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想知道古埃及人怎麼說話?科學家讓三千歲的木乃伊發給你聽!──法科地史合作企劃

Peggy Sha
・2020/08/04 ・2356字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 476 ・五年級

科學家讓木乃伊發出聲音啦!

木乃伊真是神秘又令人著迷的存在,研究者三不五時把他們抓來玩(誤)好像也就不太奇怪 ,比如說採採他們的 DNA 啦、重建個臉啦、讓他發出個聲音啦(大驚)

沒錯,就是讓他發出聲音!今年初,來自倫敦大學皇家霍洛威學院 (Royal Holloway, University of London) 的研究團隊運用 3D 列印的方式,為一具 3,000 多歲的木乃伊 Nesyamun 重建了聲道,還讓他成功發出了聲音!

什麼?三千年前的屍體還能發聲!?

還請大家莫急莫慌莫害怕,木乃伊並不是本人爬起來發出聲音了,研究者用的方式稍微迂迴了一些,請容我為各位解釋解釋。

沒有!木乃伊本人沒有爬起來唱歌跳舞!圖/Giphy

想要重建木乃伊的聲音,首先,你需要非常精準的電腦斷層掃描技術(Computed Tomography,以下簡稱 CT),以掃瞄出完整的聲道結構。每個人的聲道都不盡相同,而這些不同,也造就了每個人獨特的嗓音。

經由 CT,科學家確認了這個木乃伊的聲道結構,雖然他的舌頭早已乾燥萎縮,軟顎也已經消失了,但喉嚨等部位都完整地保留了下來,因此提供了足夠的資訊進行接下來的模擬。

送木乃伊去拍照囉!圖/© Leeds Teaching Hospitals/Leeds Museums and Galleries

用 3D 列印開啟木乃伊的發聲練習!

掃描之後,科學家們利用 3D 列印的技術將木乃伊的聲道給印了出來,而後運用語音合成樂器「Vocal Tract Organ」去模擬出語音。這個樂器有兩種使用方法,第一種是將它當作和弦樂器使用,並利用數位介面音樂鍵盤彈奏;第二種方式呢,則是將它變成可以透過 Arduino 處理的嵌入式系統,而後以兩根操縱桿進行演奏。

那這個樂器跟 3D 列印出的聲道是如何結合的呢?第一步,先拿出喇叭,喇叭的一端連結 3D 聲道的喉嚨端,另一端則連結電腦。接著,研究團隊用「Vocal Tract Organ」模擬出聲音,並讓聲音透過喇叭進入 3D 聲道,進而讓木乃伊發出聲音。

3D 列印出的精美聲道!圖/David Howard/Royal Holloway, University of London

不過,雖然將整個聲道都給印出來了,研究者們目前卻只能讓他發出一個短促母音,這聲音介於英文的「bed」、「bad」兩個音之間。(作者表示:我覺得聽起來好像也介於「呃」跟「恩」之間)

可別小看這短短的一聲,總歸是給了我們一點點線索去推斷他原本的聲音,而這種重建的過程,可不是每一具木乃伊都可以做的呢!屍體的保存必須極度完整,軟組織都得盡量保存下來,才有辦法進行後續的掃描與模擬。

歷經各種科學實驗,身經百戰的古埃及祭司

說到這裡,就不得不談談這次實驗的主角──Nesyamun,他可真是走在科研最前端的木乃伊之一。他最早是在西元 1824 年被解開,並由外科醫生和化學家進行了相關研究。等到 X 光發明之後呢,他從 1931 年開始陸續經過數次 X 光檢測。1990 年更經歷了一次完整「健檢」,包含內視鏡檢查法、組織檢查、X 光檢測、早期 CT 檢測等等。

這種種的檢查,讓我們知道 Nesyamun 是在 50 多歲死亡的。他的棺木上刻著名字,不過在破譯的過程中輾轉有了各式各樣的名字(破解的時候總是要多方嘗試的,你知道),直到最後才確定了他真正的名字應該是 Nesyamun。

Nesyamun 刻在棺上的名字。圖/研究圖片

Nesyamun 生在法老拉美西斯十一世 (Ramses XI) 在位期間,當時的政治情勢十分動盪不安。他生前是一位祭司與抄寫員,某個程度上來說,稱得上是半個靠聲音吃飯的人,需要不斷地使用聲音來進行禱告和吟唱等日常祭祀活動。

