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聽聲音(十三):世界上最長的回音

Muzik Online
・2015/02/19 ・1840字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 433 ・四年級

2015010817380828

作者 官大為(Wiwi)

在上篇文章,我們介紹了幾種古早的時候,音樂製作者產生回音的方法。當然最簡單的方式是直接到音樂廳錄音,但還有很多其他的招數,包括把錄好的聲音放到廁所(回音室)播放再錄出來,或是用金屬板和彈簧來當共振物體。
上篇文章:聽聲音(十二):廁所、彈簧和鐵板的共通處?

不過以上製造回音的方法,都需要你有特殊的場地或機器,而且這些解決方案都不便宜,所以你還能怎麼辦呢?

用數學算出來的回音

當有困難時,打開我們的萬用工具「電腦」就對了!現在幾乎所有的音效處理軟體、編曲軟體,都有製造回音的功能。你只要設定一些參數,像是回音的場地類型、房間大小、甚至房間的形狀和「牆壁的光滑程度」,它就可以用預先設定好的數學公式,算出這個虛擬空間產生的回音。

一個有趣的事情是,這些回音效果器可以模擬的回音類型,除了傳統的房間、音樂廳或教堂等空間外,也常常都會有上篇文章所說的「金屬板」和「彈簧」,這代表著音樂家都是很念舊的阿!

我接下來要把一小段幾乎沒有回音的鋼琴片段,通過幾個不同回音效果器,來嘗試讓這段錄音有在音樂廳裡的感覺。這些效果器都是完全使用數學公式來算出回音的,但由於計算方式和參數設定的些微不同,每一個聽起來都會有一點點不同的「味道」。先聽聽看這個原始的無回音片段:

首先登場的是要價台幣近 5000 元的 Waves Renaissance Reverb,這套軟體是市面上最好的回音效果器之一,我使用它的「大廳」(hall)模式,回音長度設定在 2.5 秒。聽聽看它漂亮、自然的回音尾巴:
〈編按:原文章的檔案掛了,聯繫修復中〉

 

接下來是專業編曲軟體 Propellerhead Reason裡內附的 RV7000 回音效果器,使用原廠的「長回音大廳」(long hall)設定值。

再來是沒那麼貴的編曲軟體 Cockos Reaper內附的 ReaVerb,它沒有辦法設定回音型態,所以我只能使用與前一個例子相似的長度設定。

最後是不用錢的音效編輯 Audacity 軟體的回音功能,同樣的,它不像專業軟體一樣有各種型態的回音模式,也沒有辦法精確地設定參數,所以我只能盡量設定到與前面例子相似的長度。

你喜歡以上哪一個回音的感覺呢?用這種方式產生的回音品質,完全決定於設計數學公式的工程師的功力。昂貴的回音軟體通常都有很多種回音模式可以選擇,而且能夠調整很多細節,不過倒也不一定貴的就比較好聽,還是要看你偏好的感覺和音樂上的需求而定。

可是我不喜歡數學回音,我喜歡真的音樂廳

記不記得我在以前的「數位音樂科技」系列裡寫過,數位鋼琴之所以可以發出鋼琴的聲音,是因為它裡面存的,的確就是預先錄(取樣)好的真的鋼琴的聲音。
數位音樂科技(四):電子樂器如何發出聲音?

近年來有種新的回音效果器科技,叫做 Convolution Reverb(暫譯「摺積回音」),就是使用類似的「取樣」概念。

與其用複雜的數學公式「捏造」出一個回音,Convolution Reverb 的做法是實際到真正的音樂廳,實地測量音樂廳對於每一個頻率的回音反應,然後記錄下來。有了這些資訊,你就可以在電腦上重現世界各大音樂廳的回音效果!

當今最厲害的 Convolution Reverb 軟體之一,就是 Audio Ease 出品的 Altiverb,不過它要價近 20000 元台幣,我實在是無法買下手,所以沒有辦法在這邊示範給您聽。但是您可以看看它的官方介紹影片,它可以模擬各大音樂廳、運動場、教堂、客廳、廁所等等的各種場地,甚至連「車子裡」和「飛機駕駛艙」中的回音都難不倒它,相當酷!

