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Jun 09, 2023

Forschung zu den wichtigsten akustischen Eigenschaften der Klanglandschaften der klassischen chinesischen Gärten

Scientific Reports, Band 13, Artikelnummer: 12642 (2023) Diesen Artikel zitieren. Details zu Metriken. Klanglandschaften haben bei der Gestaltung und dem Bau klassischer chinesischer Gärten eine wichtige Rolle gespielt. In

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 12642 (2023) Diesen Artikel zitieren

Details zu den Metriken

Klanglandschaften haben bei der Gestaltung und dem Bau klassischer chinesischer Gärten eine wichtige Rolle gespielt. In der klassischen chinesischen Poesie sind Biophonien wie Vogelrufe und Geophonien wie Wind die bevorzugten Klangquellen. Obwohl diese Hauptschallquellen von Wissenschaftlern ausführlich kategorisiert und zusammengefasst wurden, wurden nur wenige Untersuchungen durchgeführt, um die physikalischen Eigenschaften und die Präferenzmatrix dieser bevorzugten Schallquellen zu analysieren. Darüber hinaus hat die wahrgenommene Lautstärke von Geräuschen in klassischen chinesischen Gärten von Wissenschaftlern mehr Aufmerksamkeit erhalten als die akustische Frequenz. In dieser Studie haben wir auf der Grundlage umfangreicher Literaturrecherchen zur klassischen chinesischen Poesie 12 Klangquellen ausgewählt, die am häufigsten in klassischen chinesischen Gärten vorkommen, und entsprechende Audiobeispiele aus der Soundeffektbibliothek der BBC erworben. Durch Spektrogrammanalysen, Tonhöhenerkennungsalgorithmen und LSTM-Audioklassifizierungsmethoden wurden die Schallquellen in diskrete Schallquellen mit Tonhöhenvariation und kontinuierliche Schallquellen mit spektralen Eigenschaften von weißem Rauschen oder rosa Rauschen klassifiziert. Die Gründe für die Bevorzugung dieser beiden Arten von Schallquellen wurden anschließend aus der Perspektive der körperlichen und geistigen Heilung diskutiert, was dazu beitragen soll, Perspektiven für die damit verbundenen Auswirkungen auf die Planung städtischer Grünflächen zu schaffen.

Der Begriff „Klanglandschaft“ wurde erstmals von Murray Schafer in seinem 1997 veröffentlichten Buch „The tuning of the world“ geprägt1,2. Im Jahr 2014 hat die Internationale Organisation für Normung die Definition der Klanglandschaft systematisch ausgearbeitet: „akustische Umgebung, wie sie von einer oder mehreren Personen im Kontext wahrgenommen oder erlebt und/oder verstanden wird“3. Es definierte auch die konstituierenden Elemente der Klanglandschaft als Klangelemente, Umgebungselemente und Audioempfänger. Zu den physikalischen Eigenschaften des Klangs gehören Lautstärke, Tonhöhe und Klangfarbe. In der Disziplin der Klanglandschaftsökologie wird Klang in drei verschiedene Typen eingeteilt: Biophonien, Geophonien und Anthrophonien4,5.

Klassische chinesische Gärten spiegeln die tiefe metaphysische Schönheit der chinesischen Kultur in sorgfältiger Gartengestaltung wider und sind ein bedeutender Bestandteil des Weltkulturerbes. Bei der Schaffung klassischer chinesischer Gärten wird großer Wert auf die Schaffung eines multisensorischen Erlebnisses durch die Sinneslandschaft gelegt, wobei die Klanglandschaft eine entscheidende Rolle spielt6. Frühe Studien haben eine bemerkenswerte Kontinuität bei der Übernahme ähnlicher Klanglandschaften und Klangquellen in klassischen chinesischen Gärten gezeigt7. Die meisten dieser Studien lieferten jedoch nur eine Zusammenfassung und Kategorisierung, ohne die physikalischen Eigenschaften dieser Schallquellen und die Gründe für die Präferenzmatrix weiter zu analysieren.

