《振動噪音科普專欄》汽車喇叭的聲音頻譜有甚麼特徵？

這一個單元要來探討的主題是：汽車喇叭的聲音有甚麼特徵？特別是由「聲音頻譜」的角度來觀察比較。

首先，請讀者觀看影片，可以聆聽三種喇叭的聲音，大致說明如下：

1.      喇叭聲#1：可以聽出來是一般轎車的喇叭聲，短促的的兩聲叭叭。

2.      喇叭聲#2：似乎是大卡車、或是大巴士的喇叭聲，聲音略長，也比較震撼的聽感。

3.      喇叭聲#3：聽起來像是聯結車的喇叭聲，或許也像是，大船入港的鳴笛聲。

這三個喇叭聲音，有甚麼頻譜特徵呢？在此還是以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，由「喇叭聲#1」的聲音重點特徵，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)。此波形圖總共呈現了2個區間，分別就是兩聲短促的叭叭聲音。聲音結束時，有快速的「衰減」現象。

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)。可以看出兩聲短促的叭叭聲音，有平穩的響度，兩個叭叭聲的間隔中，也可看到有聲音「衰減」的現象。

3.          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。似乎在叭叭的聲音，有許多紅色線條，代表的就是主要的發聲頻率。

4.          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，呈現此聲音信號的「聲音頻譜」，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。在「聲音頻譜圖」的觀察，這兩個叭叭的聲音似乎有很多個「峰值頻率」(peak frequencies)，這樣的「聲音頻譜圖」並不容易解讀出甚麼特徵。

接下來，針對「喇叭聲#1」的轎車兩個叭叭聲，作深入的「頻譜分析」，如圖示左下方，可以觀察有兩個主要的「基音頻率」，分別是 374Hz 及 456Hz，而且此兩個「基音頻率」都分別有明顯的「倍數頻率」，組成了「泛音頻率」，所以可以知道這個「喇叭聲#1」轎車的叭叭聲，是由兩個「基音頻率」以及其多個「倍數頻率」所組成。讀者可參閱：【甚麼是「基音頻率」和「泛音頻率」？】。

接著再解讀一下「喇叭聲#2」的大巴士或大卡車之喇叭聲，同樣將「聲音頻譜圖」，作深入的「頻譜分析」，如圖示中間下方，可以明顯觀察到非常多的呈倍數關係的「倍數頻率」，其「基音頻率」為176Hz，有著非常多的「泛音頻率」，組成了這個「喇叭聲#2」的大巴士或大卡車之喇叭聲。

最後，再觀察「喇叭聲#3」聯結車的喇叭聲，或許也像是，大船入港的鳴笛聲。同樣將「聲音頻譜圖」，作深入的「頻譜分析」，如圖示右下方，也是可以觀察到有明顯得非常多的呈倍數關係的「倍數頻率」，其「基音頻率」為89Hz，有著非常多的「泛音頻率」，組成了這個「喇叭聲#3」聯結車的喇叭聲。

讀者，可再次觀看影片，連續聽一下這三個車輛的喇叭聲音的差異，同時，也可以想一下，汽車喇叭的聲音有甚麼目的？當然，不外乎就是要有警示的作用。

為甚麼大巴士、大聯結車他們的聲音要特別宏亮呢？有這樣宏亮的聲音，他門的「聲音頻譜」有甚麼特徵呢？讀者也可以自我評價一下，比較一下這三種喇叭聲的特點或特徵，也可以思考一下哪一種喇叭聲，可以達到警示的目的呢？要有怎樣的喇叭聲，甚麼樣的頻譜、多大聲，應該都是有趣的議題！

以上個人看法，請多指教！

王栢村

2020.04.24

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