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數位音樂科技(六):聲音的原料和加工 – 中集

Muzik Online
・2014/12/11 ・1587字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 482 ・五年級

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作者 官大為(Wiwi)

在上一篇文章,我們開始介紹了「用數學來算出聲音」的合成器 ,它的運作方式是用幾種相當單純的聲波當作原料,然後把那個聲波送入「濾波器」(filter)來加工,濾波器把某些頻率加強或消除之後,我們就得到了一個新的音色。

然後我們也聽了一些例子,譬如濾波器可以把一個單純的鋸齒波

變成這樣

或那樣的音色。

 

(延伸閱讀:聲音的原料和加工 – 上集)

那聲音經過濾波器之後,要再送去哪裡加工呢?

調整音量

通常從濾波器出來的聲音,會被送到「擴大器」(amplifier)來調整音量。不過我在這邊說的調整音量,並不是像你音響上或手機上的音量按鈕那種東西喔,合成器裡的擴大器,是能夠以非常快的反應速度,精確調整「每一個音」各自的音量變化,來「雕塑」每一個音的形狀。

聲音是什麼形狀?

你可能沒有仔細想過這個問題:一個樂器從發出聲音到聲音結束為止,那個聲音的大小聲變化過程是如何呢?聲音是瞬間發出來還是慢慢發出來?聲音發出來之後會持續還是馬上衰退呢?聲音是瞬間結束還是慢慢結束呢?我們先來觀察看看幾個我們熟悉的傳統樂器。

先從鋼琴開始好了,鋼琴在你按下琴鍵之後,聲音會「瞬間」發出來達到最高音量,之後的「三、四秒之內」就會減弱到還滿小聲的狀態,在「小聲的狀態」還可以持續好一陣子,而如果把琴鍵放掉的話,聲音在「大約半秒之內」就會完全停止。


如果是一個柔和的弦樂長音呢?它在聲音發出的一開始很小聲,大約花「一秒鐘」才漸強到這個音的最高音量,只要演奏者的弓不要停,音量就可以持續住而「不會衰退」,而為了讓聲音有柔和的收尾,演奏者在想要停止這個音的時候,也許也會花「一到兩秒鐘」的時間,慢慢讓音量漸弱到無聲。


木琴的話呢?在你敲下去的時候,聲音也是像鋼琴一樣、「瞬間」來到最大音量,但木琴音量衰退較快,只要大約「還不到半秒鐘」就會完全衰退到「無聲」了。


合成器怎麼「雕塑」聲音的形狀?

在合成器當中,最普遍的設定音量變化的方法,是使用一種叫做「ADSR 波封」(ADSR Envelope)的東西。

千萬別被這個可怕的專有名詞嚇到了,用人類可以理解的語言來說,所謂的 ADSR 波封,就是你要用以下的四個參數,來向合成器敘述你想要的聲音形狀。

A (attack time):聲音花多久時間從無聲達到最大音量。
D (decay time):聲音達到最大音量後,花多久的時間衰退。
S (sustain level):聲音衰退到多小聲之後會持續住。
R (release time):當演奏者嘗試停止聲音時,聲音花多久時間漸弱到無聲。

測試看看!

我們現在就拿一個聲音原料,嘗試利用 ADSR 波封,來把它雕塑成各種不同的形狀,看看會變成什麼樣子吧!因為上次我已經用過鋸齒波了,所以這次我要換一個新的原料,先聽聽看它的聲音:

 

現在我要用 ADSR 波封,把它雕塑成類似鋼琴音量變化的形狀,我設定聲音在 0.001 秒內就達到最高音量,3.8 秒之後衰退到剩 30% 然後持續,放掉琴鍵後 0.2 秒完全無聲。


如果雕塑成類似弦樂柔和長音的形狀呢?設定聲音在 2.6 秒才達到最大,持續在 100% 不衰退,再花 2.8 秒漸弱到無聲。


木琴的形狀呢?設定聲音在 0.001 秒內達到最高音量,0.5 秒後就完全衰退。


以上你聽到的三個聲音,都是與原料完全相同的音色,它們只是音量變化的過程、時間長短不同而已。注意單單只是音量變化的方式不同,就足以讓人有完全不同的樂器的感覺。

尤其是剛剛最後那一個木琴形狀的聲音,只要再加上一點點空間回音的修飾,就能讓人有好像是真的打擊樂器的感覺。


下篇還有

我們的故事還沒完,合成器中還有更瘋狂的招式可以改變聲音,下期待續囉!