Der Großteil der Klanglandschaftsforschung konzentriert sich auf die Lautstärke, obwohl zu den physikalischen Eigenschaften des Klangs auch Frequenz, Klangfarbe und Dauer gehören. Wissenschaftler haben darauf hingewiesen, dass die Bewertung der Klanglandschaft, sobald die Lautstärke des Tons innerhalb der Komfortzone der Menschen bleibt, hauptsächlich von der Art der Tonquelle und den persönlichen subjektiven Vorlieben abhängt, während der Einfluss von Tonfrequenz, Klangfarbe und anderen physikalischen Eigenschaften auf die Präferenz ignoriert wird8,9 . Trotz des tiefgreifenden Einflusses von Frequenzattributen auf die menschliche Klangwahrnehmung und der zunehmenden Anerkennung ihrer therapeutischen Wirkung auf das körperliche und geistige Wohlbefinden10 gibt es in diesem Bereich nach wie vor relativ wenig relevante Forschung. Viele Wissenschaftler verwenden Schalllandschaftsdaten in Kombination mit Theorien und Methoden der Soziologie, Psychologie oder Physiologie, um die Schalllandschaft zu bewerten. Einerseits kamen Hunte und Jo usw. zu dem Schluss, dass das Geräusch von Wasser, Wind, Vögeln und anderen natürlichen Geräuschen heilende Wirkung auf den Menschen hat, erforschten jedoch den Heilungsmechanismus dieser Klanglandschaften nicht eingehend; Andererseits11,12 standardisiert Casc detailliert den Standard für die Verwendung der Frequenzeigenschaften von Schall zur Messung der Artenvielfalt und erörtert die Rolle der Schallfrequenz bei der Untersuchung der Artenvielfalt13. Diese Studie nimmt die 12 am häufigsten aufgezeichneten Klanglandschaften in klassischen chinesischen Gärten als Forschungsobjekt, analysiert ihre Frequenzeigenschaften, diskutiert ihren Heilungsmechanismus und bietet eine Frequenzperspektive für die Untersuchung des Heilungsmechanismus von Klanglandschaften. Die Audiodaten für diese identifizierten Klanglandschaften stammen von der BBC Sound Effects-Website und ermöglichen eine akustische Analyse, die sich ausschließlich auf die Frequenzdimension konzentriert und gleichzeitig den Einfluss der physikalischen Variablen Lautstärke abschwächt. Durch die Analyse von Schallspektrogrammen teilten Bai et al.14 Schall basierend auf der Schalldauer in zwei Typen ein: diskret und kontinuierlich. Diskrete Klänge werden in der Regel mit musikalischen Melodien in Verbindung gebracht; Eine Melodie besteht aus zwei oder mehr Tönen, bei denen es sich um diskrete Stimmereignisse mit der Tonhöhe 15 handelt. Kontinuierlicher Schall hingegen bildet durch Methoden wie die Fourier-Transformation16 ein Spektrogramm. Das Spektrogramm ist die Grundlage für die Unterscheidung zwischen farbigem Rauschen und weißem Rauschen17. Nicht jeder Lärm ist gesundheitsschädlich. Rosa Rauschen und weißes Rauschen können eine beruhigende Wirkung haben, indem sie störende Geräusche aus der äußeren Umgebung ausblenden und so die Aktivierung der Gehirnaktivität hemmen, was sich in der geringeren Komplexität von Elektroenzephalogramm-Aufzeichnungen (EEG) zeigt18.

Die alte chinesische Kultur legte großen Wert auf die Klangwahrnehmung. Wenn in alten chinesischen Redewendungen die Wörter „Ohr“ und „Auge“ zusammen in einem Idiom erwähnt werden, steht das Wort „Ohr“ immer vor dem Wort „Auge“. Der Ton kommt zuerst und die Form folgt. Klanglandschaften wurden auch in verschiedenen alten Texten aufgezeichnet. Wu et al.6 haben eine umfangreiche Literaturrecherche über die Klanglandschaft im „Buch der Lieder“ (auch bekannt als „Shijing“) durchgeführt und herausgefunden, dass 86 der 305 Gedichte im „Buch der Lieder“ Klanglandschaften beinhalten.

In klassischen chinesischen Gärten ist die Schaffung und Gestaltung von Klanglandschaften eine sorgfältige und bedeutende Kunstform mit langer Geschichte. Tang et al.19 haben eine umfassende Literaturrecherche zur Klanglandschaft in „Yuanye“, der ersten umfassenden Monographie über Gartenkunst in China, durchgeführt. Sie fanden 21 Beschreibungen von Klanglandschaften, wobei Biophonien (z. B. Vogelrufe) am häufigsten aufgezeichnet wurden, gefolgt von Geophonien (z. B. Wasser- und Windgeräusche) und schließlich Anthrophonien (z. B. Gesang und Musikdarbietung). Xie und Ge7 führten außerdem eine Literaturrecherche zu den wichtigen zeitgenössischen Werken klassischer chinesischer Gärten durch und fanden eine ähnliche Rangfolge der Klanglandschaften basierend auf ihrer Häufigkeit des Auftretens20,21,22,23,24,25.

