《心理學與生活》摘錄

第4章 感覺和知覺

作者/ 理查德·格裡格 菲利普·津巴多

第3節 聽覺

我們在對世界的體驗中，聽覺和視覺起着相互補充的作用。

♥聲音的物理特性

★鼓掌，吹口哨，或者用鉛筆敲打桌面。為什麼這些動作會産生聲音呢？因為它們使客體産生了振動。

★随着振動的客體推動介質中的分子前後運動，振動的能量傳遞到周圍的介質中——通常是空氣。

振動導緻的壓力的微小變化以大約每秒340米的速度以疊加正弦波的形式從振動客體上擴散出去（見下圖）。

★真空（例如外太空）中不能産生聲音，因為在真空中沒有空氣分子可作為傳遞的媒介。

★正弦波有兩個基本的物理特性，即頻率和振幅，它們決定了聲音的作用形式。

*頻率是指在給定時間内聲波完成的周期數。如下圖所示。

*一個周期是指兩個相鄰波峰之間從左到右的距離。

*聲音頻率通常用赫茲（Hz）表示，測量每秒的周期數。

★振幅是指聲波強度的物理特性，即波峰到波谷的高度。

*振幅是用聲音的壓力或能量單位來表示的。

圖 :理想的正弦波

正弦波的兩個基本參數是：（1）頻率——固定單位時間内的周期數目；（2）振幅——周期的垂直距離。

♥聲音的心理維度

★頻率和振幅這兩個物理特性形成了聲音的三個心理維度：音高、響度和音色。

★音高:是指聲音的高低，它是由聲音的頻率決定的；高頻産生較高的音高，低頻産生較低的音高。

*人們所能感受的純音範圍可低至20赫茲，高至20 000赫茲（低于20赫茲的頻率可以通過觸摸振動來體驗，而非聲音）。

*鋼琴上的88個鍵隻覆蓋從30赫茲到4 000赫茲的頻率範圍。

*頻率（物理現實）和音高（心理效果）之間并不是線性關系。在頻率很低的時候，頻率隻要增加一點點，就能引起音高的顯著增高。在頻率較高時，需要将頻率提高很多才能夠感覺到音高的差異。

*例如，鋼琴上兩個最低的音僅有1.6赫茲的差别，而最高的兩個音符之間的差别竟高達235赫茲。這是心理物理學上最小可覺差的另一個實例。

★響度:聲音的響度或者物理強度是由振幅決定的；振幅大的聲波會給人響亮的感覺，而振幅小的聲波是一種輕柔的感覺。

*人們的聽覺系統可以感受範圍寬廣的物理強度。

在一個極端，人們能夠在6米外聽見手表的滴答聲，這是聽覺系統的絕對阈限。如果更加敏感的話，你可以聽見血液在耳朵内流動的聲音。

在另一個極端，90米外噴氣式飛機起飛的聲音是如此巨大，甚至引起人的疼痛感。就聲壓這個物理單位而言，噴氣式飛機産生的聲波所具有的能量是手表滴答聲音能量的10億多倍。

*聲音的物理強度通常通過比率而不是絕對大小來表示；聲壓——産生響度體驗的振幅大小的指标——通過稱為分貝（dB）的單位來測量。

*下圖顯示了某些有代表性的自然聲音的分貝值。同時也顯示了相應的聲壓作為比較。可以看到兩個相差20分貝的聲音的聲壓比為10：1。超過90分貝的聲音會損害聽力，這取決于你暴露于這些聲音的時間。

圖:各種熟悉聲音的分貝水平

上圖表示聲音分貝數的範圍——從聽覺絕對阈限到火箭發射時的巨大噪聲。分貝通過聲壓來計算，它測量的是聲波振幅水平，與感受到的響度一緻。

★音色:聲音的音色反映了複雜聲波的成分。

*純音隻有一個頻率和振幅。現實世界中的大部分聲音都不是純音。

*噪聲的聲音沒有清晰簡單的頻率結構。

*噪聲包含相互之間沒有系統關系的多種頻率。

♥聽覺的生理基礎

★聽覺系統:如下圖4.19所示，要想聽到聲音必須發生四個基本的能量轉換:（1）空氣中的聲波必須在耳蝸中轉換為流動波（2）然後流動波導緻基底膜的機械振動（3）這些振動必須轉換成電脈沖（4）電脈沖必須傳入聽皮層。

★在第一個轉換中，振動的空氣分子進入耳朵（見下圖）。一些聲音直接進入外耳道，另外一些被外耳或者耳廓反射後進入。聲波沿着通道在外耳中傳播直到到達通道的末端。在這裡聲波遇到一層薄膜，稱為耳鼓或者鼓膜。聲波壓力的變化使鼓膜振動，鼓膜将這一振動從外耳傳遞到中耳，包括三塊小骨的耳室：錘骨、砧骨和镫骨。這些小骨組成機械鍊，傳播和集中從鼓膜到主要聽覺器官（位于内耳的耳蝸）的振動。

