聽聲音(十三)：世界上最長的回音

• 朱家瑩／雅文基金會聽語科學研究中心 研究員

想像一下當你聽到手指甲刮著黑板產生的摩擦聲，或者是拿著叉子摩擦著不鏽鋼碗的聲音，抑或是小孩的哭叫聲，有沒有哪一個聲音會讓你全身起雞皮疙瘩，想要用手摀住耳朵，甚至是情緒爆炸、只想要遠離現場呢？這些讓人不適的聲音，是有其特有的聲學特質？或是其他緣故呢？

不是尖銳、高頻音就刺耳，而是流淌在你我血液的祖先智慧

一般認為，令人不適的聲音是因為刺耳的高頻聲，尤其像是手指甲刮黑板時所產生的摩擦聲，其中那種「ㄍㄧ ㄍㄧ ㄍㄧ」的聲音，似乎是造成不適感的主因。

然而，Halpern、Blake 和 Hillenbrand（1986）這三位研究者對於這個現象感到好奇，因此他們進行了一項實驗 ^[1]，他們將那些令人不適聲音（如：刮金屬或石板的聲音）中的高頻音減弱。

結果顯示，即使減弱尖銳的高頻聲音，受試者仍然感到不適，因而主張尖銳的高頻音並不是造成不適感的主因。接續 Halpern 等人在企圖尋求答案時，意外發現刮黑板的聲音頻譜圖跟靈長類猴子的警告叫聲非常相似，因而大膽推測這個不適感並非高頻音造成的，而是源於人類祖先的記憶。

人類對特定頻率區間的聲音感知最敏感，加上跨感官的連結，讓人聽到某些音就不適

可惜，到底是不是來自老祖先的智慧傳承，這點未獲得後續研究的支持。另一方面，Kumar 等人（2008）進一步以聲學分析探究是否是因特定頻率導致聆聽的不適感時，發現聲音中涵蓋 2500-5500 赫茲這個頻率區間的聲學頻率似乎特別容易引起聽者的不適感 [2]。

他們推測這可能是因為這個頻率範圍的聲音感知上最為強烈，同時也具有最高的能量，因此使得聽覺系統特別對這些頻率的聲音敏感。

但是，我們平常聊天談話中也涵蓋了這個頻率範圍的聲音，除了頻率之外，是不是還有其他因素造成對某些聲音的不適感呢？

Ro 等人（2013）發現當聽到聲音時，聲音進入大腦的聽覺皮質同時，會傳遞訊號到觸覺感官系統，啟動了觸覺感官，讓聽者聽到聲音時，「感覺」到自己的皮膚彷彿被指甲刮的刺痛感 ^[3]。

聽聲音會啟動身體觸覺感官系統並非只存在刮黑板這類聲音，有些人在聽到音樂聲，像是聽到低音貝斯的聲音時，也會感覺到自己的身體也在震動，甚至感受到皮膚的不適感 ^[4、5]。

也許因為這個跨感官的訊號傳遞，讓身體的其他部位也出現不適的感受，才會讓聽者對於這些聲音感到不適。

當感知到令人不適的聲音，杏仁核會依據習得經驗，決定是否啟動保護機制！

Zald 與 Pardo（2002）發現當聽到讓人感到不適的聲音刺激時，大腦中的杏仁核（amygdala）會高度活化 ^[6]，而杏仁核在大腦中負責掌控恐懼、焦慮、害怕等負面情緒，換句話說，當聲音訊息抵達杏仁核時，它會誘發情緒反應，進而導致我們做出不同行為反應 ^[7]。

杏仁核的啟動是大腦的一種保護機制，透過過往的經驗連結學習會對讓人不適的聲音發出警報^[8] ，當聽者遇到可能危及安全的聲音時，杏仁核就會發出警報。

例如，當聽到車子緊急剎車的聲音時，這個聲音傳送到杏仁核，會進而引起我們想要逃離的反應，或者產生對駕駛者行為的憤怒反應。

由於杏仁核在聆聽這些聲音時會高度活化，Kumar 等人（2012）進一步試圖了解在聆聽令人不適的聲音時，杏仁核在大腦中扮演著怎樣的角色，以及聲音資訊如何被傳遞到杏仁核。