Obwohl sich die Menschen der Antike nicht systematisch relevante akustische Theorien und Technologien aneigneten, zeigten sich ihr Verständnis und ihre Erfahrungen in der Beherrschung von Klanglandschaften bei der Gestaltung der Gartenlandschaft20,23. In bestehenden klassischen chinesischen Gärten gibt es viele bekannte Klanglandschaften. Im Garten des bescheidenen Verwalters hängt am „Pine Wind Pavilion“ (Songfengting) ein horizontales Banner mit der Aufschrift „Listen to the Pine Wind“, einem Auszug aus dem Gedicht „Ich liebe den Pine Wind, und der Innenhof ist bepflanzt.“ mit Kiefern. Jedes Mal, wenn ich das Geräusch höre, freue ich mich.“ Abb. 1a „Regenpavillon“ (Tingyuxuan) hat vorne einen Teich voller Lotusblumen und an der Seite sind Musa-Bäume und Bambus gepflanzt. Wenn Regentropfen auf diese verschiedenen Pflanzen fallen, lösen sie beim Zuhörer Reaktionen aus; Oftmals sind diese Reaktionen sehr individuell (dh sie unterscheiden sich von Person zu Person) (Abb. 1b und c). Das Chengde Mountain Resort verfügt über ein Gebäude, in dem man dem Wind lauschen kann, der durch einen alten Kiefernwald weht (Abb. 1d). Der „Orioles Singing in the Willow“ (Liulangwenying) ist ein Seeuferpark am südöstlichen Ufer des Westsees, der für die Vogelstimmen der Pirole bekannt ist (Abb. 1e). Der „Oktavbach“ (Bayinjian) im Jichang-Garten demonstriert kunstvolles Mauerwerk und schafft eine geschlossene Umgebung, die Geräusche von der Außenwelt isoliert und das Plätschern von Quellwasser verstärkt (Abb. 1f). Die Klanglandschaftsforschung konzentriert sich auf zwei Hauptaspekte: das Ziel Beurteilung der physikalischen Eigenschaften von Schall und die subjektive Bewertung der Schallwahrnehmung. Die meisten Untersuchungen zur Wahrnehmung von Klanglandschaften konzentrierten sich jedoch hauptsächlich auf die wahrgenommene Lautstärke, obwohl Frequenz und Klangfarbe gleichermaßen wichtige Komponenten der physikalischen Eigenschaften von Klang sind26. In diesem Artikel führten wir eine umfassende systematische Literaturrecherche zu verwandter Klanglandschaftsforschung durch und wählten 12 Klangquellen aus, die am häufigsten in klassischen chinesischen Gärten vorkommen. Anschließend haben wir die entsprechenden Audiobeispiele aus der Soundeffektbibliothek der BBC gesammelt, um diese 12 Audiobeispiele auf der Grundlage von Spektrogrammanalysen in diskrete und kontinuierliche Geräusche zu klassifizieren. Ihre Häufigkeitsverteilung wurde weiter mit dem Tonhöhenschätzungsalgorithmus und der LSTM-Methode zur Beurteilung des Rauschtyps eines neuronalen Netzwerks analysiert, die auf den Theorien der Klassifizierung von Musiktönen, Melodien und farbigem Rauschen basierte. Den Ergebnissen zufolge weisen die Frequenzverteilungseigenschaften diskreter Töne auf eine Tonhöhenänderung hin, während kontinuierliche Töne weißes oder rosa Rauschen aufweisen. Der Präferenzmechanismus für diese Schallquellen aus der Perspektive der Heilung und des gesundheitlichen Nutzens wird in diesem Artikel diskutiert. Diese Studie präsentiert einen neuartigen Ansatz, indem sie die physikalischen Eigenschaften und Präferenzmechanismen von Klanglandschaften in klassischen Gärten aus der Perspektive der Schallfrequenz erklärt. Die Innovation dieser Studie lässt sich in zweierlei Hinsicht beobachten.

Site-Fotos bestehender klassischer chinesischer Gärten mit unterschiedlichen Klanglandschaften. Eingefügte Bilder zeigen Klanglandschaftsvertreter der 6 in bestehenden klassischen chinesischen Gärten. Von links nach rechts: (a) Tingyuxuan; (b) Songfengting; (c) Liutingge; (d) Wanhesongfengdian; (e) Liulangwenying; (f) Bayinjian.