(Wiwi)

轉載自MUZiK ONLiNE 名家隨筆

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・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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口罩影響幼兒「讀」懂情緒?口罩新生代:幼兒情緒 3 大關鍵發現
雞湯來了
・2022/10/02 ・2250字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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  • 文/雞湯來了特派員 林威廷
  • 校稿/雞湯來了 陳世芃
  • 製圖/雞湯來了 黃珮甄、雞湯來了實習生 翁欣容
  • 編輯/雞湯來了 蕭子喬
圖/雞湯來了

自從 COVID-19 疫情爆發,戴口罩已成為日常生活的新常態。口罩遮住了人們大部分的臉,讓彼此看不到完整長相,更看不到豐富的臉部表情。究竟,這是否對人與人之間的互動有深遠的影響?

更值得注意的是,臉部表情屬於肢體語言的一部份,是言語溝通之外,辨識與表達情緒相當重要的管道。各級學校教師和照護中心人員,為了避免傳播病毒,多會戴上口罩。

然而,在這種環境下成長,年紀還小且對於情緒辨識還在初步學習中的幼兒,是否會因此失去與人正常互動和判斷情緒的機會呢?對於他們情緒辨識的發展,又有什麼影響呢?

「口罩是否會影響幼兒判斷他人情緒」一題,雞湯來了綜整多篇研究,發現西方相關研究較多,而結果其實眾說紛紜。許多研究藉由不同實驗設計,不同切入視角、樣本對照,便得出了不同結果。不過,我們也因而從中歸納出幾個關於口罩新生代幼兒情緒發展的重要發現。

關鍵發現 1|年齡發展階段:3-5 歲最受口罩影響

2021 年 5 月一組研究團隊發表一篇研究,他們測試「3-5 歲幼兒」、「6-8 歲兒童」和「成人」三個群體判斷人臉情緒的正確率:他們準備了不同情緒的人臉,將人臉的照片後製放上口罩,讓這三群人判斷情緒。

圖/雞湯來了

結果發現:不同年齡層的群體中,「3-5 歲幼兒」面對戴或沒戴口罩的人,回答對方情緒的「答對與否」比例差距最大,可說上述三種對象中最受口罩遮臉影響的群體。研究也推論,因為「3-5 歲幼兒」判斷情緒的主要來源仍是臉部表情;6 到 8 歲兒童和成人,則較懂得運用其他情境線索來判斷情緒。

圖/雞湯來了

關鍵發現 2|容易被混淆的情緒:生氣與難過

另一篇 2021 年 11 月的研究,從 9 間照護中心招募 276 位 3-6 歲的幼兒, 讓他們判斷 15 個演員所拍的 90 張人臉照片的情緒。這些幼兒判斷「照片中沒戴口罩的人之情緒」正確率為 70.6%,若將照片換成戴上口罩的人,這些幼兒判斷的正確率仍為 66.9%!