他們的研究結果顯示，聲音刺激會最先傳送到聽覺皮質（auditory cortex）進行聲學訊息處理和分析，解碼聲音所代表的意義，例如，聽到「ㄍㄧ」的剎車聲，解碼出來的是來自汽車或者腳踏車的剎車聲。聽覺皮質處理完畢後，將資訊傳遞到杏仁核，當杏仁核接收到來自聽覺皮質的訊號後，依據這些訊息及過去經驗發出警報 ^[8]，誘發恐懼、焦慮或憤怒等負面情緒，並可能促使進一步的行為反應，像是尖叫、摀住耳朵，或逃離現場。

舉例來說，如果是汽車的剎車聲，基於過去的經驗，可能存在危險，因此可能會誘發恐懼情緒，並引發立馬逃離現場的行為舉動。

然而，如果解碼後的聲音是腳踏車的剎車聲，根據過去的經驗，可能不會有危及生命的危險，因此即便會觸發閃躲的動作行為，但負面情緒可能不如汽車剎車聲來的強烈，可能只會憤怒的罵騎車的人不長眼。

聽到某些聲音，讓人立馬想逃或想戰，也許這個過往的經驗是來自遠古時代祖先的傳承，但更可能是因為聽到這些聲音時，觸覺感官系統被啟動了，身體上「感覺」到不適，所以當不適的聲音再次出現時，杏仁核的活化反應就更增強，讓我們除了單純的接收到聲音之外，也產生了身體及情緒上的反應。

參考文獻

1. Halpern, D. L., Blake, R., & Hillenbrand, J. (1986). Psychoacoustics of a chilling sound. Perception & Psychophysics, 39, 77-80.
2. Kumar, S., Forster, H. M., Bailey, P., & Griffiths, T. D. (2008). Mapping unpleasantness of sounds to their auditory representation. The Journal of the Acoustical Society of America, 124(6), 3810-3817.
3. Ro, T., Ellmore, T. M., & Beauchamp, M. S. (2013). A neural link between feeling and hearing. Cerebral cortex, 23(7), 1724-1730.
4. Koenig, L., & Ro, T. (2022). Sound Frequency Predicts the Bodily Location of Auditory-Induced Tactile Sensations in Synesthetic and Ordinary Perception. bioRxiv.
5. Lad, D., Wilkins, A., Johnstone, E., Vuong, Q.C. (2022). Feeling the music: The feel and sound of songs attenuate pain. British Journal of Pain, 16(5), 518-527. 
6. Zald, D. H., & Pardo, J. V. (2002). The neural correlates of aversive auditory stimulation. Neuroimage, 16(3), 746-753.
7. LeDoux, J. E. (2000). Emotion circuits in the brain. Annual review of neuroscience, 23(1), 155-184.
8. Kumar, S., von Kriegstein, K., Friston, K., & Griffiths, T. D. (2012). Features versus feelings: dissociable representations of the acoustic features and valence of aversive sounds. Journal of Neuroscience, 32(41), 14184-14192.

一九九○年代，冷戰終於結束，蘇維埃政府在海中布下的潛水艇威脅也隨之消散，於是海軍提供克拉克與其他專家機會，讓他們透過 SOSUS 的水下麥克風觀測、記錄大海裡的各種聲音。透過聲音頻譜——也就是 SOSUS 系統將接收到的聲音轉換為視覺圖像——克拉克無庸置疑地看到了藍鯨正在歌唱的跡象。

光是第一天克拉克就發現，單一個 SOSUS 感測器所記錄下的藍鯨叫聲比過去所有科學文獻所記載的加起來還要多。大海中充斥著鯨魚的歌聲，而這些聲音則來自無比遙遠的彼方。克拉克估算，記錄下他聽見的那股歌聲的感測器，距離聲音的主人有兩千四百公里之遠。藉由位於百慕達的水下麥克風，他竟能夠聽見遠在愛爾蘭的鯨魚歌聲。