Erstens methodische Innovation: Die Nutzung neuronaler LSTM-Netze und Prinzipien aus der Musiktheorie zur Analyse von Audiodaten führte zur Entdeckung frequenzbasierter Merkmale, die von Einzelpersonen bevorzugt werden. Konkret wurde festgestellt, dass die Frequenzverteilung kontinuierlicher Schallquellen den Verteilungsmustern von weißem Rauschen und rosa Rauschen entspricht. Dieser Ansatz bietet eine einzigartige Methode zum Verständnis und zur Interpretation der Frequenzeigenschaften bevorzugter Klänge, d. h. diskrete Klänge weisen zwei oder mehr Tonhöhenvariationen auf. Zweitens eine theoretische Innovation: Die Studie bietet aus therapeutischer Sicht eine Erklärung dafür, warum Menschen sich zu Klängen mit diesen Frequenzmerkmalen hingezogen fühlen. Durch die Hervorhebung der potenziellen heilenden Wirkung dieser Klänge trägt die Forschung zur Verbesserung städtischer Grünflächen und zur Verbesserung des körperlichen und geistigen Wohlbefindens der Bewohner bei. Die Studie bietet eine frequenzbasierte Perspektive und dient als wertvolle Referenz für die Verbesserung akustischer Umgebungen in städtischen Grünflächen und die Förderung der allgemeinen Gesundheit der Bewohner.

In einer Studie von Xie und Ge7 wurden die Klanglandschaften in sechs wichtigen zeitgenössischen historischen Büchern über traditionelle chinesische Gärten sorgfältig untersucht: History of Chinese Classical Gardens27, History of Ancient Chinese Gardens28,29, Lingnan Garden Art30 und History and Culture of Xishu Memorial Gardens31. Bashu Garden Art32 und Xishu Garden33. Die Schallquellentypen wurden in 50 Nicht-Biophonien und 12 Biophonien klassifiziert. Die detaillierte Klassifizierung finden Sie in der Ergänzungsdatei 1. In dieser Studie haben wir auf der Grundlage der Zusammenstellungsergebnisse von Xie und unter Berücksichtigung sowohl der in Gärten vorkommenden Klanglandschaften als auch der in alten chinesischen Gedichten aufgezeichneten Klanglandschaften zwölf der häufigsten und repräsentativsten ausgewählt Klanglandschaftstypen als Schwerpunkt unserer Forschung. Dies sind: (1) Regen in einem Bambuswald, (2) Regen auf Musa-Bäumen, (3) Regen auf einem Lotusblatt, (4) Wind, der durch einen Kiefernwald weht, (5) Wind, der durch einen Bambuswald weht, ( 6) kleiner Bach, (7) Wasserfall, (8) Quelle, (9) die Rufe des Gemeinen Kuckucks, (10) Rufe des Indischen Kuckucks, (11) Rufe des Mandschurenkranichs und (12) Rufe des Pirols. Die 12 in diesem Artikel ausgewählten Geräuschtypen wurden basierend auf der Geräuschlandschaftsökologie klassifiziert, wie in Tabelle 1 dargestellt.

Die Audiodaten für die 12 identifizierten Soundscape-Kategorien in dieser Studie stammen ausschließlich von BBC Sound Effects, einem renommierten Soundarchiv-Website. Feldaufnahmen in klassischen Gärten wurden aus zwei Hauptgründen nicht zur Erfassung der Audiodaten eingesetzt. Erstens breiten sich die von demselben vibrierenden Objekt an verschiedenen Orten erzeugten Schallwellen durch das Medium Luft aus, was zu Lautstärkeschwankungen innerhalb der aufgezeichneten Schalldaten führt, während die Grundfrequenz konstant bleibt. Zweitens führen verschiedene Standorte häufig zu unterschiedlichen Störgeräuschen, die eine sorgfältige Verarbeitung, einschließlich Spurtrennung und Geräuschreduzierung, erfordern, um solche Störungen zu beseitigen und eine genaue Frequenzanalyse zu ermöglichen. Noch größere Herausforderungen stellt der Umgang mit Störgeräuschen dar, die bei Aufnahmen vor Ort entstehen. Um störende Geräusche zu beseitigen, wurden die folgenden Methoden zur Audiodatenverarbeitung eingesetzt. Um zufällige Tonstörungen zu vermeiden, die innerhalb bestimmter Zeitintervalle auftreten, wurde zunächst die Software Matlab 2021 verwendet, um automatisch Tonclips aus den Audiomaterialien zu extrahieren. Diese jeweils 1 Minute dauernden Clips wurden in 10-Minuten-Intervallen extrahiert, was insgesamt 34 Minuten sorgfältig ausgewählter Audiodaten ergab. Zweitens wurde die Software Cubase 8 zur umfassenden Rauschunterdrückung innerhalb der Sounddateien eingesetzt, um die Qualität der Zielsounds durch die Entfernung störender Elemente sicherzustellen. Schließlich wurde die Adobe Audition-Software verwendet, um die verarbeiteten Audiospuren zusammenzuführen, was eine optimierte Analyse der Frequenzeigenschaften des Klangs in nachfolgenden Schritten ermöglichte. Die durch diese Verfahren gewonnenen verarbeiteten Schalldaten gelten als geeignet für die Nutzung im Rahmen dieser Forschungsstudie.