特別的是,有約 25% 無法區分生氣和難過這兩種情緒,占了辨識情緒錯誤之中的多數,可見對於幼兒而言,「生氣」和「難過」在臉部表情上有許多相似的特徵,如何進一步區分情緒,是可以進一步討論的課題。

圖/雞湯來了

關鍵發現 3|表情之外的辨識來源:聲音的判斷力

其實在疫情之前,2019 年就有研究團隊關注過幼兒的情緒判斷能力。他們不只關心臉部表情,也關注聲音。他們讓 313 位就讀幼兒園的 3-6 歲幼兒:分別透過觀察「臉部表情」和「聽聲音」來判斷情緒。

結果發現:觀察「臉部表情」的視覺判斷正確率最高達 8 成,但以「聽聲音」聽覺判斷的正確率只有 5-6 成。由此可知,對於幼兒而言,視覺很可能比聽覺更容易判斷情緒。

研究也進一步分析,發現觀察「臉部表情」時,「開心」的情緒比起「生氣和難過」更容易透過視覺判斷出來;但若只有「聽聲音」的話,悲傷的情緒比較容易被察覺。

圖/雞湯來了

幼兒情緒教育可以怎麼做?疫情之下把握可控的 2 個安心實踐

由上述的幾項研究結果,我們可以發現兩個重點:

  1. 喜怒哀樂,判斷各種情緒的難易度不同
    幼兒判斷不同情緒的能力程度是有差異性的,差異性的原因可能來自於年齡,或者為情緒的不同性質,比如說幼兒最容易辨識開心,但容易混淆難過與生氣。
  2. 除了表情,還有多種判斷情緒的來源
    判斷情緒的依據不只有臉部表情,肢體、聲音語調、各種情境線索也能幫助我們判斷情緒。

或許,在口罩還是一種日常必須之時,我們可以多著眼於其他「可控」的因素,例如引導孩子判斷情緒的多元方法,從聲音、其他肢體語言等判斷;又或者更進一步和孩子透過故事或案例,討論生氣與難過的的差異,嘗試學習更多口罩日常的情緒辨識之道。

圖/雞湯來了

大人可以透過繪本共讀的方式,討論繪本中的角色在故事中的情境中「產生了什麼情緒」、「為什麼會產生這樣的情緒」。共讀討論時,不只從圖片中角色的表情,還可以從書中角色的肢體動作、其他角色的反應等多元脈絡,練習判斷角色的情緒類型和產生原因。

甚至,我們可以進一步在日常生活中,引導孩子正視自己的情緒、接納並以合適的方式表達情緒。同時引導幼兒觀察目前身處的情境,例如現在是什麼場合、現場的人們在做什麼、我應該如何表現等等。

相關推薦:繪本推薦與引導孩子情緒的方法

延伸閱讀:雞湯來了

參考資料

  1. Covic, A., von Steinbüchel, N., & Kiese-Himmel, C. (2020). Emotion Recognition in Kindergarten Children. Folia phoniatrica et logopaedica : official organ of the International Association of Logopedics and Phoniatrics (IALP), 72(4), 273–281.
  2. Gori, M., Schiatti, L., & Amadeo, M. B. (2021). Masking Emotions: Face Masks Impair How We Read Emotions. Frontiers in psychology, 12, 669432.
  3. Schneider J., Sandoz V., Equey L., Williams-Smith J., Horsch A., Bickle Graz M. (2022) The Role of Face Masks in the Recognition of Emotions by Preschool Children. JAMA Pediatr. 176(1): 96-98.
雞湯來了
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什麼!你怎麼用眼睛聽聲音:認識麥格克效應
雅文兒童聽語文教基金會_96
・2022/09/28 ・2905字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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  • 文/李翊瑞|雅文基金會聽語科學研究中心助理研究員

早晨,鬧鐘聲不停地在耳邊響起,儘管心裡有再多的不甘願,你依然掀開棉被起身,輕揉著眼睛抬頭看了看時間。

在日常生活中,透過耳朵聽聲音、依靠眼睛看東西,兩者獨立運作,似乎是我們不曾懷疑過的事情。然而,人類的視覺及聽覺真的互不影響、毫無關聯嗎?

當朋友與我們說話時,對方的聲音和唇形如果有著明顯不同,又會發生什麼神奇的事呢?