於是他說：「當時我心想：『羅傑的想法沒錯。』我們實際上真的可以探測到橫跨整個海洋盆地的鯨魚歌聲。」對於海軍的分析專家來說，這些聲音就是他們每天工作都會遇到的正常現象，而這些聲音與工作內容無關，所以根本不會被標記在聲音頻譜上，也因此就被忽略了。然而對克拉克來說，這卻是令他茅塞頓開的驚人發現。

穩定規律的「歌聲」其實是一種探測手段？

雖然藍鯨與長須鯨的歌聲能夠跨洋越海，卻沒人知道鯨魚是否真的會在如此遙遠的距離下互相溝通；畢竟牠們很有可能只是在用極大的音量對附近的同類示意，只是音波剛好傳到了很遠的地方去而已。不過克拉克又指出，鯨魚會一次又一次地不斷重複同樣的音頻，甚至也會精準維持音與音之間的間隔長度。鯨魚會在浮出水面呼吸時停止歌唱，回到水中繼續歌唱卻也會落在剛剛好的拍子上。他說：「所以牠們唱歌並不是隨興而至的舉動。」這種現象令他想起了火星探測車為了傳送資料回地球所發出的那種重複的連續訊號。假如人類想設計出能夠跨越海洋進行溝通的訊號，大概也會想出類似藍鯨歌聲的形式吧。

鯨魚歌聲或許也有其他用途。牠們發出的每個音都能持續好幾秒，而其波長更是好比足球場的寬度。克拉克曾問過他在海軍的朋友，假如他有發出這種聲音的能力，可以拿來幹嘛？

「那我就能摸透整個海洋。」他的朋友如此回答道。這話的意思是，他能夠藉此刻畫出深海的地景，透過傳至遠方的次音波回音，他就能辨識出海底山稜與海床的位置。地球物理學家也肯定能運用長須鯨的歌聲來了解各處的地殼密度。那麼，鯨魚到底用這種聲音來做什麼呢？

克拉克從鯨魚的動作中看出了答案；透過 SOSUS，他發現藍鯨出現在冰島與格陵蘭之間的極地水域中，一路蜂擁直奔——還是該說是鯨擁？——熱帶地區的百慕達，旅途中一路歌唱。他也看過鯨魚在深海的群山間左彎右拐，在幾百英里間的深海地景之中蜿蜒前進。「看到這些動物的移動方式，就會感覺牠們大腦裡似乎有著以音波構成的海洋地圖。」他如此說道。

他也猜測，鯨魚在長長的一輩子裡，會不斷累積大腦中的聲音記憶，隨之擴增儲存在大腦裡的海洋地圖。克拉克也還記得，曾有位資深海軍聲納專家告訴他，大海裡每個地方都有它專屬的聲音。克拉克告訴我：「他們說：『讓我戴上耳機，我不用看就能直接告訴你現在位於拉布拉多還是比斯開灣的海域。』而我就想，假如人類累積了三十年的經驗就能做到這個地步，何況是演化了一千萬年的動物呢？」

漫長的迴響～不同時間尺度下的認知

不過關於鯨魚聽力的尺度，還是有令人費解之處。鯨魚的叫聲確實可以傳遞到很遠的地方，但卻也很花時間；在海裡，音波一分鐘只能傳五十英里（約八十公里）遠，因此假設一隻鯨魚聽見另一隻鯨魚在一千五百英里（約二四一四公里）之外發出的叫聲，這隻鯨魚得在半小時以後才能聽見對方的歌聲，就像天文學家觀測到的星光其實是恆星在很久很久以前散發出的光芒一樣。假如某隻鯨魚想探測五百英里（約八百零四公里）之外那座山的位置，牠得等上十分鐘才能接收到自己叫聲的回音，這感覺起來似乎有點荒謬。

