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音樂進入我們的耳朵時發生了什麼事?--《知識大圖解》

知識大圖解_96
・2017/07/01 ・2331字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

我們如何製作音樂?音樂進入我們的耳朵時又會發生什麼事?

音樂是我們文化中古老的一環,對我們的心智具有強大的影響力。歌曲可以讓人哭、讓人笑、讓人聞之起舞,或是厭惡地掩耳拒聽;每個人也都有各自喜愛的歌曲。

聲音由振動產生。

當樂器的弦振動時,便會推擠前方的空氣(壓縮),並使後方的空氣擴張(稀薄化);此過程會產生在空氣中行進的聲波

當聲波到達耳朵時,就會推動耳道中的空氣、讓耳膜產生振動。這種振動會觸動三塊聽小骨,將振動傳往耳蝸(充滿液體的螺旋形結構);耳蝸中液體的運動則能產生會被送到腦部的電訊號。然而,這只是人耳能聽見音樂的一小部分過程。

這些簡單的振動能引發強烈的情緒反應,而音調本身以及我們腦部的感知方式亦十分複雜。

抵達你耳朵的聲波帶有大量資訊,音樂的音調基本上包含音量音高音質(或稱音色)。振動越大,聲音越響;振動頻率越高,音高越高;音質則取決於聲波的平滑程度。

在物理教科書中出現的標準波形都十分平滑,但人或樂器所產生的聲音並不會真的如此平順;正是這些小小的不完美彼此加乘,才能形成最終音調的音色。此外,還須考量回聲、混響(reverberation)、共鳴及層層疊加的樂器、嗓音和歌詞。

我們的腦部須處理這些輸入耳內的聲音,而不只是將音調轉譯成電訊號。處理音樂訊息的過程與我們腦中控制愉悅、恐懼、動作、記憶和情緒的部位有關,且歌曲還能啟動意想不到的迴路。接下來,我們將深入介紹,當你聽到喜愛的歌曲時,腦中究竟會發生什麼事。

點擊放大圖。圖/《知識大圖解》提供

聲學共鳴

撥動套在人造奶油罐上的橡皮筋時,所發出的聲音與撥弄吉他鋼弦並不相同。撥動橡皮筋或琴弦時,產生的振動會傳遞至樂器本身;樂器的形狀和材質對最終的音調影響頗大。不同的物體會傾向以特定的頻率振動,某些頻率也會特別容易被放大,這就是所謂的共鳴。

除非樂器改變形狀,否則共鳴頻率都會固定,而這也是人聲會如此特別的原因。喉嚨、嘴巴和鼻子就如同樂器的管子,能放大聲帶產生的振動;改變嘴形能發出不同的字音,打開喉嚨或用鼻音唱歌則可唱出截然不同的音調,這是因為我們改變了發聲系統的共鳴特性。歌劇演唱家是共鳴專家,他們能善用共鳴,在不使用麥克風的情況下讓歌聲傳遍整個音樂廳。

點擊放大圖。圖/《知識大圖解》提供

音樂廳的聲學

演奏出正確的音調只是完美演出的一部分

音樂廳擔負著重責大任,它必須讓聽眾沉浸在管弦樂團的最大樂聲中,卻又不能造成回音;另外,還得放大獨奏樂手奏出的精緻樂音,讓後排聽眾能聽得一清二楚。想確保聽眾能夠盡興,音樂廳的設計得考量三項因素:音量等化混響

完美的演出還要加上完美的音樂廳,它必須讓聽眾沉浸在管弦樂團的最大樂聲中,卻又不能造成回音;另外,還得放大獨奏樂手奏出的精緻樂音,讓後排聽眾能聽得一清二楚。圖/By Hanserblich, CC BY 3.0, wikimedia commons

