0

1
0

文字

分享

0
1
0

老虎、老鼠還是傻傻分不清楚?聲調又讓你聽錯歌詞了嗎?──音樂關鍵字|EP5:我很愛扮演

音樂關鍵字Unlocking Music_96
・2022/07/01 ・518字 ・閱讀時間約 1 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

我們日常中無處不在的音樂,除了療癒身心,更可以透過聲音的特性,找出藏在背後的科學小知識!
由客家電視製作的《音樂關鍵字》系列動畫因此誕生,是臺灣首部原創音樂科普動畫劇集。以校園生活為背景,透過生動幽默、溫馨感人的故事劇情,運用 3D 動畫串起聲音與音樂的物理學、心理學、生理學,並量身訂做原創客語歌曲。
讓音樂成為你生活中,最浪漫的科學!

音樂關鍵字:聲調語言、音高

經過放著流行樂的店家,片段聽了某句歌詞,卻發現上下文的意思好像怪怪的,比如說,是「扮演」還是「粄圓」呢?不過就是差個音調,怎麼聽起來就差很多啊?

這和語言的特性有關係。漢語是聲調語言,光是華語就有 4 個音調,而客家話、河洛話則有 6 到 8 個聲調,一個聲調的差別,意思就會差很多了。而聲調也關聯著說話時的高音變化。

音樂創作中很注重「音樂旋律音程」和「歌詞字音」的協調性,當兩者出現嚴重抵觸,就會產生「倒字」,當歌手和著曲調唱出,不管他發音再標準,我們都會容易聽錯歌詞

文章難易度
音樂關鍵字Unlocking Music_96
8 篇文章 ・ 5 位粉絲
生活裡無處不在的聲音,其實是最浪漫的科學—換個方式「尞/聊」音樂。 提到音樂,多數人總以為那是右腦的事,是抽象的知覺、感性的領悟,但其實音樂也有它很左腦、很理性、很科學的一面,生活裡無處不在的聲音,其實是最浪漫的科學。 https://www.instagram.com/unlockingmusic2022/ https://hakkatvmar100.wixsite.com/unlockingmusic

0

4
0

文字

分享

0
4
0
快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
193 篇文章 ・ 297 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

4

3
3

文字

分享

4
3
3
運動聽音樂,讓你越動越活躍!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/08/15 ・2255字 ・閱讀時間約 4 分鐘

你有過邊聽音樂邊跑步的經驗嗎?讓我們先來看一段動畫,再開始今天的主題!動畫裡的主角阿辰有個熱愛跑步的阿公,他想要挑戰路跑,於是向阿辰下戰帖,想看誰可以先跑完四圈操場。沒想到,原本落後的阿辰,戴上耳機後,竟然逆轉局勢,贏得了比賽。這究竟是什麼魔法?為什麼音樂能讓阿辰瞬間變成飛毛腿呢?

「音樂關鍵字(Unlocking Music)」EP2:奔跑吧!阿公(Go, Grandpa, Go!)。影/YouTube

日常生活中的音樂與運動

2014 年,美國音樂潮牌 Sol Republic 調查 1,000 位民眾使用耳機的習慣,有 62% 的民眾表示「一整天沒有聽音樂,比一整天沒有社交活動」更糟,另外也有 40% 的民眾表示,如果沒有搭配音樂,他們想要運動、鍛鍊身體的欲望就會大幅降低。

在臺灣,如果你曾經踏進健身房或運動中心,想必聽過從喇叭傳出來的快節奏音樂,或是看過不少人戴著耳機跑步、舉重、騎飛輪。如果你在學校或熱鬧的商圈看過街舞表演,通常也都是選用節奏明快的流行歌。可是,為什麼音樂和運動有關呢?一邊運動,一邊聽音樂,真的對我們有幫助嗎?如果有,背後的科學原理又是什麼?

聲音如何穿越耳朵、抵達大腦?