Der Schallspektrograph erzeugt eine visuelle Aufzeichnung in Form eines Spektrogramms, das die Energieverteilung in Frequenz und Zeit beschreibt34. Die Energie des Klangs wird durch die Intensität der Farbe visualisiert, die diesen Klang repräsentiert. Daher haben lautere Töne mit mehr Energie tendenziell hellere, intensivere Farben35. Ein Äußerungsereignis ist definiert als die Zeitspanne zwischen dem Erscheinen und dem Ende eines akustischen Signals. Ein Beispiel für ein Klangspektrogramm und das Zeitbereichsdiagramm eines Äußerungsereignisses ist in Abb. 2 dargestellt.

Klangspektrogramm und Zeitbereichsdiagramm des Äußerungsereignisses. Eingefügte Bilder mit diskreten Tönen links und kontinuierlichen Tönen rechts. (a) Der gemeine Kukou; (b) Indischer Kukou; (c) Mandschurenkranich; (d) Pirol; (e) Wasserfälle; (f) Federn; (g) Kleine Bäche; (h) Wind weht durch den Bambuswald; (i) Wind weht durch den Kiefernwald; (j) Regengeräusche auf Musa-Blättern; (k) Regengeräusche auf Bambuswald; (l) Regengeräusche auf Lotusblättern.

Das Verfahren zur Tonhöhenschätzung kann in eine Einzelton-Tonhöhenschätzung und eine Mehrton-Tonhöhenschätzung unterteilt werden. Bei den in dieser Studie ausgewählten Klangproben handelt es sich ausschließlich um Schätzungen der Einzeltonhöhe. Importieren Sie das verarbeitete Beispielaudio in die Software Cubase 8, verwenden Sie das VariAudio-Plug-in, rahmen Sie den Bereich mit der höchsten Energiekonzentration entsprechend der Ergebnisanzeige ein und vergleichen Sie den umrahmten Bereich mit der richtigen Tonhöhenskala, um die Tonhöhe des Bereichs zu ermitteln die konzentrierteste Schallenergie.

Das Rauschsignal ist ein relativ komplexes Zeitreihensignal mit verschiedenen Typen. Es ist schwierig, Lärm mittels Spektrumanalyse zu klassifizieren, da die Genauigkeit zu sehr von der menschlichen Erfahrung abhängt.

Die Rauschklassifizierung erfolgt durch die Umwandlung von Rauschen in eine Reihe von Daten und die anschließende Durchführung einer digitalen Langsequenzklassifizierung, um die Art des Rauschens zu ermitteln. In diesem Artikel wird die auf dem Long Short-Term Memory (LSTM) basierende Rauschklassifizierungsmethode verwendet, ein LSTM-Neuronales Netzwerk für die Rauschklassifizierung basierend auf MATLAB aufgebaut, die Struktur des Neuronalen Netzwerks optimiert und mithilfe von Simulationsmethoden mehrere verschiedene Rauschsignaldaten generiert. Davon werden 70 % der Rauschsequenzen als Trainingssatz für neuronale Netze und 30 % als Testsatz zum Trainieren des neuronalen Netzes verwendet. Schließlich wird die Genauigkeit des neuronalen LSTM-Netzwerks unter Verwendung der tatsächlich bekannten Arten von Rauschdaten überprüft und analysiert, und schließlich wird die intelligente Identifizierung von Rauschsignaltypen auf der Grundlage des neuronalen LSTM-Netzwerks realisiert. Der in dieser Studie verwendete Code ist unter https://github.com/17872999/Scientific-Reports/blob/main/Sound%20classification zu finden.

Wie in Tabelle 2 gezeigt, können die 12 Schallquellen-Samples in zwei Typen unterteilt werden: diskret und kontinuierlich. Vier Audioaufnahmen wurden als diskrete Geräusche und acht als kontinuierliche Geräusche klassifiziert.

Durch die Verwendung des Frequenzanalyse-Markierungstools in der Software Adobe Audition CC 2019 zur Durchführung einer Spektralfrequenzanalyse der vier diskreten Schallquellen haben wir festgestellt, dass die einzelnen Lautäußerungen von Indischem Kuckuck, Kranich, Kuckuck und Pirol alle zwei oder mehr Tonhöhen haben Änderungen (Tabelle 3). Die Reihenfolge der Tonhöhenänderungen im indischen Kuckucksvogelruf ist #f3-♮f3-♮f3-d3, f3-e3-e3-#c3 (Abb. 3a); im Ruf des Mandschurenkranichs: be3 ↘ bg2 (Abb. 3b); im Ruf des Kuckucksvogels: #f2-#d2 (Abb. 3c); und im Pirolvogelruf: #g4- f4- #g4; e4- #c4- #d4- e4- #c4- #d4 (Abb. 3d).

