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音樂不只治癒心靈,也可以治療大腦──音樂關鍵字|EP6:你好!我叫江東平

音樂關鍵字Unlocking Music_96
・2022/07/08 ・542字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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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:音樂治療、自閉症

「你好我叫江東平。」

「你好我叫江東平。」

「你好我叫江東平。」

同一句話說三次,不是為了強調這句話特別重要,而是因為高中生東平有著和常人不一樣的大腦結構,他智力正常,只是由於大腦中聽覺區附近、額葉邊緣系統的結構或功能異常,導致他即使想要與人互動,卻擁有不夠多的詞彙,常常發生同樣的字句重複出現的狀況。

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不過,若透過音樂治療,便可以讓自閉患者的聽覺區附近、額葉、邊緣系統三者連結變強,進而改善社交能力、共享式注意力以及語言能力。透過循序漸進的音樂治療,江東平也能和朋友攜手共譜樂曲喔!

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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

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沒有樂器,也可以有音樂!人類與音樂的悠久故事——《傾聽地球的聲音》
商周出版_96
・2022/12/14 ・3239字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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人類的音樂比任何樂器都古老

早在我們雕刻象牙或骨頭之前許久,肯定已經使用聲音戲耍出旋律、和聲與節奏。現代人類所有族群都會唱歌、演奏樂器和舞蹈。

這種普遍性意味著我們的祖先早在發明樂器以前,已經是音樂的愛好者。如今所有已知的人類文化之中,音樂都出現在類似情境裡,比如愛情、搖籃曲、治療和舞蹈。這麼說來,人類的社會行為通常少不了音樂。

如今所有已知的人類文化之中,音樂都出現在類似情境裡,例如搖籃曲。圖/pixabay

化石證據同樣顯示,五十萬年前的人類已經擁有能發出現代口語和歌聲的舌骨。因此,在我們製造樂器之前幾十萬年,人類的喉嚨就已經能夠說或唱出語句或歌詞。

口語和音樂何者先出現,目前還無從確定。其他物種也具有感知語言和音樂所需的神經組織,顯示我們的語言和音樂能力只是原有能力的精緻化。

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左右腦的劃分

人類以左腦處理口說語言(其他哺乳類或許也是在同樣的部位處理同類的聲音),其他聲音則是傳送到負責處理音樂的右腦。或許左右腦共同處理,左腦利用聲音在不同時間呈現的細微差異理解語義和語法,右腦則用音頻的差異來捕捉旋律和音色等細節。

但這個劃分並非絕對,顯示語言和音樂之間沒有明確的分隔線。語言的抑揚頓挫和音韻會啟動右腦,歌曲的語義內容卻是點亮左腦,那麼,歌曲和詩文讓我們左右腦的運作相互交織。

所有的人類文化都有這種現象,都將文字融入歌曲裡,而口說語言的意義有一部分來自語言本身的音樂性。在嬰兒時期,我們根據母親聲音的速度和音頻辨識她。成年以後,我們用音頻、拍子、力度、音質和音調傳情表意。

在文化的層面,我們結合音樂和語言,將最珍貴的知識傳遞下去:澳洲的歌行(song line);中東與歐洲的禱文吟誦、聖歌和詩篇;桑族(San)入神舞的「呼喊敘事」;以及全世界不同族群各異其趣的詠唱方式。

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在文化的層面,我們結合音樂和語言,將最珍貴的知識傳遞下去。圖/pixabay

這麼說來,器樂(instrumental music)性質特殊,跟歌曲和口語有所區分。它是一種完全脫離語言的音樂。最早的製笛師也許研究出如何創造超越語言特性的音樂。在這方面,他們或許跟其他動物找到了共通性。

動物們也有音樂和語言

昆蟲、鳥類、蛙類和其他物種的聲音也許有自己的文法和句式,卻肯定不屬於人類語言的範疇。如果器樂確實讓我們感受到超越語言或先於語言的聲音,那麼這是一種矛盾的體驗。

人類對工具的使用為時不久又獨一無二,透過這樣的活動,我們超越語言,體驗到聲音的含義與細節。我們的動物親族或許仍然這樣體驗聲音,演化成為人類之前的祖先肯定也是。器樂或許帶領我們的感官回到工具和語言出現之前的體驗。

打擊樂的出現可能也早於口語或歌曲。由於鼓的材質多半是生活中常見的皮革或木頭,不耐久存、容易腐朽,考古學上的證據因此相當稀少。已知最早的鼓只有六千年歷史,出現在中國,但人類打鼓的歷史應該久遠得多。

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在非洲,野生黑猩猩、倭黑猩猩和大黑猩猩都使用鼓聲做為社交信號。這些猩猩表親使用雙手、雙腳和石頭敲擊身體、地面或樹木的板根。