想知道為什麼音樂和運動有關,就得先瞭解聲音如何穿越耳朵、抵達大腦。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

從生理構造來看,我們的耳朵可分為三部分:外耳、中耳和內耳。外耳負責將接收到的聲波傳入中耳。中耳有「耳膜」和「聽小骨」,能夠增強聲波,將聲波轉換成內耳能夠解讀的訊號。內耳有「耳蝸」和「前庭系統」,分別掌管聽覺和平衡感。這兩個結構會在末端合體,成為「前庭耳蝸神經」,也就是 12 對腦神經中的第 8 對,可以將聲音訊號直接送進大腦。

聽小骨(綠色)、耳蝸(粉紅色)與前庭耳蝸神經(藍色)。圖/iStock

擅長平衡、喜歡打節拍的前庭系統

說到平衡感,那就和運動有關了!前庭系統的功能就是穩定身體,讓我們走路時不易跌倒、運動時能保持平衡,眼睛追蹤移動物體時,也不至於暈頭轉向。這些都要歸功於前庭系統裡頭的「半規管」和「耳石」,前者感知旋轉,後者感知重力與加速度。

如果我們一邊跑步一邊聽音樂,讓節奏規律的低頻重拍經由前庭系統刺激大腦,就能讓大腦誤以為是雙腳落地的低頻聲響。如此一來,大腦就會透過前庭系統發送訊號給肌肉,幫助腳步保持規律。換句話說,如果音樂節奏與步伐速度相近,跑起來就能更輕鬆;反之,如果換成節奏較慢的音樂,前庭系統就會讓我們不自覺放慢腳步,導致運動效果不佳。

研究顯示,聽音樂運動「效果十分顯著」

早在 1911 年,美國統計學家艾爾斯(Leonard Ayres)就發現,如果賽道旁有樂隊演奏,自行車選手踩踏板的速度也會隨之加快。[1] 2012 年,英國雪菲爾哈倫大學(Sheffield Hallam University)的研究進一步證明,相較於踩踏速度沒有和音樂節拍同步的選手來說,同步選手的耗氧量減少 7%,意思就是比較不容易疲累或缺氧。由此可見,音樂就像身體的節拍器,可以穩住運動節奏,減少體力耗損。[2]

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

2017 年,印度幾所大學的醫學院教授共同研究音樂對青少年運動表現的影響。這些教授找來 50 位年齡介於 19 到 25 歲的學生,讓他們連續 10 個早晨在跑步機上運動,速度不限,累了就可以停下來。研究數據顯示,在沒有播放任何音樂時,男性的平均運動時間約為 26 分鐘,女性則是 18 分鐘;相較之下,當他們聆聽各自喜歡的音樂時,男性的平均運動時間可以達到 42 分鐘,女性則是 31 分鐘,前後有非常明顯的落差。[3]

音樂能夠顯著延長青少年的慢跑時間。圖/IJPPP

2020 年,美國桑福德大學(Samford University)的研究也顯示,只要在暖身時,聆聽喜歡的音樂,就可以提高臥推槓鈴的表現。雖然臥推速度幾乎沒有差異,如圖(a),可是臥推次數明顯增加。根據圖(b)的數據,如果聆聽不喜歡的音樂(NON-PREF),平均只能推 11.1 下,經過兩分鐘休息後,只能再推 8.0 下;但如果聆聽喜歡的音樂(PREF),平均可以推 13.5 下,經過兩分鐘休息後,也可以再推 9.4 下,可見聽音樂運動的效果確實非常顯著。[4] 

研究顯示,只要在暖身時,聆聽喜歡的音樂,就可以提高臥推槓鈴的表現。圖/JFMK

註解

參考資料

  1. Sound Over Pounds: Survey Finds Two Out Of Three People Cut Their Workout Short Or Ditch It Completely Without Headphones
  2. 認識耳朵 – 歡迎光臨林口長庚耳鼻喉部
  3. Let’s Get Physical: The Psychology of Effective Workout Music
所有討論 4
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
193 篇文章 ・ 297 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

2

2
3

文字

分享

2
2
3
同樣都是「中央 DO」,為什麼我們能聽出是哪種樂器的聲音?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/08/15 ・1966字 ・閱讀時間約 4 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

平時,在學校和補習班時,如果朋友從背後呼喊你的名字,你通常不需要回頭,就可以知道是誰的聲音;而在聆聽音樂時,即使各種樂器的聲音混雜在一起,還是可以聽出如鋼琴、吉他、爵士鼓等不同樂器的音色。可是,為什麼我們能分辨出不同的人聲和樂器呢?想知道答案,就得先認識基音和泛音!