Ergebnisse der Tonhöhenschätzung für jedes einzelne Klangbeispiel. (a) Tonhöhenänderungen im Ruf des Indischen Kuckucks; (b) Tonhöhenänderungen im Red-Crowned-Ruf; (c) Tonhöhenänderungen im Ruf des Kuckucksvogels; (d) Tonhöhenänderungen im Pirol-Vogelruf.

Zu den häufigsten farbigen Geräuschen gehören rosa Rauschen, weißes Rauschen, rotes Rauschen, orangefarbenes Rauschen, blaues Rauschen, violettes Rauschen, graues Rauschen, braunes Rauschen und schwarzes Rauschen. Die spektrale Leistungsdichtefunktion dieser Geräusche beträgt 1/f X, wobei X ein Maß dafür ist, wie schnell die Energie mit der Frequenz abfließt. Die „Farbe“ des Rauschens wird anhand der spektralen Leistungsdichte bestimmt36,37,38. Alle in dieser Studie analysierten kontinuierlichen Schallquellen gehören zum weißen und rosa Rauschen. Für weißes Rauschen beträgt sein relativer Einfluss pro Frequenzeinheit 1 (dh x = 1), daher ist die Verteilung der Frequenzkomponentenleistung von weißem Rauschen im hörbaren Bereich (0–20 kHz) gleichmäßig. Das menschliche Ohr reagiert empfindlicher auf hochfrequente Geräusche und weißes Rauschen klingt wie ein Rascheln. Die Energieverteilung des weißen Rauschens ist gleichmäßig und die spektrale Leistungsdichte hat keinen Zusammenhang mit der Frequenz39,40,41. In den acht kontinuierlichen Klangproben, die in dieser Studie ausgewählt wurden, gibt es zwei Quellen für weißes Rauschen, nämlich das Geräusch kleiner Bäche und das Geräusch des Windes, der durch den Kiefernwald weht. Rosa Rauschen unterscheidet sich vom weißen Rauschen dadurch, dass die Leistung seiner Frequenzkomponenten hauptsächlich in den mittleren bis niedrigen Frequenzbändern konzentriert ist, weshalb es oft als „angenehmes“ Rauschen angesehen wird14,42. Die Energie nimmt mit zunehmender Frequenz allmählich ab, normalerweise um 3 dB pro Oktave, was bedeutet, dass die Energieverteilung in der Oktave gleichmäßig gleich ist43. Die acht Klangproben wurden in Tabelle 4 als rosa Rauschen und weißes Rauschen klassifiziert.

Frequenzbasierte Klangprobentypen: Nach unseren Ergebnissen können die untersuchten Audioproben in zwei Klangtypen unterteilt werden: diskreter Klang mit Tonhöhenvariation und kontinuierlicher Klang mit Frequenzverteilungseigenschaften von weißem Rauschen oder rosa Rauschen.

Als Hauptelement der Musikkomposition wird die Melodie als eine Abfolge von Tonhöhen im Rhythmus definiert. Musikalische Klänge besitzen drei grundlegende Eigenschaften: Lautstärke, Tonhöhe und Klangfarbe. Daher muss eine Klangkomposition diese drei Elemente umfassen. Erstens sollte es einen hörbaren Ton erzeugen. Zweitens sollte es zwei oder mehr Musiktöne mit unterschiedlichen Tonhöhen umfassen. Schließlich sollten die einzelnen Töne von unterschiedlichen vibrierenden Objekten ausgehen, eine einzigartige Klangfarbe ergeben und so eine Melodie bilden. In dieser Studie wurden vier spezifische Vogelrufe ausgewählt, deren Frequenz und Lautstärke im hörbaren Bereich lagen und von Schallempfängern aufgezeichnet werden konnten. Darüber hinaus weist jeder Vogelruf zwei oder mehr auffällige Tonhöhenunterschiede auf. Schließlich stammen diese Vogelrufe von den Stimmorganen der Vögel und erzeugen durch ihre einzigartigen Schwingungsmuster Geräusche. Folglich erfüllen die vier in dieser Studie ausgewählten Vogelstimmen die notwendigen Kriterien für die Bildung einer melodischen Komposition. Wir können daraus schließen, dass die diskreten Klangquellen, die in der Klanglandschaft klassischer chinesischer Gärten vorkommen, alle melodische Eigenschaften haben.

Ball et al.44 schlugen vor, dass der Grund, warum Menschen Variationen in Musiktönen mögen, in der Balance zwischen Überraschung und Vorhersehbarkeit liegt. Aus psychologischer Sicht verlässt sich das menschliche Gehirn ständig auf interne Modelle, um Vorhersagen zu formulieren und externe, unklare Informationen zu beurteilen. Wenn es den plausiblen Zustand des Ergebnisses genau vorhersagt, nimmt die Übertragung und Produktion von Dopamin zu, was bei einer Person „Glücksgefühle“ hervorruft.