圖:人耳的構造

聲波通過外耳或耳廓，經外耳道傳入，引起鼓膜振動。這個振動激活了内耳中的小骨——錘骨、砧骨和镫骨。它們的機械振動經過卵圓窗到達耳蝸，并使管道裡的液體振動。當液體流動時，耳蝸中盤旋的基底膜内層上微小的毛細胞彎曲，刺激附着在其上的神經末梢。物理刺激就此被轉換為神經能量，并且通過聽神經傳送到大腦。

★第二個轉換階段發生在耳蝸中，空氣波變成“海浪波”。耳蝸是充滿液體的螺旋管，其中基底膜位于中央并貫穿始終。當镫骨使位于耳蝸底部的卵圓窗發生振動時，耳蝸中的液體使得基底膜以波浪的方式運動（因此稱之為“海浪波”）。

★第三個轉換階段，基底膜的波浪形運動使得與基底膜相連的毛細胞發生彎曲。這些毛細胞是聽覺系統的感受細胞，當毛細胞彎曲時，它們刺激神經末梢，将基底膜的物理振動轉換為神經活動。

★第四個轉換階段，神經沖動通過被稱為聽神經的纖維束離開耳蝸。這些神經纖維與腦幹的耳蝸核會合。就像視覺系統的神經交叉一樣，來自一隻耳朵的刺激傳遞到兩側的大腦。聽覺信号在到達位于大腦半球的颞葉聽皮層之前要經過一系列的神經核團。對這些信号的高級加工開始于聽皮層（你馬上将會了解，上圖所顯示的人耳的其餘部分在其他感覺中的作用）。

★聽覺障礙一般分為兩大類型，每一種類型都是由一種或多種聽覺系統成分的缺陷引起的。

*一種類型被稱為傳導性耳聾，其症狀較輕，是由于空氣振動傳導到耳蝸方面出現問題引起的。在這種情況下，常見的問題是中耳的聽小骨沒有充分發揮作用，這種缺陷可以通過植入人造砧骨或镫骨的顯微手術來矯正。

*另一類比較嚴重的聽覺障礙是神經性耳聾，是由于在耳中産生神經沖動或将神經沖動傳導到聽皮層的神經機制存在缺陷。聽皮層的損傷同樣可以産生神經性耳聾。

★音高知覺理論　

為了解釋聽覺系統是怎樣将聲波轉換為音高感覺的，研究者們提出了兩個截然不同的理論：地點說和頻率說。

*地點說是建立在這一事實上的，即當聲波經過内耳時基底膜随之運動。不同的頻率在基底膜的不同位置上産生它們最大的運動。對高頻率的音調來說，聲波産生的最大運動發生在耳蝸的基部。對低頻率的音調來說，聲波在基底膜上的最大運動發生在相反的一端。地點說認為，音高的知覺取決于基底膜上發生最大刺激的特定位置。

*第二個理論是頻率說，它是以基底膜振動的頻率來解釋音高。該理論認為，一個100赫茲的聲音将在基底膜産生每秒100次的振動。頻率說還認為基底膜的振動将引起同樣頻率的神經放電，神經放電的頻率就是音高的神經編碼。

*齊射原理認為，一些神經元可以通過聯合的活動形式（或稱齊射）在刺激音高為2 000赫茲、3 000赫茲乃至更高頻率時放電（Wever，1949）。

*地點說和頻率說分别成功地解釋了音高的不同方面。頻率說可以更好地解釋低于5 000赫茲的聲音編碼。地點說可以很好地解釋1 000赫茲以上的音高知覺。

*聲音定位　

聲音定位的任務——你能夠确定聽覺事件的空間來源。你是通過兩種機制來實現的：評估到達每隻耳朵的聲音的相對時間和相對強度。

*第一種機制涉及的神經元比較進入每一隻耳朵的聲音的時間差。

例如，當一個聲音在你的右側響起的時候，它到達你的右耳的時間比到達左耳的時間要早（見下圖中的B點）

圖:時間差和聲音定位

大腦利用到達兩耳的時間差來對空間中的聲音進行定位。

*第二種機制依賴于以下原理：對于聲音首先到達的耳朵而言，聲音的強度會稍微高一些。因為你的頭部本身形成了一個聲影而使信号變弱。

當一個聲音既沒有産生時間差異也沒有産生強度差異的時候又會怎樣呢？在上圖中，一個産生于A點的聲音就是如此。

*回聲定位法——它們發出音高很高的聲波，從物體的反射中獲取關于物體的距離、大小、結構和運動的信息。事實上，有一種蝙蝠可以通過回聲定位法區分相距隻有0.3毫米的兩個物體。

2022. 05.26

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