究竟是「聽」別人說話,還是「看」別人說話呢?圖/Pexels

無心插柳柳成蔭:麥格克效應的發現

當一個人說話的聲音與唇形變化不一致時,所產生的聽錯覺現象稱為麥格克效應(McGurk effect)。

麥格克效應最早是由兩位英國心理學家——哈利.麥格克(Harry McGurk)約翰.麥克唐納(John MacDonald)於 1976 年提出[1],有趣的是,這個發現完全是場意料外的事。最初,他們正在進行一項語音知覺的研究,實驗中會讓嬰兒觀看一位母親說話的影片,同時搭配該位母親的配音,並記錄不同月齡的嬰兒對於語音的反應。

在一次實驗中,播放影片以及聲音時並未同步,使得影片中說話者唇形為「ga」,卻播放出「ba」的聲音。神奇的是,麥格克與麥克唐納不約而同聽到卻不是「ga」或「ba」,而是「da」的聲音[2]

說話者唇形為「ga」、播放聲音為「ba」,會聽到「da」的聲音。圖/雅文基金會

感到困惑的兩人,隨後重新設計了實驗,並招募更多受試者參與研究,發現高達 98% 的受試者在唇形為「ga」播放聲為「ba」的情況下都聽到了「da」的聲音。最終,他們將這個出乎意料的發現,發表在著名的科學期刊《Nature》[1],開啟了後續一系列有關聽錯覺以及視聽整合的研究。

聽到你懷疑人生,不存在的聲音從何而來?

麥格克效應的發生,顯示了視覺與聽覺訊息之間會相互作用,使我們得以一窺人類語音知覺系統的神秘面紗。與他人對話時,雙耳會將接收到的刺激(語音)傳遞至大腦的初級聽覺皮質(A1,圖中藍色處),同時雙眼接收到的訊息(嘴唇變化、臉部表情與舌頭動作)則會傳遞到初級視覺皮質(V1,圖中紅色處),這兩個區域所接收到的訊息會進一步傳送到顳上溝(superior temporal sulcus,STS,圖中紫色處)進行整合[3]

因此,我們知覺到的語音就不是單一的視覺(「ga」)或聽覺(「ba」)訊息,而是整合後的「da」。顳上溝在視聽整合的過程中扮演非常關鍵的角色[4],後續研究也發現,麥格克效應較少出現在顳上溝功能異常的受試者,如自閉症兒童及失語症成人[5, 6, 7]

視覺訊息(來自初級聽覺皮質 A1,圖中藍色處)和聽覺訊息(來自初級視覺皮質 V1,圖中紅色處)會在顳上溝(STS,圖中紫色處)進行整合。圖/Lüttke (2018)

既然我們已經知道不存在的聲音是經大腦整合而產生,多聽多看幾次就會漸漸習慣而消失嗎?長期研究麥格克效應的美國心理學家勞倫斯.羅森布拉姆(Lawrence Rosenblum)曾提到:

「即便我已經研究此效應長達二十五年,既看又聽了成千上萬次,它依然會發生在我身上,無法自主地去控制它[8]。」

由此可知,麥格克效應不同於一般的魔術表演,即使已經瞭解了原理,甚至感受到它正在發生,但那個不存在的聲音依舊會在我們腦中迴響。

從戴口罩到追劇,視聽整合的重要性

雖然口罩雖然能有效減少病毒的傳播,卻也增加了與他人對話上的困難,使溝通的品質大打折扣[9]。在口罩會影響溝通的「聲音」與「視覺」線索,該如何為愛防疫無礙溝通?文中就有提到,影響溝通的兩大面向為[10]

  • 聽覺:口罩會降低高頻語音(約 2000 – 7000 赫茲)的音量,影響高頻語音的清晰度,讓聲音聽起來悶悶的。如果聽不清楚,就可能會把「胡先生」聽成「吳先生」、「鞋子」聽成「茄子」等。
  • 視覺:口罩會遮蔽臉部表情與唇形變化,因而缺少了視覺上的線索。像是在餐廳或會議等多人同時說話的吵雜環境,若看不見唇形會較難辨別每句話的來源。

麥格克效應顯示了大腦會整合聽覺與視覺訊息來理解當下的聲音,而佩戴口罩所帶來的不便,不僅影響了聽力正常者,對於聽力受損的族群更是一大挑戰,不僅無法接收到清楚的語音訊息,更不能透過讀唇來理解對話內容。所幸,透明口罩的問世[11],使我們得以看見對方的表情,感受到對方的情緒,更能清楚辨識唇形,兼顧防疫及溝通的需求!

