常在粉專寫F4、A4等等專有名詞，總會有人問這到底是什麼意思，F4不是流星花園的四個主角，A4也不是影印機用紙的常用規格，它們在這指的是某個特定的音高。

音高由振動的頻率決定，頻率愈快、音高愈高。會是C、D、E、F、G、A、B加上數字來表示某個特定音高，是借了音樂上鋼琴的琴鍵配置所致。

A4指的是鋼琴上第四個八度音的A，在ISO的標準中，這個A4的音高訂為440Hz，每秒振動440次。這裡的440Hz指的是這個音彈下去所出現的最低振動，稱為基音，其上還會有整數倍數的泛音，泛音決定了音色，語言性也包含在內，基音決定了音高。(音高頻率表：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9F%B3%E9%AB%98)

光這個A4=440Hz就有許多故事可講，這標準是20世紀的產物，早在18世紀這音高的頻率沒這麼快，到了19世紀愈調愈快，最後又在20世紀時拉回來一些，而訂在440Hz，被陰謀論者視為納粹的洗腦頻率。

男聲、女聲聽到鋼琴上的C4，其實會發的不一樣高，卻以為一樣高！？

這大家可以下載Tunner這種App玩玩看(https://play.google.com/store/apps/details?id=com.stonekick.tuner)，然後用鋼琴的APP彈個C4，你會發現女聲會發出C4的音高，男聲卻發的是C3，低了一個八度。有趣的是，直覺上男生與女生卻都會覺得對方發的音高跟自己一樣高。

這件事，我找了許多資訊都沒有找到解釋，只能推論看看。有看過一個影片說，其實人類的相對音感是個進化後的產物。相對音感，是指當音樂移調之後，人類仍會覺得是同一首曲子的大腦換算能力。所以，到KTV唱歌，我們會升降KEY，也還是覺得是同一首歌。

其它動物就不是了，鳥類的聽覺不同的音高、相同的旋律，對牠們來說是不同的兩個曲子，無法換算成同一個旋律。而人類有了這個功能，也代表對絕對音感的音高辨識會退化，相對無法確定一個音的絕對高度，所以，男女聲發聲差了八度，大部份人會視為相同的音高。

我女兒有絕對音感，她發生過聽一首被抄襲的歌，因為移了調，使她一時間沒聽出來是同樣的旋律。有了絕對音感，對相對音感的能力往往會下降，兩者間會有些衝突在。

混亂的音高訂名？最好以鋼琴的音高定義來說明！

小時候在合唱團，老師會說：“你們這個1點mi，沒上去。“

這個講音高的方法也常用，中間八度，就直接Do、Re、Mi，高一個八度就叫1點什麼，低一個八度，就叫低音什麼。可是，也不是個清楚的說法，調性有首調與固定調，首調是以曲子的調性為主，換算成新的Do、Re、Mi，而固定調則以C大調為固定。

說到這有些複雜了，總之呀！以音高的角度來看，用C4、A4這種說法會真的精確，往下談也好談，大家定義就會一致了。

定義好音高，發聲的生理現象就好說明與音高間的關係！

我常會寫到發聲的兩個關卡，第一關男聲F3～A3，女聲F4～A4；第二關，男聲D4～G4、女聲A4~D5。前者，是說話常用音高與唱歌需用音高的交界處；後者，是叫”換聲區“、”轉聲區“，指的是聲帶可以拉長或不拉長皆能處理的交界區。

這是個人類的發聲生理現象，到了某些音高自然會出現的天險，當然，每個人聲帶的長短厚薄不同，區間的落點也會有些差異，但大體而言，平均值上就落在這個區域了。

人的音域有多寬！？

成年男性與女性大概都有42～43個半音，這是有研究實證過的，大體上的音域男性可在C2～G5，女性可在D3～A6，這極限值了，每個人不同。以前愛飆高音，有陣子音域可到A1～A5，四個八度寬。後來，就不那麼愛飆，現在大概是D2～G5，前幾天唱了一下安德烈洛依韋伯的音樂劇萬世巨星耶穌基督的選曲Gethsemane，最高音G5還唱的上去，呵呵。

有在用極限且用的得法，音域會寬些，不管高音或低音都會有一點出來，但其實是對聲帶有些損傷的，跟運動一樣，好的運動表現，其實運動並非全然健康，而是達到了損害與修補的平衡，就會特別強壯。