他的死亡原因可能是嚴重的過敏反應,他的身上也有其他病痛的痕跡,包含牙周炎和嚴重磨損的牙齒,而他目前的安歇之處則是英國的里兹城市博物館 (Leeds City Museum)。

古埃及的祭司在日常的祭祀中需要頻繁地使用聲音。圖/needpix

用看的還不夠,期待聖地巡遊能有視聽雙重享受

認識了 Nesyamun 後,你可能會對實驗產生一些疑慮:這木乃伊躺在那兒幾千年了,把人家挖出來還讓人家發出聲音是不是不太好啊?

對此,科學家們煞費苦心地解釋了一番,在整個研究的過程中,所使用的方法都是非侵入式的,所以並沒有損及木乃伊本身。而在古埃及人的信仰中,深信「說出死者之名能讓他們重新活過來」,Nesyamun 更是在陪葬物中表明了,他希望自己的聲音在死後也能被聽見,好獲得永生。可以說研究團隊採用了最新的技術,間接地為他完成了遺願。

另一方面,光讓木乃伊發出單音還不夠,研究團隊更希望可以完整重建出一段語音,像是古埃及禱文等內容,以便在卡納克神廟 (Karnak temple) 等觀光勝地播放,如此一來,遊客們參觀時不僅可以看見過去的文物,更能聆聽來自古老時代的聲音,想必能讓體驗更加完整。

你想要聽見木乃伊為你朗誦什麼內容呢?

 

本篇文章是《法科地史 Focus This》的合作企劃文章!

由【法律白話文運動】X 【PanSci 泛科學】X【地球圖輯隊】X【故事StoryStudio】共同協力!

如果想看我們家的文章在地球圖輯隊網站的樣子,點這裡

也快去看看地球圖輯隊超級精彩的七月關鍵字《埃及》!

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Peggy Sha
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曾經是泛科的 S 編,來自可愛的教育系,是一位正努力成為科青的女子,永遠都想要知道更多新的事情,好奇心怎樣都不嫌多。

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這個塵世太喧囂~噪音對我們造成什麼影響?——專訪中研院人文社會科學研究中心詹大千研究員
研之有物│中央研究院_96
・2023/09/17 ・5137字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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?

臺北市 2D 噪音地圖
圖|中研院地理資訊科學研究專題中心

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!

中研院人文社會科學研究中心詹大千研究員,與學術及非營利組織展開一趟監測都市噪音的奇妙旅程!
圖|研之有物

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。

圖|研之有物(資料來源|詹大千)
聲音盒子是在「空氣盒子」(AirBox)的基礎上,增加感測聲音分貝數的儀器。每分鐘會提供一組感測值,含至少 30 次取樣的聲音最大值、最小值、中位數和均能音量,大幅提升傳統環境感測的時間解析度,提供尺度更細微的環境變化資訊。
圖|研之有物

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。

圖|研之有物(資料來源|詹大千)
中午 12 點的大安森林公園周遭,從 3D 噪音地圖可以看到每一樓層的噪音值,因低樓層靠近馬路,接收到的噪音比高樓層多。
圖|研之有物(資料來源|中研院地理資訊科學研究專題中心

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。

2D 噪音地圖不同時段噪音值與平均車速變化
圖|研之有物(資料來源|中研院地理資訊科學研究專題中心

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

詹大千與臺灣聲景協會合作,在 2023 年 5 月至 7 月推出「尋找 55 分貝靜土」活動,邀請民眾用手機測量戶外分貝數,尋找臺北市戶外聲音平均 55 分貝的地方。
圖|臺灣聲景協會

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。

大於 55 分貝(紅點)與小於 55 分貝(藍點)的音量大約各佔一半,最常被捕獲的靜土位於公園、巷弄、住宅區等地。
圖|尋找 55 分貝靜土官網

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。

尋找 55 分貝靜土活動,透過問卷蒐集民眾隨手記錄的照片、聲音、心得等質性資料,最終在地圖上呈現,帶領眾人感受散布在都市各個角落的靜土。
圖|尋找 55 分貝靜土官網

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!

