探究為什麼-解碼手機的按鍵聲

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簡介

您可能在一些偵探或警匪片中看過以下情節：分析手機的按鍵聲來推測隱藏在內的訊息、或是竊聽目標打電話時的撥號聲以取得連絡對象的電話號碼，或是藉由模仿撥號聲來遠距離撥打電話。這些事情實際上真的做得到嗎？

本次的活動將透過無線聲音感應器，搭配軟體的快速傅立葉轉換(FFT)功能，探索手機按鍵聲的頻率組成並找出隱藏在其中的規律。

活動所需設備與材料

• SPARKvue(或Capstone)
• 無線聲音感應器(PS-3227)
• 智慧型手機

活動流程

1. 開啟無線聲音感應器，並連接至SPARKvue(或Captone)
2. 於軟體中建立快速傅立葉轉換(FFT)圖表顯示，並將y軸設為「聲波」
3. 將x軸的頻率顯示範圍設為0~2000Hz
4. 將手機的音量調至最大，並開啟數字撥號鍵盤
5. 將手機與無線聲音感應器放置於桌面上，手機的揚聲器靠近感應器的麥克風(如下圖)

(接下來的步驟請根據使用的軟體進行操作)

SPARKvue軟體

6. 點擊「開始(Start)」，並按住數字鍵1(建議一個人按手機的數字鍵，另一個人操作軟體)，在顯示畫面中，將會呈現該按鍵聲所組成的頻率，以及在不同頻率下對應的相對聲音強度。當您看到2個主要的峰值時，點擊「停止(Stop)」。如果在點擊停止之前訊號就消失了，則再重試一次
7. 尋找2個峰值所對應的頻率，並將此頻率記錄於表1中
8. 對鍵盤上的其他數字鍵(包含*與#)重複步驟6~7

Capstone軟體

6. 將量測模式由「連續模式」更改為「快速監控模式」
7. 點擊「監控(Monitor)」，並按住數字鍵1(建議一個人按手機的數字鍵，另一個人操作軟體)，在顯示畫面中，將會呈現該按鍵聲所組成的頻率，以及在不同頻率下對應的相對聲音強度。當您看到2個主要的峰值時，點擊「停止(Stop)」。如果在點擊停止之前訊號就消失了，則再重試一次
8. 尋找2個峰值所對應的頻率，並將此頻率記錄於表1中
9. 對於鍵盤上的其他數字鍵(包含*與#)重複步驟7~8

表1

問題討論

1. 觀察表1的結果，想想看每個數字鍵對應的頻率是否有規則可循?試著描述您注意到的規則
2. 按下數字鍵時，出現於手機的聲音為DTMF訊號，DTMF代表雙音與多頻(Dual-Tone Multi-Frequency)，參考問題1的結論，試著解釋這個名稱的意義
3. 如果現在使用兩支手機，並同時按下兩個不同的數字鍵，是否有辦法辨識按的是哪兩個鍵?說說看您的答案 (如果不確定，可以實際嘗試看看，並透過FFT的頻率分析來檢驗您的解釋)
4. FFT是一種可用於分析複雜的訊號，現代通用的版本最初設計用於分析地震儀接收到的數據，以確認蘇聯是否進行核子試爆。在本次活動裡，軟體也是透過相同的方式分析DTMF聲音主要存在的兩個音頻，因此它也可以顯示撥號聲以外其他聲音的頻率。嘗試對聲音感應器說一個簡單的單詞，例如「測試」，觀察看看軟體顯示出怎麼樣的頻率?(可能需要調整座標軸比例才能看到所有數據)另外，其他人說同樣的單詞時顯示的頻率會一樣嗎？

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