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《振動噪音產學技術聯盟》國家級警報的聲音,為什麼會有警示效果呢?

 

這個單元要來探討的主題是:國家級警報的聲音,為什麼會有警示效果呢?

 

首先,一般的警報聲音有哪些共通點嗎?簡要說明如下:

 

1.          需要和背景聲音,有明顯的不同、差異,進而引發人們的注意。

2.          符合人耳敏感的聽覺特性:敏感頻帶:500 ~ 5000 Hz。讀者可參閱:#53怎麼看「等響度曲線」?】。如圖片中間下方圖示,顯示了等響度曲線(equal loudness contour),人耳的敏感頻帶就是:500 ~ 5000 Hz。警報音落在這個頻帶範圍,比較能夠使得人們可以容易辨識到警報音。

 

透過影片,可實際聽到這個國家級警報的聲音,聽感上,還蠻震撼的。參閱圖片上方,分別摘錄先前兩個單元:#423國家級警報的聲音特徵分析:(1) 時間波形特徵?】,以及#424國家級警報的聲音特徵分析:(2) 頻譜特徵?】。

 

由前述兩個單元,分別由(1)時間波形(time waveform)特徵分析,以及(2)頻譜(spectrum)特徵分析,解析了國家級警報的聲音特性,來看看是否有吻合前述的警報聲音的共通點,統整如下:

 

1.      人的聽覺上:要容易感知得到。是的,很明顯和背景聲音不一樣。

2.      時間波形(time waveform)的特徵:利用持續、間歇性、高聲音量值(高分貝),使得和背景聲音明顯的不一樣。是的,產生的持續聲音,分別有長=2.0秒,短=1.0秒,短=1.0秒。而,間歇式的聲音,在每個區間有0.5秒的間隔。同時,有大約78 dB(A) 的高音量。如此,周而復始的撥放,因而能夠引起人們的注意。

3.      頻譜(spectrum)的特徵:產生不和諧的聲音,簡單說,不會是樂音頻率或和弦音。是的,(1) 兩個主要頻率853 Hz 960 Hz,都不是樂音頻率!而且是在兩個半音音階頻率的中間值。(2)這兩個主要頻率853 Hz 960 Hz,都有奇數「簡諧倍頻(harmonics),也可簡稱為「諧頻」,會有高頻率的聲音。(3) 這兩個主要頻率853 Hz 960 Hz,會有「和差效應(sum and difference effect)960 853 = 107 Hz,產生107 Hz的「簡諧倍頻(harmonics)之「諧頻」效應。(4) 整體的聲音頻率組成,落在人耳的敏感頻帶:500~5000 Hz,讓人容易辨別,兩個主要頻率853 Hz 960 Hz及其「諧頻」,也會讓人覺得不和諧、不舒服,所以會有警示效果。

4.      運用不同敏感頻率的組成,以及「時間波形(time waveform)的變化,產生警報音、警示音。是的,整體的聲音頻率組成,兩個主要頻率853 Hz 960 Hz及其「諧頻」,不是樂音頻率,而且落在人耳的敏感頻帶:500~5000 Hz,讓人容易辨別。同時,也利用了長--短的時間波形變化,使得人們會覺得不和諧、不舒服,所以會有警示效果。

 

由以上的佐證分析討論,證實國家級警報的聲音,確實符合了一般警報聲音的共通點。

 

綜合這個單元的討論,統整如下:

 

1.      說明一般警報聲音的共通點:(1)明顯的不同於背景聲音。(2)整體的聲音頻率組成,落在人耳的敏感頻帶:500~5000 Hz

2.      透過「時間波形(time waveform)以及「頻譜(spectrum)的特徵分析,證實國家級警報的聲音,確實符合一般警報聲音的共通點。

 

以上個人看法,請多指教!

 

王栢村

2025.05.06

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《振動噪音產學技術聯盟》國家級警報的聲音特徵分析:(2) 頻譜特徵:為什麼會感到不和諧不舒服呢?

 

這個單元要來探討的主題是:國家級警報的聲音特徵分析,接續前一個單元的「時間波形(time waveform)特徵分析,這個單元要來看「頻譜(spectrum)特徵分析。同時,要來探討為什麼這樣的「頻譜」特徵,會讓人感到不和諧、不舒服呢?