首先,讓我們看一段動畫。在這段動畫裡,主角阿棋出生在醫生世家,卻想成為一位厲害的電吉他手。他不斷練習、上台表演,也邀請家人一同前來欣賞搖滾樂演出。可是,阿棋的二哥聽完表演後,卻只覺得電吉他很吵。

「音樂關鍵字(Unlocking Music)」EP8:Rock Me 搖滾夢想。影/YouTube

基音與泛音

不管是鋼琴、吉他、爵士鼓,還是人聲,只要振動頻率相同,就能發出相同的音高,比如中央 DO 的頻率是 261.6Hz,也就是說,只要聲音每秒來回振動 261.6 次,就能準確發出中央 DO 的音高。但仔細想想,如果音高都一樣,所有聲音聽起來不就都一樣嗎?

沒錯!所以當我們聽見一個音,其實是聽見了很多不同頻率疊加而成的聲音,只是我們的大腦習慣將這些聲音理解成一個音。換句話說,當我們聽見樂器發出 DO 的音高,其實是同時聽見了代表音高的 「基音」261.6Hz,還有代表音色的「泛音」,也就是頻率 261.6Hz 以外的聲音。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

想進一步瞭解基音和泛音,就得從一根弦的振動開始說起。

一根弦的振動

首先,讓我們來看看一根弦有幾種振動模式。當我們撥動琴弦彈奏一顆音,在最簡單的情況下產生的振動會呈現如圖一 1×f 的波形。假設這顆音是中央 DO,那麼這個波形就會每秒來回振動 261.6 次。

然而,一條弦並不會只有一種振動模式,有可能是圖中 2×f 的波形。在這種情況下,頻率就會變成兩倍,也就是每秒來回振動 2×261.6 次,變成高八度的中央 DO。除此之外,振動方式也有可能是圖中 3×f 或 4×f 的波形,變成高一個完全八度再加一個完全五度,或兩個八度的中央 DO。

按照相同的邏輯,一根弦可以有 n 種振動模式,產生 n×f 的波形和 n 種八度音高。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
一根弦的振動模式。圖/Wikipedia

現在,我們知道了振動模式、波形和音高之間的關係,可是實際上,弦的振動模式非常複雜,是所有振動模式混合而成。因此,在彈奏中央 DO 時,琴弦除了產生 261.6Hz 的頻率,同時也會產生 2×261.6Hz、3×261.6Hz、4×261.6Hz,以及所有整數倍頻率的聲音,而最低頻率的聲音(261.6Hz)就是「基音」,也就是大腦所認知的音高,其餘頻率則統稱為「泛音」,主要影響聲音的音色。

以小提琴和鋼琴為例,即使彈奏同一顆音,波形仍然不同,就是因為不同樂器發出的泛音強弱不同,改變了我們聽見的音色。這就是我們能夠分辨不同樂器聲音的原因。

小提琴和鋼琴的波形不同,是因為泛音(音色)不同。圖/馬爺爺

聲譜圖

現在,試試用一聲讀出注音「ㄚ、ㄝ、ㄧ、ㄛ、ㄨ、ㄩ」,你就會發現,即使音高一樣,卻還是能聽出差別,原因就在於它們的泛音(音色)不同。透過電腦軟體,我們可以將人聲轉換成「聲譜圖」,進一步解析泛音的區別,如圖三。

圖三的縱軸是頻率,橫軸是時間。水平線條是聲音能量的強度,顏色越深表示能量越強、聲音越大。每個音各有泛音較強以及較弱的頻率範圍,比如「ㄚ」在 500 至 700Hz 左右的泛音線顏色很深,表示聲音較強,但「ㄧ」和「ㄩ」就相對微弱,構成獨特的音色。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
「ㄚ、ㄝ、ㄧ、ㄛ、ㄨ、ㄩ」的聲譜圖。圖/科學發展

日常生活中的泛音

從上述說明,我們發現不只是樂器,就連人聲有不同的音色,也同樣是因為泛音不同。最後,讓我們回到文章開頭,看看阿棋的二哥為什麼覺得電吉他很吵。

影片提到,搖滾樂表演的電吉他音色,之所以聽起來很特別,正是因為電吉他手善用推弦技巧,增加泛音的「雜質」。假設基音頻率為 1,那麼除了整數倍頻率的泛音以外,推弦後可能會出現 1.9、2.1 等非整數倍頻率的雜質,讓搖滾樂聽起來雖吵,卻也更有靈魂、更有渲染力!

參考資料

  1. 音樂與泛音
  2. 一次搞懂「泛音列」!
  3. Harmonic series (music) – Wikipedia
  4. 馬爺爺 23:漫談聲音
所有討論 2
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
193 篇文章 ・ 297 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia