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令人羨慕的絕對音感怎麼來?──音樂關鍵字|EP7:阿皮的黑白鍵

音樂關鍵字Unlocking Music_96
・2022/07/22 ・509字 ・閱讀時間約 1 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

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:絕對音感、相對音感、工作記憶

如果在沒有任何提示的狀況下,聽到一個隨機的音符,你能在 0.2 秒內正確指出單音音名嗎?如果可以的話,你就是具有絕對音感的人。

不過,多數人擁有的是相對音感。擁有相對音感的人,即使不能馬上辨別單音,卻可以在聽到一個基準音後,根據基準音回推與其他單音的音高關係。

這是因為,不同於具有絕對音感的人在聽音樂時,顳葉會運作且將音符一一貼上音名標籤;擁有相對音感的人在接收音樂時,大腦是以「工作記憶」的神經迴路在運作,相較來說,更能掌握樂曲的整體型態喲。

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

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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

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。

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]

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

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。

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。

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。

「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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音樂不只仰賴感性,理性的科學知識是認知的基礎。——新銳節目《音樂關鍵字》
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/08/01 ・2689字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

  • 文/陳彥諺

我們的生活中充滿了音樂。走在大街上,路邊潮流服飾店家放著節奏明快的流行樂,轉個彎,進入咖啡廳,裏頭播放著的是變化豐富的爵士樂,再戴上耳機,接續手機中上次播放的樂曲,忍不住就跟著旋律搖頭哼唱。

你喜歡音樂嗎?高三的阿辰很喜歡。作為一個喜愛音樂的青少年,他並不滿足於單純的欣賞而已,為了進一步靠近音樂,他還加入搖滾樂社,擔任貝斯手,並且,當談到音樂的相關現象,阿辰總能侃侃說出背後的原理從何而來。

阿辰不僅僅是熱愛音樂的高中生,他的另一個重要身份是——《音樂關鍵字》的男主角。

阿辰不僅僅是熱愛音樂的高中生,他的另一個重要身份是——《音樂關鍵字》的男主角。圖/音樂關鍵字

做音樂的關鍵——理性

《音樂關鍵字》是由客家電視台花費長達三年的時間製作而成,一共八集,每集皆為 10 到 20 分鐘左右,是結合 3D 動畫及原創音樂的科普動畫。

篇幅雖短,但兼具理性與感性,作為自然科學與人文藝術的對話與結合,《音樂關鍵字》內容一點都不馬虎。除了透過角色之間的有趣互動,傳達有歡笑、有淚水、有世代溝通等橋段的溫暖故事外,更藉由故事為引子,每集說明 2 至 3 個音樂相關的科學知識。

許多人談到「音樂」,便認為那是「感性的產物」,言下之意是,音樂似乎是由抽象的情感所主宰,不過如果要能掌握聲音、有效率的做出自己想要的音樂,背後牽涉的其實是理性的科學原理——理性,是建立認知的基礎。

《音樂關鍵字》藉由故事為引子,每集說明2至3個音樂相關的科學知識。圖/音樂關鍵字

試想,當我們心中有著豐沛情感,想藉由音樂表達出來,該怎麼做呢?首先必須正確了解聲音本身的性質,包含了響度、頻譜、直達聲音、殘響、泛音、共振等聲學知識,也須掌握人體的前庭系統、酬賞系統等生理層面的認知後,才能正確地欣賞、理解且運用,讓音樂順利成為表達情感的媒介。若不能正確掌握音樂知識,便容易發生「怎麼好像怪怪的?」卻說不出所以然,也無從改善的窘況。

科學知識不複雜,《音樂關鍵字》用故事解答

音樂的科學知識聽起來很複雜嗎?一點也不。在《音樂關鍵字》的動畫裡,生硬的聲學知識、艱深的人體系統概念等,透過專業物理教師、音樂顧問提供的知識概念,再經劇組人員以生活事件及場景串連,音樂的科學知識便能在短短十分鐘內,讓人看著影片就已輕鬆掌握。

比如,EP06〈你好,我叫江東平〉中,藉由青少年阿辰與患有自閉症的江東平,兩人攜手協作共創一曲的故事,讓大眾看見自閉症學童的狀況,以及「音樂」可以如何有效治療,協助自閉症患者逐漸融入常人生活。