研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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加點「聲音調味料」,享受聽覺與味覺的極致饗宴吧!
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2023/08/18 ・2504字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 文/李翊瑞|雅文基金會聽語科學研究中心 助理研究員

一踏進法式餐廳的大門,輕柔悠揚的古典樂不絕於耳,一整天工作上的辛勞瞬間消失無蹤,連餐前的開胃紅酒彷彿都變得格外順口美味。你知道嗎?用餐時的背景音樂除了能塑造不同的環境氛圍,改變我們的情緒感受,甚至能直接影響當下的味覺體驗。

聲音的美食狂想曲,ASMR 的奇妙魅力

從有聲書、Podcast 到 Clubhouse 的崛起,「聲音經濟」讓越來越多企業和社群關注聲音所帶來的龐大商機,而 ASMR(Autonomous Sensory Meridian Response,自發性知覺神經反應)更作為新興的行銷手法之一。ASMR 是指當人們聽到特定的聲音,在頭皮或肩頸所產生的輕微酥麻感(tingles)而產生的愉悅且放鬆的現象,比方說聽到咀嚼洋芋片的卡滋卡滋聲,或是牛排在鐵板上發出的嘶嘶作響聲[1]。各大食品產業也將 ASMR 巧妙地運用在自家的廣告中[2],像是在可樂廣告中特別凸顯撬開瓶蓋、倒飲料以及可樂氣泡的音效,讓觀眾由聲音直接串連到新鮮、冰涼的汽水與暢快的口感,進而增加購買慾。相同的例子還有連鎖速食店透過加強廣告中啃食炸雞外皮時發出的酥脆聲響,以及牙齒咀嚼雞肉所發出的節奏聲,讓觀眾不禁口水直流。當全世界都沉浸在 ASMR 的魅力中時,「聲音調味料」的威力可能比你想得還厲害!

「啵啵啵」的可樂氣泡聲是種獨特且令人感到愉悅的聲音。圖/Pexels

聽覺竟然能左右舌尖上的滋味!

關於聲音本身如何影響我們的味覺感受,可以從一項名為太妃糖實驗的研究一探奧秘[3]。在這個研究中,會請受試者吃四顆相同口味太妃糖,同時聆聽不同頻率的音樂,並在吃完後填寫一份 1-9 分的味道自評表(1 分代表最苦;9 分則代表最甜)。研究結果發現,受試者若聽到高頻音樂會傾向回答越高的分數(代表認為太妃糖較甜);相反的,若聽低頻音樂時則回答較低的分數(代表認為味道較苦)。而太妃糖實驗的主持人—英國牛津大學心理學系 Charles Spence 教授也曾於 2018 年受邀來台,並在一場由《MUZIK》所舉辦的「跨感官實驗講座」中[4],讓觀眾親身體驗高低頻率的音樂時對於食物苦甜味覺的影響。有趣的是,Charles Spence 教授這次不是使用太妃糖,而是拿出都一模一樣的黑巧克力,但是搭配不同的音樂作為測試情境。而觀眾也從一開始的半信半疑,到最後品嘗巧克力後紛紛發出「不可思議,味道真的有差!」的驚呼。由以上太妃糖和黑巧克力的例子可得知:儘管品嘗的食物相同,我們卻會因為不同的背景音樂而產生截然不同的味覺體驗。

跨感官的奇幻之旅,揭開音波調味的神秘面紗

除了太妃糖和黑巧克力,後續研究也在啤酒、葡萄酒和咖啡等不同食物上發現了同樣的現象。這種食物本身的味道不變,利用聽覺刺激影響味覺感知的現象又稱為音波調味(sonic seasoning[5] [6]。讓人好奇的是—為什麼高頻音會增強我們甜味感受;而低頻音會增強苦味的感受呢?這個現象其實和情緒經驗的連結有關[7]。普遍來說,高頻聲音通常和正面、愉悅和積極的情緒有較密切的關係,處於正面情感會令我們品嘗食物時感覺味道更甜;相反地,低頻音則和負面、沉重與消極的情緒有較高的關聯,因而帶給我們苦澀的味覺感受。日常生活中最明顯的一個例子,就是飛行旅途中享用飛機餐時。由於飛機引擎會持續發出高達 85 分貝的低頻噪音,在音波調味下讓我們對於食物的甜味感受降低,苦味感受升高,因而往往有了「飛機餐怎麼這麼難吃!」的味覺體驗[8]

