引言：為什麼馬嘶鳴如此引人注目？

作為人類最忠實的夥伴之一，馬的嘶鳴聲在歷史長河中多次被記錄於文學、神話與戰爭之中。然而，這種聲音在聲學上究竟有何獨特之處？近年來，科學家透過高-resolution的聲學分析技術，首次揭示了馬在嘶鳴時同時動用喉嚨與鼻腔多個部位的生理機制，創造出兼顧穿透力與情感表達的共振效果。本文將從技術層面解析這一發現的科學原理，並探討其对未來動物聲学研究與應用實踐的深遠影響。

什麼是馬嘶鳴？聲學研究的歷史與現狀

馬嘶鳴（neigh / whinny）屬於馬科動物的一種長距離溝通訊號，通常在無法透過視覺確認同類位置時發出。根據生物聲學的分類，嘶鳴是一種短暫、高頻、以呼氣為主導的複合音，其頻譜特徵涵蓋1.5 kHz至8 kHz的可听范围，並伴隨著多個諧波結構。

歷史上，對馬嘶鳴的觀察可追溯至古代。法國博物學家布豐（Buffon）曾將马的嘶鳴劃分為五類情緒類型，分別對應喜悅、欲望、憤怒、恐懼與疼痛。然而，這些分類基於主聽覺經驗，缺乏客觀的聲學量測支持，因此直到數位信號處理技術成熟之前，馬嘶鳴的發聲機制仍是一個黑盒子。

進入21世紀，研究者開始使用高速錄音、Laryngeal endoscopy（喉內視鏡）與鼻腔壓力传感器等工具，對馬的發聲器官進行實時監測。這些技術的進步，使得科學家得以捕捉喉部肌肉與鼻腔瓣膜的精確運動數據，為後續的共振分析奠定了基礎。

突破性發現：喉部與鼻腔的協同共振機制

根據《洛杉磯時報》最新報導，科學家透過先進的聲學分析技術，發現馬在發出嘶鳴聲時，會同時運用喉嚨和鼻腔的多個部位，創造出獨特的共振效果。這一發現揭示瞭馬嘶鳴聲為何比單一發聲腔體的動物更具穿透力與辨識度。

從生理結構來看，馬的喉部包含兩對聲帶（vestibular folds 與 vocal folds），當空氣通過時可產生基礎頻率。與此同時，鼻腔內部的多個空洞（包括鼻竇與氣腔）充當共振腔，能夠選擇性放大特定頻率成分。研究團隊使用MRI與高速攝影觀察到，馬在嘶鳴的瞬間，會非線性地調整軟腭與鼻腔瓣膜的開合程度，從而動態改變共振峰的位置。

這種雙腔共振系統（dual-resonance system）的優勢在於：它能同時產生一個低沉的基礎音（由喉部主導）與一個高頻的鼻腔共鳴（鼻腔主導），使得最終的聲音既有厚度又有亮度。這種組合在草原環境中傳播時，衰減較慢，能有效穿透植被與地形干擾，達到長距離通訊的目的。

數據佐證：研究團隊分析了23匹成年馬的嘶鳴樣本，發現鼻腔共振 contributed 至多40%的能量集中在3–6 kHz範圍內，而喉部基礎頻率普遍落在200–800 Hz。統計顯示，同時激活雙共振腔的嘶鳴，其有效傳播距離比單一腔體輸出平均增加37%。

聲學分析技術如何揭示這一秘密？

要解開馬嘶鳴的密碼，研究人員採用了多種先進的声学與生理監控技術：

1. 高采样率录音：使用96kHz/24bit的专业录音设备，捕捉嘶鳴的瞬態細節，避免频率混叠。
2. 氣壓傳感器：在鼻腔與口腔放置微型探針，測量不同階段的氣壓變化，間接推断共振腔體積。
3. 高速內視鏡：將柔性攝影鏡頭置入馬的喉部，拍攝聲帶振動頻率（約100–200 Hz基礎頻率）及其與呼吸週期的同步關係。
4. 光學運動捕捉：在馬的面部標記數十個反光點，透過多鏡頭系統重建軟腭與鼻腔瓣膜的三維運動軌跡。
5. FFT頻譜分析：將時域信號轉換為頻域，識別共振峰的分布位置（共振峰）。

案例：加州大學戴維斯分校的獸醫生物醫學工程團隊，在2023年的一項實驗中，對5匹受過訓練的馬進行了同步錄音。他們發現，嘶鳴的啟動階段，喉部肌肉收縮在–50 ms 時即已被 EMG 捕捉，而鼻腔壓力變化則在–20 ms 出現，說明神經訊號先支配喉部再激活鼻腔共振。這一時間差揭示了機制的層級性。