但也代表了風險，哪時這平衡破壞了，就大傷了。運動生理學很大一塊在研究如何保持運動員的顛峰，這顛峰像走鋼索，一失衡就栽了。

極限音域寬就好嗎？！

還真不一定，每個人構造的關係，要能兩、三個八度的聲音都好聽，還真不容易，不管真音、假音哦，就是都好聽，這很吃天份的。

真音與假音還有強假音！？

玩音樂、唱歌的人會談的話題，相同的音高、音色卻明顯的不同，就給了真音、假音、強假音的定義。因為是主觀的感覺，所以這件事一個名詞、各自表述的多。

但的確在真音與假音上，明顯的在聲帶閉合度是有差異，良好緊緻的閉合聲音的中頻會多，聲音聽起來”真。若沒閉合好，低頻會突出，其它頻率則聲量不足，則會聽起來“假”。

那介於中間的強假音，就也是看閉合度的多寡了。所以，有個內視鏡的研究把這個閉合度多寡，加環甲肌在飆高音時的拉長，定義成M0、M1、M2、M3。(不是貨幣供給量哦！我的職業病)

如何控制音色的變化！?

除了真音、假音的關鍵變數～聲帶的閉合度外，口腔內部空間姿態與舌咽肩頸的鬆緊也會影響到音色呈現。原則，空間大一點，聲音洪亮一點，就是立體感增加。空間封閉一點，音色晦暗一點；空間開敞一些，音色明亮一些。

舌咽肩頸緊了，空間會窄，聲帶會強迫閉合，所以聲音會晦暗、沈重些，我稱為“吼聲”，在吼時，這種狀況特別明顯。

所以，人聲音色的變化，關鍵在口腔內部空間姿態與舌咽肩頸的鬆緊控制能力，能力愈好的，音色變化度愈高。

好了，本宮乏了...，大夥也看累了。

再講下去，要另外加錢了。

人工肌肉重大突破登上《Science》，多國科學家聯合實現全新驅動機理

作者 雷鋒網 | 發布日期 2021 年 02 月 11 日 0:00 |

2021 年，機器人已經「成精」了，公然吵架、組團熱舞再也不是人類專屬。在許多人心裡，機器人還是僵硬、機械甚至冰冷，即便如此，技術日新月異，柔性機器人快速發展，我們對機器人的刻板印象也該打破了。

科學家設計的軟體機器人外形可謂五花八門，比如：

磁場驅動的軟體機器人，看上去像花瓣。

會奔跑、能游泳、能舉重物的「小獵豹」。

可用於軍事行動的隧道快速挖掘機器人。

其實，軟體機器人的設計往往與一種智慧材料有關：人工肌肉。最近這領域中國科學家聯合美、韓、澳等多國學者有了新突破。

相比傳統人工肌肉，這次設計出的人工肌肉有無毒、驅動頻率高（10Hz）、驅動電壓低（1V）、高比能量（0.73~3.5J/g）、高驅動應變（3.85~18.6%）、高能量密度（高達 8.17W/g）特性。

奈米碳管線為何物？

2021 年 1 月 29 日，題為「Unipolar-Stroke, Electroosmotic-Pump Carbon Nanotube Yarn Muscles」（單極衝程、電滲泵奈米碳管線肌肉）的論文發表於著名學術期刊《科學》（Science）。

論文出自哈爾濱工業大學（複合材料與結構研究所）、江蘇大學（智慧柔性機電研究所）、常州大學（江蘇省光伏科學與工程協同創新中心）、美國德州大學達拉斯分校、伊利諾大學厄巴納香檳分校、南韓漢陽大學、首爾大學、澳洲臥龍崗大學、迪肯大學等團隊。

論文題目有個看起來高深的詞「奈米碳管線」（Carbon nanotube yarns）。談研究細節前，先來解決一個問題：奈米碳管線為何物？

奈米碳管線源自奈米碳管，這是具特殊結構的一維量子材料，徑向尺寸為奈米量級、軸向尺寸為微米量級、管子兩端基本都有封口。外形上，它是由呈六邊形排列的碳原子構成的數層同軸圓管，層與層之間的固定距離約 0.34 奈米，而圓管的直徑一般為 2~20 奈米。

據了解，奈米碳管為一維奈米材料，重量輕、有完美連接結構，因此有獨特力學、電學、化學性能。基於這些特性，奈米碳管線也應運而生。據字面意思可知，這是透過拉伸和鬆弛、碳基奈米管纖維製成的緊密絞合線。