另外一個影片同樣是 Altiverb 的示範,它可以模擬音樂在你「隔壁房間」播放的感覺:

題外話:世界上最長的回音

1970 年,蘇格蘭的翰米爾頓陵墓(Hamilton Mausoleum)以長達 15 秒的回音,獲得了金氏世界紀錄「最長回音」的殊榮。到 YouTube 搜尋一下,你可以找到不少遊客在裡面「玩回音」的影片,像是以下這一個:

不過這個記錄在 2014 年被打破了,而且記錄一破就是五倍長度!Salford 大學的教授 Trevor Cox 爬進了同樣位於蘇格蘭的一個地下儲油槽,用手槍發射了一枚空包彈,產生了長達 75 秒的回音,你可以到以下的網址,聽這個打破世界紀錄的聲音:

下次來說新主題!

這個「聽聲音」系列不知不覺就寫了半年了耶,希望這些文章有讓你學到東西,隨著 2015 年的到來,我們好像也該是時候來個新系列拉!下次的新主題會是什麼呢?敬請期待,大家新年快樂,下次再見!
(Wiwi)

轉載自MUZiK ONLiNE 名家隨筆

文章難易度
Muzik Online
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地球在20年間「亮度」變低了!——地球暖化讓陽光反照率直直落

Mia_96
・2021/10/23 ・2757字 ・閱讀時間約 5 分鐘

地球暖化會造成溫度升高?不稀奇!地球暖化會造成人類生活環境越來越嚴峻?也不稀奇!但你有聽過,因為地球暖化,讓我們的亮度竟然逐年遞減,地球變得越來越暗嗎?

地球亮度的改變並不是近期才出現的新興議題,關於地球亮度的變化,科學家早在 1990 年代前後便提出一種現象「全球黯化」(global dimming)去解釋為何地表獲得的太陽光能量越來越低。

當時透過資料指出,進到地球的太陽能量大幅降低,從 1950 到 1990 年入射至地表的太陽光能量,竟然平均減少 4%! 也就是身處在地球上的人類會覺得地表的亮度似乎逐漸地降低。

但入射地表能量降低的原因並非是太陽發出能量的變化,而是因為近幾年我們最常耳聞的,空污現象! (圖/pixabay

當人類使用石油、煤炭等非再生能源發電時,會在環境中產生許多氣膠微粒,而這些氣膠微粒進入大氣,微粒可以吸收、反射入射到地球的太陽光,使太陽之能量無法進到地球表面,進而造成地球亮度降低。

而全球黯化同時也影響著人們過去對於全球暖化的理解,當全球黯化造成入射到地表的太陽光減少時,代表著地球所獲得的能量並不如過往我們所想像的這麼多。換句話說,全球黯化所造成的冷卻效應竟比不上人們所造成的暖化速度!

知曉地球改變亮度的方法——地照!

近期最新研究更是顯示,1998 年到 2017 年近十年內,地球的反照率逐年下降!除全球黯化造成地表獲得太陽能量減少外,當從外太空看著地球時,地球竟然也越來越暗了!

反照率是一種常用於亮度表示的方式之一,其指的是太陽電磁波段入射至地表的總量質,除以被地表反射的量值所得出的數字。不同的地表特性即有不一樣的反射量質。因此,透過反照率的升降,科學家也可以推估氣候變遷對環境所產生的變化與影響。

計算反照率的方式十分特別,在科學中我們將其稱為「地照」!

地照現象指的為當太陽光照射到地表,地表會反射部分太陽光,而當地表反射太陽光至月球未被太陽照到的地方時,月球又會將地表所反射至月面的光線反射回地球。

看似應該沒有被太陽光照射到的月球表面,其實也會因為地球反射之陽光而產生微弱的光。而最適合觀測地照的時間通常為弦月時分。 (圖/Wikipedia

地照的變化與地表的改變息息相關。例如冰雪的反射率較高,當地表溫度較低,累積較多冰雪時,地照數據便可能會上升;而洋面的反照率較低,當地表溫度較高,造成冰雪融化成海洋,則地照數據便可能會下降。