透明口罩幫助我們看見對方的唇形和表情,減少溝通上的阻礙。圖/BBC News

另一方面,疫情的衝擊也帶動串流影音平台的崛起,宅在家收看喜愛的戲劇及電影已蔚為風潮,而追劇的過程其實也是種視聽整合的展現。我們對於劇情的理解,除了劇中角色對話的聲音,影片中的字幕也很關鍵。要知道怎樣追劇可以聽和看得更輕鬆嗎?別錯過追劇沒字幕就聽不到?電視聲音不清楚,你可以這樣做[12]

字幕有助於理解影片的內容。圖/Pexels

參考資料

  1. McGurk, H., & MacDonald, J. (1976). Hearing lips and seeing voices. Nature264(5588), 746–748. https://doi.org/10.1038/264746a0
  2. Massaro, D. W., & Stork, D. G. (1998). Speech Recognition and Sensory Integration: A 240-year-old theorem helps explain how people and machines can integrate auditory and visual information to understand speech. American Scientist, 86(3), 236–244. http://www.jstor.org/stable/27857023
  3. Lüttke, C. S. (2018). What you see is what you hear: Visual influences on auditory speech perception (Doctoral dissertation, [Sl: sn]).
  4. Beauchamp, M. S., Nath, A. R., & Pasalar, S. (2010). fMRI-Guided transcranial magnetic stimulation reveals that the superior temporal sulcus is a cortical locus of the McGurk effect. Journal of Neuroscience30(7), 2414-2417. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4865-09.2010
  5. Taylor, N., Isaac, C., & Milne, E. (2010). A comparison of the development of audiovisual integration in children with autism spectrum disorders and typically developing children. Journal of Autism and Developmental Disorders40(11), 1403–1411. https://doi.org/10.1007/s10803-010-1000-4
  6. Redcay E. (2008). The superior temporal sulcus performs a common function for social and speech perception: implications for the emergence of autism. Neuroscience and Biobehavioral Reviews32(1), 123–142. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2007.06.004 
  7. Hickok, G., Rogalsky, C., Matchin, W., Basilakos, A., Cai, J., Pillay, S., … & Fridriksson, J. (2018). Neural networks supporting audiovisual integration for speech: A large-scale lesion study. Cortex103, 360-371.
  8. BBC Two. (2010). Try this bizarre audio illusion! Retrieved August 12, 2022, from https://www.youtube.com/watch?v=G-lN8vWm3m0.
  9. Chládková, K., Podlipský, V. J., Nudga, N., & Šimáčková, Š. (2021). The McGurk effect in the time of pandemic: Age-dependent adaptation to an environmental loss of visual speech cues. Psychonomic Bulletin & Review28(3), 992–1002. https://doi.org/10.3758/s13423-020-01852-2
  10. 張逸屏(民109年8月11日)。口罩會影響溝通的「聲音」與「視覺」線索,該如何為愛防疫無礙溝通?PanSci泛科學。https://pansci.asia/archives/189531
  11. Taylor-Coleman, J. (2020, May 26). Coronavirus: Call for clear face masks to be ‘the norm’. BBC News. Retrieved August 12, 2022, from https://www.bbc.com/news/world-52764355 。
  12. 洪右真(民109年10月28日) 追劇沒字幕就聽不到?電視聲音不清楚,你可以這樣做。PanSci泛科學。https://pansci.asia/archives/192941
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雅文基金會提供聽損兒早期療育服務,近年來更致力分享親子教養資訊、推動聽損兒童融合教育,並普及聽力保健知識,期盼在家庭、學校和社會埋下良善的種子,替聽損者營造更加友善的環境。