音量主要由管弦樂團直接發出的聲響來控制,但也會受牆壁和天花板的反射所影響。音樂廳絕對不能有過多的回音,因為聽眾的耳朵會預期音樂來自於管弦樂團,而非身後的牆壁。

等化可確保聽眾聽到所有的頻率。有的空間會放大某些特定的頻率,而等化的目標就是使聲音達到平衡,並稍微消減最高的音調,以免出現任何來自弦樂器的尖銳聲音。

混響則是樂音在音樂廳內部四處反彈的結果。各個物體表面所反射的聲音並不一致,因此若不加以矯正,樂音就會有些失真。

音樂廳能夠平衡上述所有的因素,它利用了各種不同的形狀和材質來維持聲音的平衡,再將之導向聽眾。平坦而堅硬的表面能反彈聲音;柔軟的表面可吸收聲音;粗糙的表面則會將入射的聲波散射。在牆壁和天花板上裝設經特別設計的嵌板,就能使樂音在抵達你的耳朵之前,先被調整並優化。

改善音響效果

倫敦皇家阿爾伯特音樂廳的天花板掛滿了一顆顆蘑菇,但這並不是溼氣太重所致,這種奇異的構造可是為了改善音響效果。這些蘑菇在 1960 年代經過測試,隨後便安裝上去,並於 2001 年再次改良;目前共掛著 85 朵玻璃纖維製的真菌。皇家阿爾伯特音樂廳很大,天花板具有拱頂,若少了這些蘑菇,管弦樂團奏出的每個音符都會出現冗長的延遲回音。然而,即便有了這些蘑菇,仍需大型管弦樂團來讓這座巨型音樂廳充滿著樂音。

倫敦皇家阿爾伯特音樂廳的天花板掛滿了一顆顆蘑菇,但這並不是溼氣太重所致,這種奇異的構造可是為了改善音響效果。圖/By Colin, CC BY-SA 4.0, wikimedia commons
點擊放大圖。圖/《知識大圖解》提供
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本文節錄自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 33 期(2017 年 06 月號)

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知識大圖解_96
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從族群耆老的死亡,看見黑猩猩的「同理心」——《我們與動物的距離》

馬可孛羅_96
・2022/01/16 ・2063字 ・閱讀時間約 4 分鐘
  • 作者:法蘭斯・德瓦爾(Frans De Waal)
  • 譯者:陳信宏

人類為何會發展出宗教,其中一個最常被提及的原因便是我們對死亡的體認。我們對生命有限的理解,經常和「人類有沒有可能是唯一擁有宗教的生物」這個問題一起提出。我對這個問題沒有明確的答案,只能說我們沒有理由假設別的靈長類動物對其他個體的死亡一無所知。

如同巴諾布猿天堂裡的巴諾布猿,其他猿類也相當熟悉死亡與失去親友的現象。有時候牠們自己就是凶手,例如有一天那群巴諾布猿打死了一條劇毒的加彭膨蝰。那條蛇令牠們深感恐懼,只要一動就嚇得所有巴諾布猿往後跳開。牠們用樹枝小心戳牠,最後瑪雅才把牠高高拋起並且重重甩在地上。值得注意的是,那條蛇死了之後,牠們的表現就完全顯示牠們並不認為牠會再起死回生。死了就是死了。幼猿開開心心地拖著沒有性命的蛇屍當成玩具,掛在脖子上,甚至撬開牠的嘴巴檢視牠巨大的毒牙。

加彭膨蝰,是一種毒性極強的噝蝰屬毒蛇,分布在非洲撒哈拉沙漠以南的熱帶雨林地區,它是世界上毒性最強的蛇類動物之一,擁有世界上最長的毒牙。圖/Wikipedia

那幕情景令我想起以前目睹過的一場黑猩猩狩獵行動。我們在坦尚尼亞的馬哈勒山脈(Mahale Mountains)跟隨一群黑猩猩,突然聽到樹上高處傳來一陣騷動。黑猩猩抓到獵物的時候會發出一種特殊的尖叫聲,單是這麼一種特殊聲響的存在,就顯示了牠們想要分一杯羹的意願。若不是這樣,保持安靜顯然才是聰明的做法。那陣尖叫聲吸引了其他許多黑猩猩聚集過來。有幾頭公黑猩猩抓到了一隻紅疣猴,這是黑猩猩難以自行捕捉的一種獵物,通常要團體合作才抓得到。

