聽力時,在距離音源較近的位置用較低的聲音播放,或在距離較遠的位置播放較大的聲音,分辨能力是否近似?


簡單說:會有差異。近者更好分辨。

因為聲音在傳播的過程中,高頻能量與低頻能量的衰減是有差異的。因此,不可能通過開大音量,在遠處『還原』咬耳朵的效果。但你會問了,「衰減差異」關「分辨語音」什麼事兒?欲知答案,且看下文分解:

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且不考慮聲源是真人還是真喇叭,環境是音樂廳還是建築工地等干擾因素,我們就假設故事是發生在空氣中的。那麼,可以這樣分析:

聲波的主要屬性如下

1 振幅:壓力的變化程度(對應音量)

2 頻率:壓力的變化速率

3 速度:或說傳播速度,只和介質有關。

4 相位:點在一段或幾段聲波上的相對位置

題中「近距小音量」和「遠距大音量」兩種情況具有兩點差異,一是振幅(音量)不一樣,二是距離不一樣。也就是說,兩種情況中的聲源,除了的振幅(音量)的差別之外沒有區別。(注意聲源頻率和傳播速度都不會變)

「坊遠不聞宮漏聲」,「林遠不聞鐘磬作」 ,隨著距離的增加聲音的音量必然會減小。然而,由於第二種情況中音量更大,所以貌似在振幅這項上兩者扯平了。但真是這樣嗎?

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答案是否定的。這是因為聲音的衰減是搞「歧視」的。下面分析:

聲音的衰減有三種因素:

1 幾何擴張(就是能量被平攤,依照平方反比定律衰減。這個因素可由開大音量補償,故而忽略)

2 傳播介質(A 因能量轉換 B 因介質黏度。由於兩種情況中聲音在介質中的傳播距離不同,故而待論)

3 表面效果(對題中兩種情況沒有差別, 故而忽略)

可以看出,能夠導致「近距小音量」和「遠距大音量」兩種情況產生差異的因素,只有第二條:傳播介質。而空氣對聲波的衰減作用對頻率敏感。或者說,空氣這介質是有『口味』的、有『偏好』的,會『偏食』的,它會著力『打壓』高頻,放寬對低頻的『移聲政策』,搞『頻率歧視』。因此,在「遠距大音量」這種情況中,當聲波抵達遠處的聽者時,整體降低了振幅(可由音量補償),但高頻信號的下降幅度會更大一些。這也是為什麼越遠的爆炸聲、雷聲越悶。

請看下圖(縱軸為衰減,單位是分貝;橫軸是距離,單位是米;不同線條代表不同頻率區間的信號;濕度與溫度守恆)

從左上角分出的線條可以看出,原本能量一樣的信號,會因「出生不同」差異衰減。這種「讓少部分能量先衰起來的政策」隨著傳播的深入,能量差距逐步惡化。

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當然,如果頻率對語言來說沒意義的話,上面都白說了。

所以接下來要問的就是:這種「有選擇的衰減」是否對語言信號有影響?我將此問分解為兩個子問:

問 1「人聲」是否包括不同的頻率?

問 2「語言」是否利用不同的頻率?換句話說,頻率分布的差異是否會影響語言的意義?

答1:與許多人直覺不同的是,不藉助特殊機器,其實很難製造真正意義上頻率單一的聲音(見腳註1)。語音亦不例外,也不是頻率單一的聲音,包括不同頻率的正弦聲波

答 2:語言有效開發了豐富的頻率信息,比如利用頻率調配不同語音(類似利用三原色的差異組合調配不同顏色)。「啊」音和「衣」音,雖然都聽上去很『純』,但無論哪個都是不同頻率『調和而成』的,或者說你可以將「啊」或「衣」各自分解為無數個頻率不同的正弦波。而這兩個音的差異,說到底就是頻率的差異分布決定的。最關鍵的是,這種差異影響語義:比如「媽」和「咪」就仰仗頻率分布區分彼此。

在上面的頻譜圖中聲音信號被分解,並被鋪在頻率的案板上。縱軸為頻率,橫軸為時間。『左』『中』『右』三欄分別對應『衣』、『烏』和『啊』三個音(先後發出了三個聲音)(在此還請各位語言學家寬恕我粗暴的簡化)在圖中,被分解出的正弦波的振幅大小對應墨色的深淺。而墨色的分布反映了複合波中,不同頻率區間的能量分布。可以看出,「衣」、「烏」、「啊」的能量集中區間是不同的。『衣』音的能量在最下方1000赫茲以下(標紅色F1處)、2000到4000之間(F2)等區間集中,與其他兩音不同。假如,我們砍去圖表上方(類似傳播中頻率差異衰減的效果),你會發現其實中間的「烏」音損失不大,而「衣」就慘了,因為使「衣」成為「衣」的高頻能量就會被砍掉。所以,要想「聲聞於天」,不妨學狼嚎-------「啊」「烏」———。

其實生活中,大家都懂,要想傳得遠,嗓門需飽滿。張大嘴,通過降低喉結拉長聲道(男生可以試試模仿壯男硬漢說話然後摸摸喉結),從而改變能量在不同頻率區間的分布。「聲如洪鐘」也是這個道理,「 洪鐘 」即大鐘(大者,共鳴頻率低也,於是降低了高頻區的損失風險)。《世本·作篇》:「 顓頊 命 飛龍氏 鑄洪鐘,聲振而遠。」

此外,像「思」和「詩」兩音的輔音(摩擦音)更是受不得長途奔襲的勞苦。會早早歇菜。因為,這些語音信號的能量更是選擇了不靠譜的高頻區間落戶。像「思」的輔音就是能力集中在4250赫茲,簡直就是自找衰減。正所謂:人未遠,「思」已減。

關於語言具體怎麼利用頻率的差異分布可以說幾節課,在此不再展開。若想深入了解的話可以查閱「聲源濾波理論」以及「共振峰」等相關資料。

總之,在大氣中增大傳播距離是對語音的摧殘!所以,假設其它因素一樣,分辨「距離音源較近但較弱的語音」,也會比分辨「距離音源較遠但較強的語音」更容易,即便總音量聽起來一樣。距離音源較近更有利於語音的分辨。

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腳註

1 這裡有個容易混淆的概念就是「頻率」與「基頻」。因此這裡說的頻率不可等同於那些與「基頻」相關的概念,如「音高」、「聲調」和「語調」。所以說,其實鋼琴上的每個鍵音也不是「頻率」唯一的聲波。雖然任何樂器上中央C上的A音符「基頻」都為440Hz,但此音符也是可分解為不同「頻率」的複合波。請參考維基「音高」與「基頻」條目

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參考

大英百科全書:吸收(聲音)

sound (physics) :: Sound absorption -- Encyclopedia Britannica

西蒙菲沙大學:聲音的傳播

Sound_Propagation

維基百科:共振峰

共振峰

Brüel Kj?r 在線詞典:聲音在空中的衰減

Dictionary - Brüel Kj?r

Henning Reetz and Allard Jongman. (2009). Phonetics: Transcription, Production, Acoustics, and Perception. Wiley-Blackwell, pp.105-201.

以及許毅老師的精彩課堂。

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為了紀念考前和同伴們一起經歷的學習、辯論與掙扎。 感謝閱讀!


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