這意味著我們的祖先可能會擊鼓,或許用來傳達身分或領域訊息,在此同時凝聚成團結合作、節奏一致的群體。相較於其他類人猿,人類鼓聲的節拍更有規律,也更精準。有趣的是,對許多黑猩猩族群而言,用石塊敲擊樹木可說是一種儀式。

黑猩猩會選擇特定樹木,在選定的每個地點疊出石堆。牠們不但把石頭存放起來,還會將它們拋或扔向樹木,發出砰或喀嗒聲。牠們敲擊樹木時,通常一面發出洪亮的「噓喘」,一面用手腳擊打樹幹。那麼,黑猩猩和人類都會將敲擊聲、嗓音、社會展演和儀式結合在一起。

黑猩猩和人類都會將敲擊聲、嗓音、社會展演和儀式結合在一起。圖/pixabay

這個現象告訴我們,人類音樂的這些元素,歷史比我們的物種更悠久。

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最古老的緣起仍成謎

人類音樂最古老的根源究竟從什麼時間點開始,目前還是個謎,器樂與其他藝術形態之間的關係卻比較清楚。世上已知最古老的樂器,就埋葬在已知最古老的具象雕像旁,二者都來自洞穴裡人類遺跡的最底層。

它們底下的沉積層已經看不到人類的痕跡,而後,在更深處是尼安德塔人的工具。在地球上的這個位置,器樂和具象藝術同時出現,就在解剖學意義上的現代人最早抵達歐洲冰雪大地的時刻。

樂器與具象雕刻品有個共通概念,那就是物質經過三度空間的修改,可以變成活動的物件,刺激我們的感官、心靈和情感,如今我們稱之為「藝術的體驗」。笛子與雕像的並置告訴我們,在奧瑞納文化時期,人類的創意不只展現在單一活動或功能上。工匠的技藝、音樂的創新與具象派藝術彼此連結。

最早期的人類藝術也為藝術形式之間的相關性提供佐證。已知最早的繪畫是抽象的,而非具象。這些繪畫來自七萬三千年前,掩埋在南非布隆伯斯洞窟(Blombos Cave)的沉積層裡。在那個洞穴裡,有人用赭石筆在易碎的岩石上畫出交叉陰影圖案。這個圖案所在的沉積層還有其他創意作品存在,比如貝殼珠子、骨錐、矛頭和赭石鐫刻的作品。

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布隆伯斯洞窟的貝殼珠。圖/wikipedia

只是,現階段的紀錄顯示,德國南部洞穴立體藝術品製作工藝發展的速度,可能與使用顏料的具象藝術不一樣。笛子和小雕像似乎沒有經過刻意著色,它們所在的洞穴也沒有壁畫裝飾。在這個地區,要等到更後期的馬格達連文化(Magdalenian,大約這些笛子出現後再經過兩萬年),才有明顯以赭色顏料塗畫的岩石裝飾。

馬格達林洞穴壁畫。圖/wikipedia

歐洲另一個奧瑞納文化遺址、西班牙北部的埃爾卡斯蒂洞窟(El Castillo),發展軌跡卻是不同。洞穴裡的圓盤壁畫時間超過四萬年,在同一面牆壁上有個三萬七千年前的手掌圖案。不過,據我們目前所知,這個時期在這個地區並沒有立體藝術創作。

同樣的,蘇拉威西洞穴的具象壁畫也跟任何已知雕刻作品無關。這些差異透露的,是考古紀錄有欠完整,而不是人類藝術的發展歷程。目前看來,立體藝術作品(雕像與笛子)最早發展的時間和地點似乎與繪畫不同。

見證音樂的悠久歷史

這段悠久的歷史重塑我們對更近期藝術的體驗。望著舊石器時代的笛子和小雕像,我想到大英博物館、紐約大都會藝術博物館和羅浮宮的人潮。有時我們會排隊幾小時,只為了看一眼人類藝術與文化的重要時刻。但在德國鄉間這座小博物館裡,我們見識到藝術更深遠的根源。

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我張開雙臂。假設我雙手之間的距離是已知人類音樂與具象藝術存在的時間,冰河期的笛子和雕刻品的位置會在我左手指尖,跟蘇拉威西的洞穴壁畫一起。各大博物館裡的主要藝術品的位置則在我右手伸直的指尖,是過去一千年來的產物。

這絕不代表過去幾百年來的藝術創作不重要,相反的,紀錄遠古人類精湛藝術的遺址和博物館既與更近期的作品相得益彰,也為人類的藝術創作尋根溯源。藝術在與每個地區的動物和環境的關係中誕生,又藉著舊石器時代人類的高超技藝與想像力向上提升。

—本文摘自《傾聽地球之聲》,2022 年 11 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

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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

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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。

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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]

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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
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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

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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。

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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。

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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。

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「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
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