在 EP06〈你好,我叫江東平〉中能看見自閉症學童的狀況,以及「音樂」可以如何有效治療,協助自閉症患者逐漸融入常人生活。圖/音樂關鍵字

江東平是高功能自閉症,智商其實和一般人無異,不過由於大腦內的聽覺區附近、額葉、邊緣系統的結構或功能異常,導致自閉症患者出現了社交溝通及語言使用的障礙。腦科學研究進一步指出,在音樂治療的過程,可增強聽覺區附近、額葉、邊緣系統三者的連結,因而增強社交能力、共享式注意力、語言能力等。

青春總是充滿騷動與不安,也因此許多青年朋友們很著迷於重金屬音樂,不過,要如何發出如同野獸般的嘶吼聲同時不傷及喉嚨呢?為什麼當主唱用吼音唱歌,就會聽不清楚歌詞呢?EP03〈吼〉這一集中,從發聲原理切入,給了觀眾十分詳盡的解答。

由於人類有真聲帶與假聲帶,假聲帶位於真聲帶之上。當肺部空氣受到擠壓,從氣管上衝,通過聲帶之間的夾縫造成振動,便會發出聲音。振動真聲帶所發出的聲音,因為振動頻率固定,有清晰的音高,不過吼音特別會用到假聲帶,而假聲帶的振動往往不規律,發出的聲音不具清晰的音高,在音階與聲調不明顯的情況下,就難以聽懂吼音所唱出的歌詞了。

要如何發出如同野獸般的嘶吼聲同時不傷及喉嚨呢?答案就在 EP03〈吼〉這一集中。圖/音樂關鍵字

《音樂關鍵字》的開篇 EP01〈尋聲〉則是一個在具有科學教育性同時,格外感人的故事。

阿辰喜歡捕捉聲音,自己存錢買了一套錄音設備錄製動物的聲音。某次,在他潛入森林,偶然遇到了一座廢墟,裡頭的鬼魂央求阿辰在陽光出來前,替他們錄製作品。

由於鬼魂不能移駕到專業錄音室,阿辰只能以簡易設備錄音,他注意到了「場域」的限制。由於聲波在遇到障礙物時會反射,當聲波在封閉且無吸音物品的空間裡,便會快速地從四面八方反彈,當反射的時間間隔少於 0.1 秒,就會產生混合餘音,造成「殘響」。不過,阿辰利用他的音樂知識解決問題,順利替鬼魂們錄音,也是在錄音同時,阿辰才發現自己已經遺忘許久的秘密。

最終章 EP08〈搖滾夢想〉,阿辰與高中社團夥伴們站上了搖滾舞台,他們用充滿破壞性與雜質的音樂榮獲第一名,而出生醫生世家的阿棋是他們的重要音樂夥伴。

最終章 EP08〈搖滾夢想〉,阿辰與高中社團夥伴們站上了搖滾舞台,他們用充滿破壞性與雜質的音樂榮獲第一名。圖/音樂關鍵字

不打算考醫學系的阿棋,家裡的人並不了解他喜愛的搖滾樂,卻願意支持他走一條不同的路,因為阿棋就像是搖滾樂中不能沒有的「雜質」,特殊而豐富的雜質,會使得搖滾樂聽起來格外有渲染力。一個乾淨清楚的樂音,在頻譜軟體上看來是一系列頻率成整數比的泛音,但搖滾樂中為了追求聽覺的刺激,會以特殊演奏技法、效果器等,讓相鄰泛音之間出現雜質,以表現音樂張力。

各大平台皆可收看《音樂關鍵字》

《音樂關鍵字》除了科學知識內容豐富扎實外,3D 動畫也別具風格,視覺也是享受,此外,節目中選用的音樂類型多元,貼合現代人的閱聽喜好,更由專業音樂人譜曲、填詞、配唱,內容好看又好聽。

目前《音樂關鍵字》已上架到客家電視台、Youtube 頻道囉,只要搜尋節目名稱,即可找到收看連結!

此外,精心製作的節目原曲,也可上 StreetVoice節目官網 收聽喔!

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