令人羨慕的絕對音感怎麼來？──音樂關鍵字｜EP7：阿皮的黑白鍵

我婆婆最近打電話給我，說她有點害怕自己的記憶出了毛病。隨著年紀增長，她愈來愈常因為難以專注而感到沮喪。她認為這可能代表她哪裡出了問題，所以很緊張。我問她最近發生了什麼事。

她開始描述前一天去購物的經過。她開車去超市途中才發現自己忘了拿購物清單，於是在腦中回想要買的東西。到了超市她停好車，下車，記住車位，然後進超市購物，買完後再把購物車推到車子邊。但是她把東西搬進行李廂時，她發現車身有一道刮痕，不由得生起自己的氣。什麼時候刮到的？她竟然沒發現！

她想著那道刮痕，先去還手推車，然後坐上車，這才發現這輛車是手排車，而她的車是自排車。

她上錯車了。

後來，她在同一排車位過去兩格找到了自己的車（一模一樣的車款和顏色，只是沒有刮痕），困窘地把東西移上車。她說完之後，我們都笑了——她竟然從頭到尾弄錯了車子！

我跟她說，我不認為她的記憶出了問題，或者這跟大腦老化有關。

大腦確實跟其他器官一樣會老化，部分大腦會變薄，密度變低，包括海馬迴和形成清楚記憶所需的其他內側顳葉結構。老化確實會讓記憶出問題。但是在這個事件裡，她的白板只是超載罷了。停車時，她一面在複習忘了帶的購物清單，以為自己記住了車子的位置，其實她的白板塞了太多東西，已經沒有多餘的空間。

很多我們以為跟記憶和老化有關的問題，其實是別的原因造成的。問題不在於你「記憶變差」，而是「你不夠專注，導致記憶編寫失敗」。

這個故事告訴我們一件事：記住車子停哪裡不是你想長期記住的事。

事實上，這正好是你希望自己能夠忘記的一個例子。想像你可以記住每次停車的位置，於是每次從雜貨店出來，都得過濾一遍所有的停車位。記憶力跟專注力一樣，必須具有過濾功能，挑選哪些相關、哪些不相關，哪些該凸顯、哪些該捨棄。

我舉這個例子，只是要說明工作記憶塞得太滿，可能有礙資訊以有效的方式存入長期記憶。

再者，要是工作記憶超載，你需要用到長期記憶裡的內容時，就不一定能提取成功。美國近代史上最致命的一次「誤擊」，就是這個原因。

壓力過大也可能導致大腦提取失敗，想不起來

二○○二年，阿富汗戰爭戰火正熾，一名美國軍人利用全球衛星定位系統（GPS），將重達兩千磅的炸彈導向預定目標：反叛軍的前哨基地。這個系統的運作方式是，先在營地將空襲目標的座標輸入 GPS 手持系統，之後炸彈就會落在確切的位置上。然而，發動空襲之前，他發現 GPS 快沒電了，於是他先換了電池才送出發射座標——結果飛彈落在他自己部隊的位置。

這是怎麼回事？

GPS 系統一旦更換電池，系統重新啟動的預設畫面會顯示自身位置的座標。負責操作該系統的士兵本來就知道這點，也受過多次訓練。換過電池後，你必須重新輸入發射座標。這項資訊儲存在他的長期記憶裡，他複習過很多次。但不知什麼原因，這個資訊沒有在他需要時「載入」他的白板。

他看著錯誤的座標並將它送出，當天很多人因此喪命。問題就出在，這名士兵的長期記憶和工作記憶之間連結失敗。我只能大致猜測，但原因可能簡單到令人心痛：工作記憶若是因為壓力導致的大腦神遊而超載，那麼資訊可能無法在你最需要的時候浮現腦海。

這個例子很極端，但任何人在編寫和提取記憶的過程中，都可能有類似的失敗經驗。編寫和提取記憶的過程包含許多步驟，每一個都需要用到專注力以及工作記憶。

如何創造記憶

記住一件事有三個關鍵步驟。

第一是複誦（rehearsal），描繪你要記住的內容，例如新同事自我介紹時報上的名字、職業訓練時得知的重要資訊、美好經驗的種種細節。在學校裡，用字卡背單字就是一種複誦。回味開心時刻的點點滴滴（兒女婚禮上的敬酒、蛋糕的味道），也是複誦。即使是不自覺回想起痛苦或尷尬的時刻，（很不幸地）也會變成一種複誦。

第二是精緻化（elaboration）。類似於複誦，這需要將新經驗或新知識跟既有的記憶或知識連起來。若你原本就擁有一定的知識基礎，能夠儲存的記憶會更深刻。

舉例來說，想像一隻章魚。現在我告訴你：章魚有三個心臟。如果你不是本來就知道，你讀到這裡會把這項新知跟腦中既有的章魚形象綁在一起。下次你在水族館或電視節目上看到章魚，你或許會突然想起這件事，對旁人說：「你知道章魚有三個心臟嗎？」

最後是固化（consolidation）。執行了以上兩種功能，記憶就會固化，直到最後被儲存起來。大腦重播資訊時，就是在鋪設新的神經路徑並複習路徑，鞏固新的連結。

基本上，資訊是這樣從工作記憶變成了長期記憶：大腦的結構產生改變，鞏固特定的神經表現（neural representation），而這需要非強制的自發性想法才能辦到。所以我們認為讓大腦休息和睡眠都很重要，因為那都是記憶固化的機會。

這也是我們的大腦會神遊的部分原因。大腦之所以四處遊蕩，跟大腦重播經驗時引起的神經活動有關。重播愈多次，雜訊就會消失，留下清晰的訊號，形成大腦的記憶痕跡。

假如你的專注力時常被占據，大腦完全沒有空閒讓自發性想法浮現，你可能正在破壞工作記憶和長期記憶之間的連結。重要的固化過程也無法正常運作。

——本文摘自《顛峰心智：每天練習 12 分鐘，毫不費力，攀上專注力高峰》，2022 年 10 月，大塊文化出版，未經同意請勿轉載。

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／Heidi

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？

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。

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]

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] 

註解

• 註 1：Ayres, L. P. (1911). The Influence of Music on Speed in the Six Day Bicycle Race. American Physical Education Review, 16:5, 321-324.
• 註 2：Bacon, C. J., Myers, T. R., & Karageorghis, C. I. (2012). Effect of music-movement synchrony on exercise oxygen consumption. The Journal of sports medicine and physical fitness, 52(4), 359–365.
• 註 3：Thakare, A. E., Mehrotra, R., & Singh, A. (2017). Effect of music tempo on exercise performance and heart rate among young adults. International journal of physiology, pathophysiology and pharmacology, 9(2), 35–39.
• 註 4：Ballmann, C. G., Cook, G. D., Hester, Z. T., Kopec, T. J., Williams, T. D., & Rogers, R. R. (2020). Effects of Preferred and Non-Preferred Warm-Up Music on Resistance Exercise Performance. Journal of functional morphology and kinesiology, 6(1), 3. 

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

• 文／Heidi

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。

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。

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。

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。

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