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測測看,你的耳朵幾歲了?

電磁波、七色彩虹和 65 歲早餐店老闆的故事!

      

🎶 這是好和弦的「音律的故事」系列的第 1 篇文章,總共有 6 篇。

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歡迎來到好和弦的「音律的故事」系列文章!在接下來的文章系列,我會用連續幾篇文章,深入探討關於聲音頻率的問題。像是:

  • 我們可以聽到的頻率範圍有多寬?
  • 我們感知聲波和光波的方式有什麼不同?
  • Do Re Mi Fa Sol La Si 是怎麼來的?為什麼這些音是這麼高?是誰決定的?
  • 為什麼我們可以有好幾個明明就是各種不同高度的音,但是卻可以有同一個名字?

……之類的事情。這些都是比較進階的話題,我會建議你至少先去看過「泛音列」和「音不準的鋼琴」這兩篇文章或影片再回來這裡喔!

在系列文章的第一篇,我們要聊聊電磁波、顏色和聲音的「光譜」,以及測試看看你的耳朵幾歲了。

電磁波

不過在說聲音的頻率之前,我們要先來聊聊電磁波的頻率。

我們描述電磁波頻率的用語,跟描述聲音一樣,都是使用「赫茲」(Hz)這個單位。人類日常生活中使用的電磁波頻率,可以低到像是某些無線電波的 3,000 Hz,高到機場海關檢查包包用的 X 射線的 30,000,000,000,000,000,000 Hz。

在超級寬廣的電磁波頻率範圍當中,只有其中一小段頻率是眼睛可以偵測到的,我們把這個範圍內的電磁波叫做「可見光」。基本上我們每天睜開眼睛看到的所有東西,都是周遭物體發出或反射的、一段特定頻率的電磁波。

可見光的頻率範圍大約是 400,000,000,000,000 Hz 到 790,000,000,000,000 Hz 左右,如果不喜歡寫太多 0 的話,也可以寫成 400-790 THz。當眼睛接收到這個頻率範圍之內的電磁波,就會把它的頻率回報給大腦,然後大腦就會覺得它「看」到了一個顏色。

沒錯,我們每天看到的多彩世界,其實就只是大腦偵測到周遭的電磁波之後,產生的幻覺而已。

紅橙黃綠藍靛紫

接著,人類把剛剛提到的 400-790 THz 的頻率,選擇了其中一些範圍將它們取名字,這樣我們就可以互相溝通眼睛所偵測到的電磁波頻率了。例如,我們把大約 400-484 THz 的電磁波叫做「紅色」,而 606-668 THz 的叫做「藍色」等等。

到這裡為止,你可能會注意到兩件有趣的事:

第一件事是,每種顏色名稱對應的頻率範圍並不一樣寬。像是我們把 526-606 THz 這麼大一片範圍都叫做「綠色」;但是「黃色」的範圍卻只有短短的 508-526 THz 而已。

算是「綠色」的範圍超寬,但「黃色」的範圍超窄
算是「綠色」的範圍超寬,但「黃色」的範圍超窄

第二件事是,這個分類中並沒有包含七色彩虹中的「靛色」。這是因為牛頓當時對「藍色」(blue)和「靛色」(indigo)的理解,已經跟現代慣用的說法不同了。他當時所指的「藍色」,實際上更接近我們現在所說的「青色」(cyan),而「靛色」才是比較接近現在說的「藍色」。

左:牛頓說的「藍色」| 右:牛頓說的「靛色」
左:牛頓說的「藍色」| 右:牛頓說的「靛色」

沒錯,把顏色分成「紅橙黃綠藍靛紫」七種色彩的說法,以及「光譜」這個字都是牛頓發明的。

牛頓在 1704 年還寫了一本叫做「光學」的書,在書中他不只畫了一個顏色表,而且還把顏色跟音樂上的 C D E F G A B 七個音符(很牽強地)連上關係。

據說牛頓選擇把主要顏色定義成七種的其中一個原因,就是因為音階上有 C D E F G A B 七種音名,當然還有其他的原因啦,不過這就超出本文的討論範圍了。

你的耳朵幾歲了?

不過不要可見光超大的頻率數字嚇到了,雖然 400,000,000,000,000 Hz 到 790,000,000,000,000 Hz 看起來是超級廣的頻率範圍,但是如果從比例的角度來看,人眼可見光的頻率範圍,從最低到最高其實大約只有 1:2 的差異。

相較之下,如果對照人耳可以聽到的聲音範圍,在大部份的教科書幾乎都是寫 20 Hz 到 20,000 Hz。這表示我們耳朵能聽到的最低頻率和最高頻率之間,差距可是有 1000 倍!所以從比例的角度來看,人可以感知的聲音頻率範圍,是比視覺上要來得寬廣得多的。

雖然說,「人可以聽到 20 Hz 到 20,000 Hz」的這個說法,只是生物課本上寫的樂觀估計而已啦!實際上,人的聽力,尤其是對高頻率的靈敏度,會隨著年齡增長而衰退。我今年 38 歲,我現在能聽到的最高頻率大約只在 15,000 Hz 左右而已了;但我有在我的小朋友學生上測試過,大部份 12 到 15 歲的小朋友都可以聽到 18,000 Hz 或更高。

想知道你可以聽到的最高頻率是多少嗎?請使用下面的頻率產生器,按「開始」按鈕讓它發出聲音後,拉動橫向滑桿調整頻率,小心不要把耳機或喇叭開太大聲喔!

幾歲時應該能聽到多少 Hz 的聲音,並沒有一定的標準,以下的列表只是大略參考:

  • 所有聽力正常的人,應該都能夠輕鬆聽到 8,000 Hz 的聲音。
  • 12,000 Hz 以上的聲音,超過 50 歲的人已經很難聽到。
  • 15,000 Hz 以上的聲音,超過 40 歲的人已經很難聽到。(我可以確認這一點)
  • 17,500 Hz 以上的聲音,大部分 18 歲以上的人是聽不到的。

65 歲的早餐店老闆

如果你覺得光聽像這樣子的單一頻率,還是沒有辦法感受到老人們聽不清楚高頻率聲音的痛苦的話,最後我來幫你做個簡單的模擬好了。

如果你是一個 15 歲的早餐店老闆,客人在跟你點餐的時候,可能會聽起來類似像是這樣子:

但是如果你連續賣了早餐五十年,到了 65 歲的時候,客人點餐的聲音可能會變成類似這樣子:

所以,以後如果你跟 65 歲的早餐店老闆點餐,然後他一直聽不懂你在講什麼的話,你就應該比較可以體會他的痛苦了。

待續:怎麼幫聲音取名字?

那麼,我們在聲音上,是不是可以比照對可見光的處理方式一樣,把人可以聽見的聲音頻率範圍切成幾個區塊,然後直接幫每一個區塊取名字就好呢?聲音光譜的分割問題,遠比想像中更複雜,我們就只好下篇文章再繼續啦!

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