《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 和 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 和 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 和 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 和 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 和 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-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 和 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 和 960 Hz。值得注意的，這兩個頻率853 Hz 和 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La和降La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Si和降Si兩個音階標準頻率之間。這兩個頻率853 Hz 和 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 和 960 Hz，在𝑮𝒑𝒑(𝒇)「聲音頻譜」，確實都有1X、3X、5X、7X、...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」，可發現有107 Hz的「簡諧倍頻」(harmonics)之「諧頻」效應。主要來自：853 Hz 和 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 和 960 Hz，都不是樂音頻率！(2)這兩個主要頻率853 Hz 和 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 和 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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