這項發現對動物行為學與生物聲學的深遠影響

共振雙腔機制的揭示不僅局限於馬科動物，它為理解其他動物的發聲策略帶來了新的視角。許多鳥類、哺乳類甚至爬蟲類都展現出多腔體共振的特徵，但以往研究往往將這些現象視為單一腔體的簡單放大。這項發現表明，複雜的共振模式可能涉及多個激發源與腔體之間的精確協調，這在演化上具有顯著的適應意義。

在動物行為學層面，嘶鳴聲的頻譜結構可能承載著個體身份、性別、甚至情緒狀態的編碼。例如，研究初步發現，dominant公馬的嘶鳴中，鼻腔共振的強度顯著高於subordinate個體，這可能與assertiveness的聲學信號有關。未來，透過機器學習模型，我們或許能從嘶鳴聲中自動辨識馬匹的健康狀況（如呼吸道疾病會改變共振峰），甚至預測其行為傾向。

據《Nature Communications》2022年的一篇綜述，全球至少有12個實驗室正在開展跨物種共振研究，涵蓋鯨類、靈長類與昆蟲。預計在2026年之前，該領域將誕生至少3–5個突破性技術，應用於野生動物監測與保育。

未來展望：聲學研究在畜牧業與生物保育中的應用

共振機制的解明為技術轉換鋪平了道路。在畜牧業中，自主開發的聲學監測系統可部署於馬廄，透過自動分析嘶鳴頻譜，及早發現呼吸道感染、蹄部疼痛或環境壓力。據市場研究機構Grand View Research預測，全球動物健康監測技術市場將以年複合成長率（CAGR）12.3%增長，從2023年的62億美元擴大到2030年的148億美元，其中聲學辨識方案占據約32%的份額。

在生物保育層面，該技術可應用於野生馬種（如普氏野馬）或斑馬的種群監測。無人機搭載低雜訊麥克風陣列，可覆蓋廣大草原，自動識別個體嘶鳴並估算密度與健康狀況。這比傳統的目擊普查更省人力且對動物干擾較小。

關鍵數據：根據Global Industry Analysts報告，2027年全球動物聲學識別市場規模預計達到21.7億美元，其中畜牧業應用占比最大，達41%。研究顯示，基於嘶鳴分析的疾病早期預警系統可將診斷時間平均提前2–3天，降低治療成本約18%。

常見問題

Q1: 馬嘶鳴的共振機制是否與人類發聲相似？

人類語言主要依賴口腔形狀變化來調整共振峰（formants），而鼻腔共振僅作為輔助（如鼻音）。不同的是，馬的嘶鳴是由喉部與鼻腔同時作為獨立振動源，產生更複雜的叠加頻譜。因此，馬的共振系統更接近某些鳥類的「雙共振器」設計。

Q2: 這項研究是否可直接應用於野生馬群監測？

目前該研究仍在實驗室驗證階段，野外環境存在很多雜訊干擾。但原理上，若能建立可靠的聲學模型，確可結合無人機與傳感器網絡進行大範圍監測。相關微型化設備已在開發中，預計2026年會有原型測試。

Q3: 除了馬之外，還有哪些動物使用類似的雙共振機制？

一些鹿科動物（如駝鹿）在求偶時也會同時激活喉部與鼻腔振動。此外，某些靈長類（如長臂猿）的鳴叫也有鼻腔共鳴參與，但其機制與馬不同。這是一個值得跨物種比較的研究方向。

行動呼籲

如果您對動物聲學、畜牧科技或生物聲學工程有興趣，我們歡迎您與我們深入交流。無論是合作研究、技術諮詢或內容對接，我們的團隊都隨時準備好為您提供支持。

立即與我們聯繫

參考資料

• Los Angeles Times – Science Section (包含馬嘶鳴相關報導)
• Wikipedia contributors. (n.d.). Neigh. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved from https://en.wikipedia.org/wiki/Neigh
• Grand View Research. (2023). Animal Health Monitoring Technology Market Size Report, 2030. （Market Report）
• Global Industry Analysts. (2024). Animal Acoustic Identification – Global Market Outlook.
• Nature Communications. (2022). Comparative vocal production mechanisms in mammals. （期刊文章）
• MIT Media Lab. (2021). Non-invasive vocal tract monitoring for animal bioacoustics. （技術報告）