然而各位想想，藍鯨在水面上的心跳一分鐘約為三十下，潛入水下後卻會下降至一分鐘只跳三次。這麼一想，鯨魚生命中的時間尺度想來一定與人類相當不同吧。倘若斑胸草雀能夠在單一個音裡就聽見以毫秒為單位的美麗音頻，也許藍鯨分辨同樣潛藏在聲音中的祕密訊號的時間尺度則是分或秒。若要想像鯨魚的生活樣貌，「你得發揮想像力，以完全不同的次元思考。」克拉克對我說道。

他認為這兩種體驗的差異應該就像先用玩具望遠鏡注視夜空，再改用美國太空總署架設在太空的哈伯太空望遠鏡一覽星羅棋布的壯麗星辰。一想到鯨魚，他的世界彷彿就變大了，不管是空間還是時間的尺度，都更加遼闊。

——本文摘自《五感之外的世界》，2023 年 8 月，臉譜出版，未經同意請勿轉載。

本文轉載自中央研究院「研之有物」，為「中研院廣告」

• 採訪撰文｜呂慧穎
• 責任編輯｜田偲妤
• 美術設計｜蔡宛潔

你有沒有聽到什麼聲音？隱藏在鬧市的噪音汙染

你有留意過生活周遭的聲音嗎？無論是雞犬桑麻的鄉村，或是車水馬龍的都市，都縈繞著各種聲音，這些你可能早已習慣的聲響，卻可能在無形間影響我們的身心健康！中央研究院「研之有物」專訪院內人文社會科學研究中心詹大千研究員，其研究團隊針對臺北市的交通噪音分布特性進行研究，運用 2D 及 3D 噪音地圖呈現 24 小時的實時變化。更透過舉辦公民科學活動，邀請民眾用手機測量並感知生活中的聲音變化。究竟噪音會造成哪些身心疾患？臺北市的噪音曝露情形如何？我們又該怎麼防範噪音汙染呢？

太吵了我睡不著！聲音也會影響你的健康？

車輛呼嘯而過的引擎聲令人心驚膽戰，公園此起彼落的蟲鳴鳥叫則讓人心曠神怡。仔細聆聽將發現，每種聲音都帶給人不同的感受，長久下來不僅影響心境、更關乎健康。若我們能掌握周遭環境潛在的噪音汙染，即多了一分守護自身健康的能力。

中研院人文社會科學研究中心詹大千研究員兼副主任，同時也是地理資訊科學研究專題中心執行長，擅長地理資訊科學結合流行病學研究。因 2018 年參與中研院健康雲計畫至英國開會，因緣際會下得知，歐洲對於汙染與健康因子的討論早已包含「噪音」，但當時的臺灣尚無系統性的科學研究。

翌年正巧陽明交通大學公共衛生研究所在繪製「噪音地圖」（noise map）時遭遇難題，而中國醫藥大學附設醫院則想透過聲音監測改善加護病房的噪音問題，再加上中研院資訊科學研究所陳伶志研究員帶領研發的「聲音盒子」（SoundBox）技術支持。在多方開啟合作意願下，一趟監測都市噪音的奇妙旅程就此展開！

目前世界衛生組織以均能音量 55 分貝作為住宅區戶外的音量建議標準，詹大千進一步提到：「過去進行噪音與代謝症候群研究時，曾分析健檢民眾的自填健康問卷，再比對各地環保局的噪音監測站資料後發現，民眾普遍覺得超過 75 至 80 分貝會覺得吵雜不適，而 50 至 55 分貝以下會感到安靜舒適，就感受性而言與世衛的建議標準相近。」