透過地照反射的光線強弱,可以推測地球反照率的變化,進而推測地表本身變化。 (圖/Wikipedia

除了利用地照觀測地球反照率外,為使觀測更加精確,科學家利用於 2000 年發射的 CERES 儀器(Clouds and the Earth’s Radiant Energy System)觀測大氣至地表的太陽光輻射與地表放出之輻射,並進一步分析對影響地球溫度的重要因子──雲,和太陽輻射的交互關係。

CERES 主要希望可以解答雲在氣候變遷中所扮演的角色與造成的影響,是美國國家航空暨太空總署地球觀測系統(EOS)計畫中的一部分。 圖/Wikipedia

研究結果分析發現,從 2000 年到 2015 年,地球反照率曲線一直維持接近平坦的狀態,但近年,地球反照率的衰退卻日益明顯,如下圖表示:

(圖/參考資料 1

橫軸座標為年度,縱軸座標為地照反照率之異常改變(單位為每瓦/平方公尺),黑色為地照異常之數據,藍色為 CERES 觀測到異常之數據,而灰色陰影區域則為誤差範圍。從圖中可以看出,地照反照率在這幾年下降約 0.5 W/m2,而 CERES 之數據則是下降約 1.5 W/m2

十年一變──太平洋年季震盪

科學家推測,改變反照率的原因,是週期性發生在太平洋的氣候變化──太平洋年季震盪。

太平洋年季震盪指的為太平洋的海水溫度會以十年為週期尺度產生變化:當北太平洋和熱帶太平洋間的海水溫度較高時,稱作暖相位;而當北太平洋和熱帶太平洋間海水溫度較低時,稱作冷相位。

而地球亮度改變的原因,正是因為太平洋年季震盪到了暖相位,造成海面低雲減少,反照率降低!

低雲較為溫暖,其主要成分是由水滴組成,當太陽輻射照射水滴時,較多太陽反射至太空,地球的反照率較高,也造成地表溫度降低;而高雲主要成分由冰晶組成,透光性較佳,再加上高雲通常體積較低雲薄,故太陽輻射可以順利進入地表,地球反照率相對降低。

當北太平洋與熱帶太平洋間海水溫度升高時,洋面上空氣需達到飽和的水氣量相對增加,氣塊達到飽和條件較高,低層雲較難生成。(其實背後原因極其複雜,作者僅是以最簡單的方式嘗試解釋。)當低層雲減少時,反射率降低,造成較少太陽輻射至太空,地球亮度因此變得越來越暗。

雲在地球輻射能量中一直扮演著重要的角色,低雲反射太陽輻射的能力較強,高雲吸收地球輻射的能力較強,因此較多的低雲往往造成地表降溫,而較多的高雲則會造成地表增溫。 (圖/pixabay

交織纏繞的反饋機制

看完整篇文章也別急著下結論!其實地球上的現象不僅環環相扣,影響因素更是族繁不及備載,從海溫改變的原因、高低雲量多寡的變化、反照率升降的主因……,我們都很難用單純或是絕對的一段話去完整解釋自然界的現象。

科學家所能做到的,是透過原因推導、盡力的去解釋現象,所以關於地球反照率下降的趨勢原因,除了太平洋年季震盪、海溫升高、低雲變化等,或許也還有科學家尚未清楚的其他可能性。

但同時,令科學家擔心的事情是,因全球暖化造成地表的反照率降低,代表地表接收到的能量、進到地表之能量相對增加,而吸收的能量又加速全球暖化的速度,地球或許會因為這樣的回饋機制持續升溫,造成更加嚴重的溫室效應。如何去因應溫度上升造成的種種問題,也將會是我們需要不斷去思考問題。

參考資料

  1. AGU AdvancesEarth’s Albedo 1998–2017 as Measured From Earthshine
  2. science alert,《Two Decades of Data Show That Earth Is ‘Dimming’ as The Planet Warms Up
  3. Wikipedia,《Clouds and the Earth’s Radiant Energy System
  4. Wikipedia,《行星照

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Mia_96
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喜歡教育又喜歡地科,最後變成文理科混雜出生的地科老師
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