同的「敲擊頭」材料：可以了解軟、硬「敲擊頭」材料，對敲擊聲音的差異影響。
2. 以SPR「系統方塊圖」的理念，探討解析其原理：主要是「激振源」的S「敲擊力」不同的影響。
3. 觀察「敲擊力」的「半正弦波」週期：與「敲擊頭」和「銅鑼」敲擊的接觸時間有關。「敲擊頭」越軟，「敲擊力」的「半正弦波」週期越長。反之，「敲擊頭」越硬，「敲擊力」的「半正弦波」週期越短。
4. 觀察「敲擊力」的「外力頻譜」影響的頻率範圍：「敲擊力」的「半正弦波」週期越長，影響的頻率範圍越小。反之，「敲擊力」的「半正弦波」週期越短，影響的頻率範圍越大。
另外，「敲擊頭」的大小/重量、或是「敲擊力」的施力力道，雖然也會有影響敲擊聲音的響應，不過，「敲擊頭」的大小及施力力道，主要影響的是「敲擊力」時間域的「半正弦波」之「振幅」，所以大致上是整體大小聲的變異，對於「聲音頻譜」的特徵而言，主要還是來自「敲擊頭」材料的軟硬度影響。
以上個人看法，請多指教！
王栢村
2020.03.25文章粉絲團連結
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| 圖1、銅鑼使用不同敲擊頭，聲音有甚麼差異？(原始聲音信號) |
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圖2、銅鑼使用不同敲擊頭，聲音有甚麼差異？(標示外力信號)
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