- 文／邱彥哲｜雅文基金會聽語科學研究中心助理
馬路旁停著一台沒有熄火、引擎正在運轉的車，另一側站著一位警察，正在吹哨指揮交通。你覺得哪個聲音「聽起來」比較清楚呢？你會發現，高亢的哨音比較大聲，而且清楚；而低沉的引擎聲，似乎又小聲又模糊。雖然這只是舉例，卻也是我們的生活經歷。想知道背後的原因嗎？請繼續看下去，讓我們一起揭開聽覺感知的神秘面紗。
你真的知道「聲音」是什麼嗎？
在認識聽覺感知之前，我們要先從聲音本質講起。我們都知道，以物理的角度來說，聲音是一種振動能量。物體藉由重複性的移動產生振動，振動影響周圍介質（一般來說是空氣），介質粒子會因疏密變化而產生壓力，最後形成波的型態，將能量傳遞出去。聲波振動有兩種性質：一個是頻率（Frequency），也就是一秒內振動的次數，以赫茲（Hertz, Hz）作為單位；另一個是音強（Intensity），與聲波的振幅有關，也可以說是振動產生的氣壓大小，專業上會以「力」的單位「每平方公尺多少牛頓（Newton, N; N/m2）」來標示。
然而，直接使用牛頓標示音強，數值範圍會過大，也較不直觀，所以通常會將此數值轉換為我們常見的「分貝」（decibels, dB）來表示。在這裡，我們只要知道分貝數大小表示聲音物理上的強度就可以了。讀到這行，強烈的睡意是否已經襲來？先等等！聲音還有你不為人知的一面。
分貝比較大，聽起來卻比較小聲？
換個角度，從人類感知的面向來講，上述物理現象，其實可以對應到我們常說的「音高」跟「音量」：頻率對應音高，通常頻率越高，音高越高；音強對應音量，通常音強越大，音量越大。但是，上面說的只是「通常」的情況。實際上，事情不是我們想的那麼簡單。
我們可以把人類的感知能力當作一面濾鏡，當外界刺激進入感知範圍後，事物的邏輯就可能會產生新的樣貌。拿前面的「音量」來說，並不是在所有情況下，音強大的聲音，聽起來就真的比較大聲；因為聲音還同時有頻率的性質，所以在感知音量時，也會受到頻率的影響。
咦？也就是說，一個音強比較大的聲音，聽起來可能會比較小聲嗎？沒錯！同樣音強，但不同頻率的聲音，就聽覺感受來說，音量聽起來確實可能會不一樣。那麼，人類感知音量的全貌，究竟是什麼樣子呢？
音量感知的秘密──等響曲線
首次針對這類議題探討的，是物理學家 Fletcher 及 Munson (1993)。他們研究的背景是在 1933 年。當時，對於音量大小的描述，還停留在使用樂理強弱符號（如：p, piano, 表示「弱」; f, forte, 表示「強」）的相對概念。他們意識到，即使都用「強」來描述某個聲音，大家的感受卻不盡相同。於是他們進行實驗，運用數學方法，繪製出一張曲線圖，被後人稱為弗萊徹–蒙森曲線（Fletcher–Munson Curves），也就是「等響曲線（Equal-Loudness Curves）」的概念原型。
這張圖被後來的研究者不斷修正，直到 2003 年，國際標準化組織（International Organization for Standardization, 簡稱 ISO）發表最新版本「ISO 226：2003」。有了這張圖，音量感知的秘密就昭然若揭了──等響曲線堪稱人類音量感知的「鳥瞰圖」！
心理感受的「音量」 ≠ 物理實際的「音強」
看不懂這張圖嗎？沒關係，且讓我娓娓道來。在此之前，我們要先了解「響度」的概念。在心理聲學領域，研究者會使用響度來表示我們一般所說的音量，並以「方（Phon）」作為響度的單位。方是什麼呢？簡單來講，就是一個聲音以 1,000 赫茲純音為參考音的主觀音量大小（Howard & Angus, 2017）。舉例來說，40 方表示 1,000 赫茲的純音，以音強 40 分貝播放時，所聽起來的音量大小；若是 60 方的話，則是 1,000 赫茲純音，以音強 60 分貝播放時，所聽起來的音量大小。