音波調味讓聲音宛如各式各樣的調味料。圖/Pexels

從耳朵開始擄獲味蕾,你可以這麼做

俗話說要擄獲一個人的心,就得先滿足他的胃。該如何滿足對方的胃呢?或許我們可以先從「耳朵」下手!首先,讓對方看一些與食材相關的 ASMR 影片,透過影片的音效聲引起食慾。當餐點端上桌後,再播放精心挑選的音樂來佐餐,這樣的組合將帶來雙重的感官體驗,讓對方完全沉浸在美食的世界中。英國著名的多感官用餐體驗餐廳 The Fat Duck 便將這個道理發揮地淋漓盡致[9]。經典名菜「Sound of the Sea」便是在顧客品嘗海鮮時,背景播放著逼真的海浪聲,在顧客在聲歷其境的氛圍中感覺口中的食物更加鮮美!

透過聲音讓食物變得更加美味可口。圖/Unsplash

品嘗美食是一場全方位的多感官體驗,除了用眼睛看、鼻子聞以外,聽覺其實也默默地影響著我們的味覺感受。下次享用美食時,別忘了搭配合適的聲音調味料,讓食物變得更加美味吧!

參考資料

  1. Evans, O. G. (2023, April 24). What is ASMR? (Autonomous Sensory Meridian Response). Simply Psychology. https://www.simplypsychology.org/what-is-asmr.html 
  2. Maynard, M. (2022, September 27). ASMR: How Brands are selling the sound of food. The Grocer. https://www.thegrocer.co.uk/marketing/asmr-how-brands-are-selling-the-sound-of-food/595431.article
  3. Crisinel, A.-S., Cosser, S., King, S., Jones, R., Petrie, J., & Spence, C. (2012). A bittersweet symphony: Systematically modulating the taste of food by changing the sonic properties of the soundtrack playing in the background. Food Quality and Preference, 24(1), 201–204. https://doi.org/10.1016/j.foodqual.2011.08.009 
  4. 洪雪舫。(民107年4月24日)。【感官獵人—跨感官系列活動】不只是鹽巴和辣椒、「聲音調味料」正當道。Muzik Air. https://read.muzikair.com/tw/articles/8c189d98-2f70-49eb-bcf8-2225bc95a79f 
  5. Spence, C. (2021). Sonic seasoning and other multisensory influences on the coffee drinking experience. Frontiers in Computer Science, 3. https://doi.org/10.3389/fcomp.2021.644054 
  6. Reinoso Carvalho, F., Wang, Q., Van Ee, R., & Spence, C. (2016). The influence of soundscapes on the perception and evaluation of beers. Food Quality and Preference, 52, 32–41. https://doi.org/10.1016/j.foodqual.2016.03.009 
  7. Wang, Q. J., Wang, S., & Spence, C. (2016). “Turn Up the Taste”: Assessing the role of taste intensity and emotion in mediating crossmodal correspondences between basic tastes and pitch. Chemical Senses, 41(4), 345–356. https://doi.org/10.1093/chemse/bjw007 
  8. Moskvitch, K. (2015, January 12). Why does food taste different on planes? BBC Future. https://www.bbc.com/future/article/20150112-why-in-flight-food-tastes-weird 
  9. Ted Thornhill, M. T. E. (2023, June 10). Inside Britain’s best restaurant: Rare footage reveals what it’s like to eat at the fat duck. Daily Mail Online. https://www.dailymail.co.uk/travel/article-12177511/Inside-Britains-best-restaurant-Rare-footage-reveals-like-eat-Fat-Duck.html 
雅文兒童聽語文教基金會_96
50 篇文章 ・ 208 位粉絲
雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。

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植物口渴就喊:「啵、啵、啵~」
胡中行_96
・2023/04/06 ・2954字 ・閱讀時間約 6 分鐘

久旱不雨,植物悲鳴,[1, 2]類似教育部《臺灣閩南語常用詞辭典》所謂「因飢餓而吵鬧」的「哭枵」(khàu-iau)。[3]別問為何沒聽過,也不怪天地寡情,人類無義,從來漠不關心。植物叫那種超音波,傳至咱們耳裡就只剩寧靜。幸好靠著以色列科學家幫忙,轉換到常人的聽覺範圍,並分享於 2023 年 3 月底的《細胞》(Cell)期刊,才廣為周知。[1]