Die spektrale Leistungsdichte des weißen Rauschens ist im gesamten Frequenzbereich gleichmäßig verteilt und die von jedem Frequenzbereich getragene Energie ist grundsätzlich gleich45. Die Energie des rosa Rauschens konzentriert sich hauptsächlich auf die mittleren bis niedrigen Frequenzbänder. Den Ergebnissen der Datenanalyse zufolge handelt es sich bei sechs der acht kontinuierlichen Schallproben in dieser Studie um rosa Rauschen und zwei um weißes Rauschen. Das Geräusch, das ein Säugling im Mutterleib wahrnimmt, wird als weißes Rauschen bezeichnet. Studien haben gezeigt, dass weißes Rauschen einen erheblichen Effekt auf die Linderung von Stress hat. Weißes Rauschen und rosa Rauschen sind kontinuierliche monotone Geräusche, die unerwünschte Geräusche aus der äußeren Umgebung in Form von Resonanz unterdrücken. Aufgrund ihrer beruhigenden Wirkung werden weißes oder rosa Rauschen medizinisch zur Behandlung von Störungen wie geistiger Ablenkung, Tinnitus und Schlaflosigkeit eingesetzt42,46,47. Wir gehen davon aus, dass bei der Gestaltung und Schaffung von Klanglandschaften in klassischen chinesischen Gärten bewusst kontinuierliche Schallquellen ausgewählt wurden, da diese als weißes oder rosa Rauschen eine beruhigende und heilende Wirkung auf den Menschen haben.

Implikationen für die zeitgenössische Gestaltung von Klanglandschaften: Klassische chinesische Gärten zeigen die Meisterschaft, Geophonien und Biophonien zu nutzen, um angenehme Klanglandschaften zu schaffen, die von vielen geliebt und geschätzt werden. Die Geräusche von Wind, Regen, Wasser und Vogelstimmen erzeugen ein Gefühl natürlicher Wildnis, das Körper und Geist heilt. Im Allgemeinen haben Menschen eine angeborene Vorliebe für natürliche Geräusche wie das Rascheln von Blättern, das Rauschen des Windes, das Fließen von Wasser und den Gesang von Vögeln und Insekten. Die Frequenzen dieser Geräusche tragen dazu bei, Stress abzubauen und wirken sich positiv auf die Gesundheit aus. Die zeitgenössische urbane akustische Umgebung ist rau, dennoch schenken Planer und Designer der Geräuschkulisse städtischer Grünflächen weitaus weniger Aufmerksamkeit als Designer klassischer chinesischer Gärten. Die Gestaltung von Klanglandschaften in zeitgenössischen städtischen Grünflächen sollte sich auf die folgenden drei Aspekte konzentrieren:

Schutz und Schaffung von Lebensräumen für Tiere, die Lautäußerungen als Kommunikationsmittel nutzen.

Ökologische Planungs- und Entwurfsmethoden sollten so gestaltet werden, dass sie mehr Vögel, Insekten und andere lautstarke Tiere anlocken, um Biophonien einzuführen, die von vielen Menschen bevorzugt werden.

Schützen und schaffen Sie eine natürliche Umgebung, die hochwertige Geophonien bieten kann.

Durch die Auswahl und Konfiguration von Pflanzpaletten, die Wind- und Wassergeräusche mit den Eigenschaften von weißem oder rosa Rauschen ermöglichen, können Designer unerwünschte Geräusche ausblenden und gleichzeitig eine beruhigende akustische Umgebung schaffen, an der sich viele erfreuen können.

Erkennen Sie die Bedeutung von Schallfrequenzen in einer Klanglandschaft an.

Frühere Studien zu den Präferenzmechanismen von Klanglandschaften konzentrierten sich in der Regel auf die Lautstärke und bezogen selten die Frequenz ein, obwohl die Schallfrequenz die menschliche Wahrnehmung von Schall stark beeinflusst. Indem man die Vorliebe von Menschen für bestimmte Schallfrequenzeigenschaften untersucht, kann man dieses Verständnis in Designmethoden anwenden, um unangenehme Frequenzen bei der Klanglandschaftserstellung zu vermeiden oder zu dämpfen. Beispiele hierfür sind Vogelrufe, die keine Tonhöhenvariation aufweisen, wie Krähen und Möwen, sowie Regengeräusche, die nicht den Eigenschaften von rosa Rauschen oder weißem Rauschen entsprechen, wie etwa Regen, der auf Blech, Plastik und ähnliche Materialien trifft.