不同於普通線，奈米碳管線其實是種超導體，還可當電池使用。早在 2011 年，德州大學就與美國企業展開合作，致力將奈米碳管線推向市場。

2017 年，德州大學達拉斯分校又研製出名為 Twistron 的奈米碳管線。

研究團隊的李娜博士受訪時表示：

這些線本質上是種超級電容器，但無需外加電源充電。因奈米碳管與電解質的化學電勢不同，當線浸入電解質時，一部分電荷會嵌入。線拉伸時，體積減小，使電荷相互靠近，電荷產生的電壓增高，從而獲得電能。

2014~2016 年，哈爾濱工業大學博士生楚合濤至德州大學達拉斯分校接受訓練，正是自那時起，哈爾濱工業大學冷勁松教授課題組與德州大學達拉斯分校 Ray H. Baughman 教授課題組，開始了有關奈米碳管線人工肌肉的研究。

這次正是博士畢業生的楚合濤為論文共同作者之研究。

人工肌肉性能達到新突破

那麼，奈米碳管線和人工肌肉之間，又有什麼關係？

論文介紹，滲透離子（不論正負）會影響著長度、直徑的變化，因此奈米碳管線可用作電化學致動器。據悉，奈米碳管線人工肌肉是典型的智慧材料，主要透過熱、電化學兩種方式驅動，兩種驅動方式有差別。

根據熱力學定律，熱驅動受卡諾循環效率（Circulation efficiency in Kano，一高溫熱源溫度 T1 和一低溫熱源溫度 T2 的簡單循環）制約──比電化學驅動能量轉換效率更高，有更廣闊的應用前景。

基於這點，研究團隊構建全固態肌肉（all-solid-state muscle）。透過向線滲透帶電聚合物，纖維開始部分膨脹，隨著離子損失長度會增加，增加肌肉的總衝程。

哈爾濱工業大學表示，研究人員首次發現透過聚電解質功能化的策略，可達成人工肌肉智慧材料的「雙極」（Bipolar）驅動轉變為「單極」（Unipolar）驅動（如下圖），同時發現人工肌肉隨電容降低、驅動性能增強的反常現象（Scan Rate Enhanced Stroke，SRES）。

研究人員發現這些效果：

做到單一離子嵌入、嵌出的「單極」效應，解決「雙極」效應反向離子的嵌入、嵌出引起的性能降低問題，提高工作效率與能量密度等性能；

人工肌肉隨掃描速率增加，驅動性能增加，解決了傳統人工肌肉驅動性能的電容依賴性問題。

哈爾濱工業大學認為：

此重要突破解決了人工肌肉驅動性能的電容依賴性問題，為後續設計具有無毒、低驅動電壓的高性能驅動器提供新的理論基礎。

值得一提的是，此突破在空間展開結構、仿生撲翼飛行器、可變形飛行器、水下機器人、柔性機器人、可穿戴外骨骼、醫療機器人等領域有巨大的應用潛力。

關於作者

早在 1990 年代初，哈爾濱工業大學複合材料與結構研究所就確立智慧材料與結構的研究方向。哈工大在這領域的探索離不開一個名字──冷勁松。

冷勁松畢業於哈爾濱工業大學複合材料專業，2004 年起擔任哈工大航天學院複合材料與結構研究所教授、博班導師。

1992 年起，冷勁松就開始開展智慧材料系統和結構的研究，主要研究方向包括智慧材料系統和結構系統、光纖傳感器、結構健康監控、複合材料結構設計和工藝技術、可變翼飛行器、結構振動主動控制、光纖通訊和微波光電子器件、微機電系統等等。

另外，冷勁松也在 International Journal of Smart & Nano Materials 擔任主編，《Smart Materials & Structures》和《Journal of Intelligent Material Systems and Structures》等國際雜誌擔任副主編。2006 年入選中國教育部新世紀優秀人才計劃，2007 年入選長江學者特聘教授，2018 年當選歐洲科學院物理與工程學部外籍院士（Members of the Academia Europaea）。

論文通訊作者之一正是冷勁松。

2020 年 3 月 4 日，冷勁松教授團隊與美國馬里蘭大學 Norman M. Wereley 教授團隊的共同研究成果發表於國際著名期刊《Soft Robotics》，展示受象鼻啟發、可伸展／收縮的氣動人工肌肉基礎上設計的新型彎曲螺旋可伸展／收縮氣動人工肌肉（HE-PAMs / HC-PAMs）。

這次研究，將使團隊在人工肌肉方面的探索更深入。

資料來源：https://technews.tw/2021/02/11/unipolar-stroke-electroosmotic-pump-carbon-nanotube-yarn-muscles/

http://line.me/ti/g/vy9UEzsQNy
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