 

透過影片,可實際聽到這個國家級警報的聲音,聽感上,還蠻震撼的。參閱圖片左下方圖示,係應用【SM軟體】的「時頻分析(Spectrogram analysis)模組,進行國家級警報聲音特徵分析的結果,其中,呈現了:

 

1.      𝒑(𝒕):「聲音壓力時間波形(time waveform of sound pressure)。可以瞭解原始WAV的時間波形特徵。

2.      𝑳𝒑(𝒕):「聲音壓力位準(Sound pressure level, SPL)。可以觀察隨時間變化的噪音總量dB/dBA

3.      𝑮𝒑𝒑(𝒇):「聲音自身功率頻譜(Auto power sound spectrum),可簡稱「聲音頻譜(sound spectrum)。可以觀察主要的頻率組成。

4.      𝑮𝒑𝒑(𝒕,𝒇):「時頻圖(Spectrogram),英文也可稱為time-frequency plot。水平軸是時間,垂直軸是頻率,彩色的圖示代表聲音大小。除了可看出頻率組成,也可觀察隨時間之頻譜變化。

 

這個單元著重在討論其𝑮𝒑𝒑(𝒇)聲音頻譜(sound spectrum)係應用【SM軟體】的「頻譜分析(Spectral analysis)模組,可以更深入來觀察𝑮𝒑𝒑(𝒇)聲音頻譜的特徵,參閱圖片右下方圖示,說明如下:

 

1.      主要有兩個頻率:853 Hz 960 Hz。可以由𝑮𝒑𝒑(𝒕,𝒇)時頻圖」,觀察到兩個明顯的矇職頻率(peak frequency)。圖示的𝑮𝒑𝒑(𝒇)聲音頻譜」,可以明確的辨識出這兩個峰值頻率,分別是853 Hz 960 Hz值得注意的,這兩個頻率853 Hz 960 Hz,都不是樂音頻率!其中,853 Hz = (A5=880 + Ab5=830.61)/2 ~= 855.30 Hz,是介於LaLa兩個音階標準頻率之間。而,960 Hz = (B5=987.77 + Bb5=932.33)/2 = 960.05 Hz,是介於SiSi兩個音階標準頻率之間。這兩個頻率853 Hz 960 Hz,挑選的重點:都不是樂音頻率!因此,不和諧的聲音,比較能夠引起人們的注意。

2.      這兩個頻率853 Hz 960 Hz,在𝑮𝒑𝒑(𝒇)聲音頻譜」,確實都有1X3X5X7X...的奇數「簡諧倍頻(harmonics),也可簡稱為「諧頻」。因為是奇數的「諧頻」,所以這兩個頻率波,都是奇函數(odd function)。有這樣的「簡諧倍頻(harmonics),目的就是在產生高頻率的聲音。

3.      再觀察𝑮𝒑𝒑(𝒇)聲音頻譜」,可發現107 Hz的「簡諧倍頻(harmonics)之「諧頻」效應。主要來自:853 Hz 960 Hz兩個頻率之「和差效應(sum and difference effect)960 853 = 107 Hz

4.      又,人耳的敏感頻帶,在500~5000 Hz,由𝑮𝒑𝒑(𝒇)聲音頻譜」,可觀察在此頻帶範圍,確實有較高的振幅值。

 

綜合一下這個單元的討論:

 

1.      回顧了應用【SM軟體】的「時頻分析(Spectrogram analysis)模組於國家級警報的聲音特徵分析。可以檢視:(1)時間波形訊號 𝒑(𝒕)(2)噪音總量𝑳𝒑 (𝒕)(3)頻譜圖𝑮𝒑𝒑 (𝒇)(4)時頻圖𝑮𝒑𝒑 (𝒕,𝒇)

2.      著重在國家級警報聲音的𝑮𝒑𝒑(𝒇)聲音頻譜(sound spectrum)特徵分析,會讓人感到不和諧、不舒服的聽感,主要是因為:(1) 兩個主要頻率853 Hz 960 Hz,都不是樂音頻率!(2)這兩個主要頻率853 Hz 960 Hz,都有奇數「簡諧倍頻(harmonics),也可簡稱為「諧頻」,會有高頻率的聲音。(3) 這兩個主要頻率853 Hz 960 Hz,會有「和差效應(sum and difference effect)960 853 = 107 Hz,產生107 Hz的「簡諧倍頻(harmonics)之「諧頻」效應。(4) 整體的聲音頻率組成,落在人耳的敏感頻帶:500~5000 Hz,讓人容易辨別,也會覺得不和諧、不舒服,所以會有警示效果。

 

以上個人看法,請多指教!

 

王栢村

2025.05.06

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