Optimierung ungünstiger akustischer Umgebungen durch die Einführung diskreter und kontinuierlicher Schallquellen.

In Umgebungen mit schlechten akustischen Bedingungen, in denen es nicht möglich ist, Lärmquellen zu beseitigen, insbesondere in Wohngebieten und Parks neben stark befahrenen Stadtstraßen, kann die Einführung diskreter Schallquellen mit unterschiedlichen Tonhöhen dazu beitragen, die Auswirkungen abzumildern. Beispiele für solche diskreten Schallquellen sind die Rufe von Kuckucken, Pirolen und Indischen Kuckucken. Diese Geräusche erregen die Aufmerksamkeit der Menschen und lenken ihre Aufmerksamkeit von anderen Geräuschen ab. Darüber hinaus kann die Einbeziehung kontinuierlicher Schallquellen mit Eigenschaften von rosa Rauschen oder weißem Rauschen wie Springbrunnen, Wasserfällen, Bambushainen, Kiefernwäldern, Lotusteichen und Bananenstauden von Vorteil sein. Diese Elemente tragen dazu bei, eine beruhigendere Umgebung zu schaffen, indem sie die Ausbreitung von Außenlärm reduzieren und durch übermäßigen Lärm verursachte Irritationen und Ängste lindern.

Die Klanglandschaft umfasst das Zusammenspiel zwischen Klang, Menschen und der umgebenden Umwelt. Derzeit konzentriert sich die Untersuchung von Klangelementen in Klanglandschaften hauptsächlich auf die Lautstärke, während die Frequenz außer Acht gelassen wird. Diese Forschung verdeutlicht jedoch das immense Potenzial der Schallfrequenz, sowohl das physische als auch das psychische Wohlbefinden des Einzelnen zu verbessern und die allgemeine Zufriedenheit mit der Klanglandschaft zu steigern. Daher ist es unerlässlich, frequenzbezogene Untersuchungen zu intensivieren, ausgefeiltere theoretische Modelle für die Klanglandschaftsforschung zu etablieren und die Nutzung von Frequenzkomponenten zur Linderung störender Hörumgebungen aktiv zu erforschen. Darüber hinaus sollte sich die zukünftige Forschung eingehender mit anderen akustischen Indikatoren wie der Klangfarbe befassen, um die Mechanismen, die die Präferenzen für Klanglandschaften steuern, umfassend zu verstehen.

Zukünftige Studien können auch erweitert werden, um Klanglandschaften einzubeziehen, die von anderen klassischen Gärten verschiedener Kulturen und Regionen der Welt bevorzugt werden, und um eine interkulturelle Vergleichsstudie mit den Klanglandschaften klassischer chinesischer Gärten durchzuführen, um den Einfluss der Kultur auf Klanglandschaftspräferenzen zu untersuchen.

Die in dieser Studie analysierten Audiobeispiele wurden aus der Soundeffekt-Bibliothek der BBC heruntergeladen und nicht live in klassischen Gärten aufgenommen. Aufgrund der Rauschunterdrückung des Audios ist die Abweichung der Audiodaten vom Live-Audio vernachlässigbar, im Feld aufgezeichnete Audiodaten können jedoch eine sinnvolle Ergänzung zu den Forschungsdaten sein.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium der National Natural Science Foundation of China (Nr. 32001365) unterstützt. SRJ erteilte die endgültige Genehmigung der zu veröffentlichenden Version und stellte sicher, dass Fragen im Zusammenhang mit der Genauigkeit oder Integrität eines Teils der Arbeit angemessen untersucht wurden und gelöst. Ho-Ting Liu war an der Übersetzung und dem Korrekturlesen der Arbeit beteiligt.

Hochschule für Landschaftsarchitektur und Gartenbau, Southwest Forestry University, Kunming, 650224, China

Wei Chen

Hochschule für Landschaftsarchitektur und Gartenbau, Southwest Forestry University, Kunming, 650224, China

Juanjuan Liu

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LJJ und CW trugen zur Konzeption und Gestaltung der Studie bei. CW war auch an der kritischen Ausarbeitung des Manuskripts für wichtige intellektuelle Inhalte sowie an der Erfassung, Analyse und Interpretation der Daten beteiligt. LJJ war auch an der Überarbeitung des Manuskripts und der Finanzierung beteiligt.

Korrespondenz mit Juanjuan Liu.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Chen, W., Liu, J. Forschung zu den wichtigsten akustischen Eigenschaften der Klanglandschaften der klassischen chinesischen Gärten. Sci Rep 13, 12642 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39457-z

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Eingegangen: 19. Februar 2023

Angenommen: 25. Juli 2023

Veröffentlicht: 03. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39457-z

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