事實上，有關噪音影響健康的探討由來已久，最初主要關注職業環境的噪音暴露問題，而後擴及生活中的噪音汙染對民眾身心的危害。根據世界衛生組織的研究：

噪音除了會損害聽力，還會導致憂鬱焦慮、睡眠障礙、注意力下降，提高內分泌系統及心血管疾病的發生率，甚至因聽覺刺激降低而增加罹患失智症的風險，影響不容小覷！

是誰那麼吵？用噪音地圖看一看

生活中噪音的來源百百款，常見的包括交通噪音、工程噪音、近鄰噪音、娛樂噪音等，位列行政院環境保護署（今環境部）公害陳情數第一名。

其中，車輛、飛機產生的「交通噪音」動輒飆破 80 分貝，是日常生活中影響範圍最廣，也最容易被忽視的公害。

詹大千參與的研究團隊特別針對臺北市的交通噪音分布特性進行研究，運用 2D 及 3D 噪音地圖呈現 24 小時的實時變化。

自 2017 至 2019 年進行的交通噪音數據蒐集並非一帆風順。目前臺北市政府環境保護局僅有 12 個環境噪音監測點、12 個道路交通噪音監測點，根據《噪音管制法》規定，每季只須進行 2 次、每次 24 小時的連續監測，而且只在晴天才會測量，導致研究團隊能獲取的資料量相當有限。

但研究團隊並不氣餒，轉而應用交通管制工程處在臺北市內設置的 7 百多組「交通流量偵測器」（Vehicle Detector，簡稱 VD）所測到的即時車流量及車速數據，來輔助噪音地圖的建置分析。

首先，將研究區域進行 500 x 500 公尺的網格分割，臺北市全區共分出 1,032 個網格，網格內具有 VD 測點者共 303 格，無 VD 測點者共 729 格。接著，比對噪音監測站數據與 VD 數據，建立統計模型關係，據此推估出 303 個具有 VD 測點網格的噪音值。

至於其他 729 個無 VD 測點網格，則運用諸如人口密度、土地利用類型、道路特性等環境條件，與前述 303 個具有 VD 測站的網格進行相似度比對，藉以推估其噪音值。

除了道路交通噪音，臺北市最明顯的噪音來源非松山機場莫屬。研究團隊蒐集臺北航空站 13 處自動監測設備（3 處位於松山機場、10 處位於機場周圍）測到的每小時平均噪音值，依據航空噪音防制區的範圍，將航空噪音值疊加在相對應的網格內。

至於環保局僅有晴天監測的噪音資料，研究團隊也沒忘記補強，透過模型考慮中央氣象局的降雨資料參數，將降雨造成的環境音加入噪音總量中，試圖更貼近真實的噪音狀況。

最後，為了驗證用 VD 偵測資料進行噪音值推估的可信度，研究團隊也實地架設中研院資訊所研發的「聲音盒子」收錄現場噪音值，驗證推估數值的準確度。

研究團隊更進一步運用 3D 建模呈現噪音在不同高度的衰減變化。在假設每棟建築暴露的交通噪音來自最近道路的條件下，將道路到建築物的水平距離、所在樓層的垂直高度（假設每層樓高度為 3 公尺）等資料納入衰減模式。

計算結果顯示，每上升一層樓大約下降 0.4 分貝，再將模式推估值與不同樓層測量到的實際噪音值進行比較驗證，最終在 3D 地圖上以分層填色的色塊顯示不同樓層的噪音值。

程式設定每 5 分鐘抓取一次 VD 數據（數據的精度為每分鐘一筆），並運用建置在國家高速電腦中心的運算平台來視覺化大量的噪音數據，如此就能在 2D 與 3D 臺北市噪音地圖上，以不同網格色塊即時查看每小時的噪音值。

2D 或 3D 地圖除了可用在噪音監測，對於其他空間流行病學的分析也很有幫助，但詹大千提醒，雖然 3D 地圖的資料可精確得知不同樓層的差異，但基於對居民隱私權的保障，仍建議以 2D 地圖進行相關研究分析，當流行病統計資料模糊化至鄉鎮鄰里等級時，就能避免個人資料的暴露。

找到噪音來源，才可以對症下藥！

以世界衛生組織的交通噪音曝露建議標準來看，如想防範交通噪音影響身心健康，最好控制在整日噪音曝露不超過 53 分貝，夜間噪音曝露不超過 45 分貝。根據詹大千團隊的研究結果顯示：