我抬頭透過枝葉的縫隙觀察,看見那幾頭黑猩猩在那隻猴子還活著的情況下就開始吃起牠的肉。由於黑猩猩不是「專業」掠食者,所以沒有演化出貓科動物那種有效的獵殺技巧,而牠們對待獵物的方式也反映了牠們的同理心有時而窮,就和人類一樣。許多黑猩猩都聚集過來形成一種進食集合,包括生殖器腫脹的母黑猩猩,她們通常享有進食的優先權。那整個場景非常吵雜混亂,但所有成員終究都分到了一塊猴肉。第二天,我注意到一頭母黑猩猩經過,背上騎著一頭幼黑猩猩。牠的女兒開開心心地高高揮舞著一根毛茸茸的東西,我才發現那個東西屬於那隻可憐的猴子所有:一頭靈長類動物的尾巴成了另一頭靈長類動物的玩具。

黑猩猩對「死亡」的體悟

某天早上,蓋扎.泰萊基(Geza Teleki)跟隨一群黑猩猩行動,聽到遠處傳來刺耳的尖叫聲。六頭公黑猩猩狂野地來回猛衝,一面發出「喇啊」的叫聲,迴盪在山谷之中。在一條小沖溝裡,只見瑞克斯(一頭公黑猩猩)的身軀一動也不動地癱倒在亂石之間。泰萊基雖然沒有看到他跌落的過程,但覺得自己目睹的乃是這頭公黑猩猩從樹上跌落而摔斷脖子所引發的最初反應。

幾頭黑猩猩停下來看了看瑞克斯的屍體,然後猛力向外衝,並且朝四面八方丟擲大石塊。在那樣的喧鬧狀況下,黑猩猩紛紛互相擁抱、交合、撫摸以及輕拍,臉上則是咧開嘴露出緊張的表情。接著,牠們又花了不少時間盯著屍體看。一頭公黑猩猩在一根樹枝上俯身看著屍體,發出嗚咽的聲音。其他黑猩猩則是觸摸或者嗅聞瑞克斯的屍身。一頭青年母黑猩猩更是一動也不動地靜靜盯著他的屍體看了整整一個小時以上。經過三個小時的擾攘之後,其中一頭年紀較大的公黑猩猩終於離開那片林中空地,朝下游走去。其他黑猩猩一一跟上,慢慢離開,同時不斷回頭望向那具屍體。

猿類面對死亡的反應已有愈來愈多的報導敘述。二○○九年,桃樂絲死後的一張照片在網路上爆紅,因為她的遺體引來保護區內黑猩猩群的圍觀,猩群們相當專注(但靜默得令人發毛)。這在蘇格蘭的布萊爾德拉蒙野生動物園(Blair Drummond Safari Park),一頭名叫潘希的年老母黑猩猩死亡了,其過程透過影片仔細分析,原來在她死前的十分鐘,其他黑猩猩為潘希理毛或者撫摸了十幾次,潘希的成年女兒也整夜陪在她身旁。潘希死後引起的反應從猩群成員觸碰她的嘴巴與四肢(也許是想要檢視她是否還在呼吸或者是否還能動)到某頭公黑猩猩猛擊她的遺體,這種行為也曾經在其他黑猩猩死亡之後被人觀察過。

這種表現看起來雖然像是麻木不仁,卻有可能是一種想要喚醒死者的行為。猿類面對死亡的反應通常綜合了兩件事,一是對死者的毫無回應感到挫折,二是繼續測試看看還有沒有辦法引起死者的回應。不過,圍聚在死者身旁的大多數個體都會默不作聲,彷彿意識到發生了什麼可怕的事情。研究人員觀察潘希臨終前的狀況之後,得出的結論指出:「黑猩猩對死亡的體認受到了低估。」

——本文摘自《我們與動物的距離:在動物身上發現無私的人性》,2021 年 12 月,馬可孛羅

 

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