轉換到人類聽力範圍的番茄「叫聲」。音/參考資料 1,Audio S1(CC BY 4.0)

傾聽植物的聲音

面臨乾旱或草食動物的威脅,植物會做出多種反應,例如:改變外貌,或是以揮發性有機化合物影響鄰居等。[1]過去的文獻指出,缺水引發空蝕現象(cavitation),使植物負責輸送水份的木質部,因氣泡形成、擴張和破裂而震動。[1, 4]現在科學家想知道,這是否也會產生在特定距離內,能被其他物種聽見的聲音。[1]

受試的對象是番茄菸草,分別拆成乾旱、修剪和對照 3 組。對照組又有常態生長的一般對照、有土卻無植物的盆器,以及每株植物實驗前的自體對照 3 種。實驗大致有幾個階段:首先,在隔音箱裡,距離每個受試對象 10 公分處,各立 2 支麥克風收音。將聲音的紀錄分類後,拿去進行機器學習。接著移駕溫室,讓訓練好的模型,分辨雜音和不同情況下植物的聲音。再來,觀察乾旱程度與植物發聲的關係。最後,也測試其他的植物和狀態。[1]

麥克風對著乾旱、修剪和對照組的植物收音。圖/參考資料 1,Graphical Abstract局部(CC BY 4.0)

植物錄音與機器學習

隔音箱裡常態生長的植物,每小時平均發聲少於一次;而沒植物的盆器當然完全無聲。相對地,遭受乾旱或修剪壓力的實驗組植物,反應則十分劇烈:[1]

 平均值(單位)番茄菸草
乾旱發聲頻率(次/小時)35.4 ± 6.111.0 ± 1.4
 音量(聲壓分貝;dBSPL)61.6 ± 0.165.6 ± 0.4
 聲波頻率(千赫茲;kHz)49.6 ± 0.454.8 ± 1.1
修剪發聲頻率(次/小時)25.2 ± 3.215.2 ± 2.6
 音量(聲壓分貝;dBSPL)65.6 ± 0.263.3 ± 0.2
 聲波頻率(千赫茲;kHz)57.3 ± 0.757.8 ± 0.7

隔音箱中實驗組的錄音,被依照植物品種以及所受的待遇,歸納為 4 個組別,各組別再彼此配對比較,例如:乾旱的番茄對修剪的番茄等。以此資料訓練出來的機器學習模型,判別配對中各組別的準確率為 70%。第二階段在溫室中進行,自然較隔音箱嘈雜。科學家拿空蕩溫室的環境錄音,來教模型分辨並過濾雜訊。訓練後,令其區別乾旱與對照組番茄的聲音,結果 84% 正確。[1]既然能聽得出基本的差別,下一步就是了解水量對番茄發聲的影響。

體積含水量

為了操縱體積含水量(volumetric water content,縮寫VWC),即水份與泥土體積的比值或百分比,[1, 5]科學家狠下心,連續幾天都不給溫室裡的番茄植栽喝水。一邊觀察 VWC 的變化;一邊錄下它們的聲音。起先水份充足,番茄不太吵鬧;4、5 天下來,發聲的次數逐漸增加至高峰;然後應該是快渴死了,有氣無力,所以次數又開始減少。此外,番茄通常都在早上 8 點(圖表較像 7 點)到中午 12 點,以及下午 4 點至晚上 7 點,這兩個時段出聲。[1]科學家覺得這般作息,可能與規律的氣孔導度(stomatal conductance),也就是跟光合作用的換氣以及蒸散作用的水份蒸發,兩個透過氣孔進行的動作有關。[1, 6]

大部份的聲音都是在 VWC < 0.05 時出現;當 VWC > 0.1,水份還足夠,就幾乎無聲。科學家將比較的條件進一步分成 VWC < 0.01 與 VWC > 0.05、VWC < 0.05 跟 VWC > 0.05,以及 VWC < 0.01、VWC > 0.05 和淨空溫室的聲音。機器學習模型分辨起來,都有七、八成的準確率。[1]