臺北市日間有 32.80%、夜間有 27.69% 的居民暴露在超過上述標準的交通噪音中，顯然我們還有改善的空間。

詹大千表示，本次研究採用比較嚴格的檢視標準，若是根據臺北市環保局的監測數據來看，臺北市的整天均能音量約在 56 分貝，代表在都市中仍能找到安靜的戶外空間。

此外，仔細觀察會發現，噪音地圖在一天的不同時段會產生不同變化。上午 7 點通勤時間，松山機場周遭的松山區、中山區、內湖區一帶，噪音值高達 70 分貝以上。晚上 6 點下班時間，堤頂大道、建國高架、市民高架、重慶北路開始出現車潮，連帶噪音值也提高到 55 分貝以上。到了午夜 12 點，除了大安區、中正區、中山區、大同區、信義區等住宅與路網較密集處有 50 分貝左右，其他地區幾乎都在 45 分貝以下。

想降低環境噪音傷害其實並不困難，聯合國環境署在 2022 年最新報告《Frontiers 2022》就提供許多降噪方法，包括規劃植栽綠帶、更換電動車、安裝隔音設備（如氣密窗）、臨路建築向內退縮、更改道路鋪面材質等，皆被證實能有效降噪，但前提是必須先掌握噪音的組成、來源及分布樣貌，才能準確擬定防治方案。

為了對症下藥處理噪音問題，目前可努力的地方在於增加噪音監測點。詹大千談到，未來或許可結合智慧電桿裝置，整合交通、噪音、空氣汙染等監測功能，同時提供更穩定的實時資料傳輸品質，打造守護全民健康的基礎資料收集網絡。

鬧中取靜——隨手記錄生活中寧靜的角落

除了監測技術與硬體設施的精進，詹大千也提出自我保護聽力的重要性，首要任務在於提升民眾對聲音的敏感度，意識到生活周遭存在哪些會傷害聽力的噪音？哪些地方是喧囂都市中難得的寧靜避風港？

詹大千與理念相同的臺灣聲景協會合作，在 2023 年 5 月至 7 月推出「尋找 55 分貝靜土」公民科學活動，邀請民眾擔任「寧靜追蹤師」，尋找臺北市戶外聲音平均 55 分貝的地方，察覺都市中的聲音變化對居民身心的影響。

活動期間共有 25 名受訓民眾投入記錄工作，貢獻了 182 個位在臺北市不同地區的採樣資料。民眾運用 NIOSH（iOS 適用）、Noise Capture（Android 適用）兩款 APP 測量戶外聲音的分貝數，並在詹大千研究團隊開發的聊天機器人平台 LINE 官方帳號「尋找 55 分貝靜土」記錄平均分貝數、最高分貝數、地點類型、地點位置、寧靜度與舒適度評分，並拍下當地照片、錄下環境音、寫下對聲音的感受。

記錄成果顯示，大於 55 分貝與小於 55 分貝的音量大約各佔一半，臺北市南港、內湖、北投、文山等靠山的行政區較為寧靜。最常被捕獲的靜土位於公園、巷弄、住宅區等地。蟲鳴鳥叫等自然聲音是靜土中的重要元素，人為聲音、道路交通相關聲音則是使戶外聲音大於 55 分貝的主因。

民眾普遍認為，這次的活動讓自己對環境中的聲音變化更加敏感，原本只有 45 分貝的環境，因車輛或人群經過，瞬間飆到 70 分貝。也有民眾察覺，自家孩子每天幾乎在 70 分貝左右的環境上課，讓他對都市噪音問題更有警覺！

此外，當你對聲音變得敏感後，將發現每個人對聲音的承受度都不同，不同的聲音特徵與情境也會帶來不同感受。例如夏天雄蟬的鳴叫聲可高達 80 分貝，但因為是來自大自然的聲音，人們的感覺通常是舒服的。而個性活潑外向的人可能經常出入熱鬧的場合，對於音量的容忍度也相對較高。

這些對聲音的多元感受在量化研究中較難呈現，但搭配公民科學活動的質性問卷、照片與錄音的相互對照，將可以發掘更多有趣的聲景現象，也為改變民眾行為、創造更多都市靜土盡一份心力！