【Ann To】生物聲學:常用眼睛看聲音的學科
當筆者還在等待大家參與噪鵑和珠頸斑鳩的小調查的同時,先看看其他有趣的方面,亦藉此時間讓大家初步了解生物聲學(bioacoustics)。
生物聲學故名思義,是研究有關生物所產生的聲音(biotic sound)。另外有由非生物所至的聲音,包括自然的風聲、水聲、樹木隨風搖擺而成的聲音等等;亦有人為噪音(anthropogenic noise),例如是車聲及機械聲。而聲景(soundscape)便是包括了當刻的全部聲音,不論聲音本身是如何產生的。
要談論生物聲學,就先要認識頻譜圖(spectrogram)及波譜圖(waveform)。它們都是認識及研究生物聲學的大門,是把聲音視覺化後的圖像,從而得知聲音的頻率及音量。頻譜圖是用於查看聲音頻率(frequency),而波譜圖則是振幅(amplitude),兩者都是會隨時間改變。當振幅越小,在波譜圖看到的訊號就會越弱。
人可以聽到的頻率主要為20 – 20000 Hz,會因性別及年齡而略有不同。不過很多動物可以使用此段以外的頻率。在頻譜圖協助下,而錄音機可以收錄的更高頻率的話,就可以讓我們看見聽不到的聲音(非靈異)。
當多過一種聲音在同一時間出現,這便是掩蔽效應(masking effect)。不論它們的頻率重疊與否,已經構成掩蔽效應,只是頻率亦重疊的話會更難分辨到聲音。舉個例子,你可以聽到車輛行駛的聲音,同時亦聽到雀鳥或是蟬鳴,某些情況可能會較困難去集中聆聽其中一種聲音,但你依然可以清楚分辨出是兩種不同的聲音。
相信大家曾經在很嘈雜的環境說話,但你有否留意到自己是怎樣做去令聆聽的一方聽到你的說話?為在掩蔽效應下用聲音溝通,動物會改變自身聲音的頻率、聲量,或是在其他時間鳴叫,以確保自己的聲音可以被另一方聽到,這個現象稱為隆巴德效應(Lombard effect)。大量的研究已證實不同的動物均會有這個反應,包括人、貓、海洋哺乳類、魚類、鳥類、昆蟲等等。動物在人為噪音下如何溝通及有什麼影響,目前仍然是動物行為學及城市生態學的熱門課題。當然聲音本身可以改變的幅度受限於自身的發聲部份,例如我們人類都不可能突然使用超聲波說話。
不過在更深入探討生物聲學當中各項課題之前,筆者先以其中一小段在香港錄得的聲景作為切入,盡量以有趣的例子及方式與大家一起了解此沉悶的範疇。
此段錄音是在香港某有保育工作的農地錄得,都是昆蟲所發出的聲音。上面提到掩蔽效應,大家可以在這段聲景中體驗到。如果單單只聽聲音而不把其圖像化,會很難清楚地分辨出各種聲音。你可能可以輕易地聽到當中有三至四種蟲鳴,卻很難清楚地說出是至少八種蟲同時在鳴叫。在此使用頻譜圖再配合生物聲學軟件抽出聲音,就可以清楚看到和聽到每一種蟲鳴,以及同時「嘈親大家對耳」和「嘈親大家對眼」。
這段短短的錄音還有另一個有趣的現象,你可以發現到每一種昆蟲都有自己獨特的頻率,就好像夾心餅一樣分層互不侵犯。之前有提到掩蔽效應及隆巴德效應,這個使用頻率上的分層現象便是生物在競爭、演化、淘汰等的作用下而形成的混沌結果。要再次指出的是,動物亦可以選擇其他時間鳴叫,以避免自己的聲音被掩蔽。例如這段錄音的同一地點及同一個晚上,但在不同時間錄音的頻譜圖都會有不同。要留意的是,當中有可能有聲音被使用同頻率但聲量較大的聲音所掩蔽,因此需要透過查看全段錄音不同的時間去確認,絕對不能斷章取義。(Figure 1: 在同一個晚上但不同時間的頻譜圖。)
算是題外話,筆者想以著名作品《寂靜的春天》(Silent Spring)作為此博客文的完結。不知道在大家聆聽上方的錄音時,覺得很悅耳還是吵耳?不論你的答案是什麼也好,你願意試想像這個地方的生物聲音,包括蟲鳴及鳥語等等全部都突然消失了,之後不再出現,會有怎樣的感覺?
參考:
- Bradbury JW & Vehrencamp SL. 2011. Principles of Animal Communication. (Second Edition). Sinauer Associates Inc., Sunderland, USA.
- Brumm H & Slabbekoorn H. 2005. Acoustic communication in noise. Advances in the Study of Behavior, 35, 151–209.
- Roca IT, Desrochers L, Giacomazzo M, Bartolo A, Bolduc P, Deschesnes R, Martin CA, Rainville V, Rheault G, Proulx R. 2016. Shifting song frequencies in response to anthropogenic noise: a meta-analysis on birds and anurans. Behavioral Ecology, 27, 1269–1274.
- Shannon G, McKenna MF, Angeloni LM, Crooks KR, Fristrup KM, Brown E, Warner KA, Nelson MD, White C, Briggs J, McFarland S, Wittemyer G. 2016. A synthesis of two decades of research documenting the effects of noise on wildlife. Biological Reviews, 91, 982-1005.
- Slabbekoorn H. 2013. Songs of the city: noise-dependent spectral plasticity in the acoustic phenotype of urban birds. Animal Behaviour, 85, 1089-1099.