縱軸為每日發聲次數;橫軸為缺乏灌溉的天數。圖/參考資料 1,Figure 3A(CC BY 4.0)
乾旱狀態下,番茄發聲的時段。縱軸為每小時發聲次數;橫軸為 24 小時制的時間。圖/參考資料 1,Figure 3B(CC BY 4.0)

植物發聲的原理

實驗觀察所得,都將植物發聲的機制,指向木質部導管中氣體的運動,也就是科學家先前預期的空蝕現象[1]下面為支持這項推論的理由:

  1. 木質部導管的口徑,與植物被錄到的聲波頻率相關:寬的低;而窄的高。[1]
  2. 乾旱與修剪所造成的聲音不同:在木質部導管中,前者氣泡形成緩慢,發聲時數較長;而後者則相當迅速,時數較短。[1]
  3. 聲音是由植物的莖,向四面八方傳播。[1]
  4. 空蝕現象造成的震動,跟記錄到的超音波,部份頻率重疊;而沒有重疊的,其實已經超出其他物種的聽力以及麥克風收音的範圍。[1]
葡萄、菸草和番茄木質部導管的水平橫截面。圖/參考資料 1,Figure S4B(CC BY 4.0)
葡萄(綠色)、菸草(灰色)和番茄(橙色)的差異:縱軸為聲波頻率;橫軸是木質部導管的平均口徑。圖/參考資料 1,Figure S4A(CC BY 4.0)

問誰未發聲

觀察完番茄和菸草之後,科學家不禁好奇,別的植物是否也會為自己的處境發聲?還是它們都默默受苦,無聲地承擔?研究團隊拿小麥玉米卡本內蘇維濃葡萄(Cabernet Sauvignon grapevine)、奇隆丸仙人掌(Mammillaria spinosissima)與寶蓋草(henbit)來測試,發現它們果然有聲音。不過,像杏仁樹之類的木本植物,還有木質化的葡萄藤就沒有了。另外,科學家又監聽感染菸草嵌紋病毒(tobacco mosaic virus)的番茄,並錄到它們的病中呻吟。[1]

你敢有聽著咱的歌

之前有研究指出,海邊月見草(Oenothera drummondii)暴露於蜜蜂的聲音時,會產出較甜的花蜜。[2]若將角色對調過來:植物在乾旱、修剪或感染等壓力下釋出的超音波,頻率約在 20 至 100 kHz 之間,理論上 3 到 5 公尺內的某些哺乳動物或昆蟲,例如:蝙蝠、老鼠和飛蛾,應該聽得到。[1, 2]以色列科學家認為幼蟲會寄住在番茄或菸草上的飛蛾,或許能辨識植物的聲波,並做出某些反應。同理,人類可以用機器學習模型,分辨農作物的聲音,再給予相應的照顧。如此不僅節省水源,精準培育,還能預防氣候變遷所導致的糧食危機。[1]

  

備註

本文最後兩個子標題,借用音樂劇《Les Misérables》歌曲〈Do You Hear the People Sing?〉的粵語和臺語版曲名。[7]

參考資料

  1. Khait I, Lewin-Epstein O, Sharon R. (2023) ‘Sounds emitted by plants under stress are airborne and informative’. Cell, 106(7): 1328-1336.
  2. Marris E. (30 MAR 2023) ‘Stressed plants ‘cry’ — and some animals can probably hear them’. Nature.
  3. 教育部「哭枵」臺灣閩南語常用詞辭典(Accessed on 01 APR 2023)
  4. McElrone A J, Choat B, Gambetta GA, et al. (2013) ‘Water Uptake and Transport in Vascular Plants’. Nature Education Knowledge, 4(5):6.
  5. Datta S, Taghvaeian S, Stivers J. (AUG 2018) ‘Understanding Soil Water Content and Thresholds for Irrigation Management’. OSU Extension of Oklahoma State University.
  6. Murray M, Soh WK, Yiotis C, et al. (2020) ‘Consistent Relationship between Field-Measured Stomatal Conductance and Theoretical Maximum Stomatal Conductance in C3 Woody Angiosperms in Four Major Biomes’. International Journal of Plant Sciences, 181, 1.
  7. FireRock Music.(16 JUN 2019)「【問誰未發聲】歌詞 Mix全民超長版 粵+國+台+英 口琴+小童+學生+市民 Do you hear the people sing?」YouTube.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。