有了響度的概念，我們回頭看圖，會發現在等響曲線圖中，40 方的曲線從 1,000 赫茲往低頻區間延伸時，分貝數會逐漸上升。這就是說，如果兩個聲音要聽起來一樣大聲（響度／音量），100 赫茲聲音的分貝數（音強）需要比 1,000 赫茲來得大才有辦法。換個角度解釋，物理上同樣是 60 分貝（音強）的聲音，在 100 赫茲上，我們聽起來差不多僅是 40 方響度（音量）的聲音大小，但在 1,000 赫茲時，聽起來卻會更大聲。
聽起來是不是有點複雜呢？其實，你只要記住以下兩點即可：
- 等響曲線圖中，同一曲線所經之處，聲音響度／音量（聽起來）都是相等的。
- 人類音量感知對 1,000 赫茲附近的頻率特別敏感（聽起來特別大聲）。
現在，你知道為什麼低頻引擎聲會聽起來那麼模糊了吧？這時候你可能會說：「喔，我知道了。但這跟我有什麼關係呢？」有的，這和你荷包的關係可大了！
等響曲線的日常應用──聲音照相
你知道政府已經在 2021 年開始進行「聲音照相」（張雄風，2020）執法了嗎？所謂「聲音照相」，是指行經規定路段的車輛，如果超過指定分貝，就會被裝有噪音計的「聲音照相機」紀錄下來，進行開罰。你可能想問：「蛤？用噪音計量一量就要罰我，有沒有道理啊？」有呢！噪音計可是為我們量身訂做的喔！
所謂「聲音照相」，是指行經規定路段的車輛，如果超過指定分貝，就會被裝有噪音計的「聲音照相機」紀錄下來，進行開罰。
圖／臺北市環保局根據《噪音管制法》訂定之《噪音管制標準》第二條之二（2013），「音量：以分貝（dB（A））為單位，括號中 A 指在噪音計上 A 權位置之測量值。」也就是說，噪音計在量測到噪音時，要以「分貝（A）」為單位。我相信你聽過分貝，但沒想到分貝還有分 A、B、C？
其實，所謂的分貝（A）指的是「針對原始分貝值進行 A 加權」後的結果，而「A 加權」其實就是模擬等響曲線中的 40 方曲線。進行 A 加權的過程，是將噪音低頻區間的分貝數減少，再少量增加中高頻區間的分貝數（王栢村，2018）。因為噪音計最後呈現的數值，是所有頻率區間的平均結果，若是不經過 A 加權，低頻區間的數值會使整體分貝數過度膨脹，這樣「測起來」就會跟「聽起來」不一樣了。可見噪音不是隨意測量，要罰人民的錢也不是那麼容易的呢！
閱讀至此，我們了解到，人類對於不同頻率的聲音，有著不同的音量敏感度，而且聲音也能從心理感知的角度來觀察。再者，等響曲線除了揭露音量感知的神秘面紗，還實際在社會秩序中發揮作用，可見等響曲線是多麼重要的發現啊！
參考文獻
- 王栢村（2018）。《振動噪音科普專欄》聲音壓力位準 dB 和 dB（A）有甚麼不同？。振動噪音產學技術聯盟。
- 張雄風（2020）。聲音照相 110 年元旦上路 違規最高罰 3600 元。中央通訊社。
- 噪音管制標準（2013）。
- Fletcher, H., & Munson, W. A. (1933). Loudness, its definition, measurement and calculation. Bell System Technical Journal, 12 (4) , 377-430.
- Howard, D. M., & Angus, J. A. (2017). Acoustics and psychoacoustics. Routledge.
