文档介绍：第一节  听觉实验中的变量
 
听觉是人类和许多动物共同具有的感觉现象之—。人的听觉是借助于耳来实现的,是对一定频率范围内声音刺激的感觉。听觉现象的产生受许多因素作用的影响,我们只有全面了解这些因素及其性质,才有可能把握住它,更好地处理好听觉实验中的各种变量及其关系,从而揭示纷繁的听觉现象和规律。
 
 
一、听觉的物理刺激和音感
 
(一)声波及其特征
 
听觉(audition)是个体对声波物理特征的反映。频率为16赫~20000赫的机械波为声波。听觉的适宜刺激是声波。声波是弹性媒质中物体振动所激起的纵波。当空气振动波到达我们耳内时,就产生听觉(参见图7-1)。
图7-2是一个机械振荡器振动扬声器产生声波直至画出正弦曲线的模拟装置。这个装置类似于蒸汽机火车头的汽缸动力装置。图中的圆轮即为机械振荡器,与它相联的为两个活塞,左边的活塞带动画笔,描绘运动曲线;右边的活塞振动膜片,使扬声器发音,再由麦克风传到示波器中,显示出声波的波形图。在实验操作中,当我们改变圆轮的转速,如使其逐渐加快,则扬声器中发出的声音会由“粗”变为“细”,同时,记录纸和示波器上的图形也会发生相应的变化——波纹由疏变密,频率增加但振幅不变;而当我们改变圆轮的半径,使其不断增加,则扬声器中的声音逐渐加大,波形记录上的频率不发生变化而振幅却相应加大。通过这个演示实验,我们可以知道,声源振动频率可以改变声音的高低,而振幅可以使声音的强度发生变化(参见图7-4)。
从图7-2上看到,扬声器所发出的声音的频率、振幅都是由圆轮及其转动所决定的。由于声音的波形为正弦曲线,所以这种音为纯音。在日常生活中,纯音一般是很难听到的,通常只有在实验室中由音叉或机械(电子)振荡器才能产生。在现实生活中,我们听到的是由若干波形混合而成的复合音,如各种汽车产生的噪音、电子琴发出的乐音和人的言语等等。纯音和复合音区分的根据是声波的线性特征,即是否可以进行波形的分解;而复合音中的乐音和噪音区分的根据是声波是否有周期性即规律性振动,当然,人的主观舒适感也是一个十分重要的指标。例如,受许多青年人欢迎的迪斯科音乐,却被某些老年人称作噪音。言语音是复合音中的一种特殊现象,它不可以简单地视作乐音或噪音。
听觉刺激声波和视觉刺激电磁波均有三个主要特征,即频率、振幅和波形。与此相应,听觉有音高、响度和音色的区别。如果把声音和颜色类比的话,可发现二者的对应关系,见表(7-1)。
表7-1 视觉和听觉的类同之处
(采自张春兴,1991)
在明白了声波及其特征之后,接下去我们分别讨论声波的三个主要特征以及与此相对应的音感。
 
(二)频率和音高
 
音高(或音调)(pitch)是人对声波频率的主观属性,它首先和声波频率有关。频率(frequence)是物理量,指每秒振动的次数,单位为赫(或赫兹)(Hz)。声波的振动频率高,我们听到的声音就高;相反,振动频率低,听起来就低,但它们之间并非线性关系。当声波振动数大约在16~20,000赫时,是人所能感受到的音域。
让我们再回到图7-2的演示实验中,当改变圆轮的转速时,声音的高低发生了变化,这就是说频率决定了声音的音高。这里的频率是指声源每秒机械振动的周数,图7-3中罗列了乐器、人和多种动物发声的频率范围。从图中可知,女性的声音频率值稍高于男性,而且频率范围也要大些;动物和人的情况相差较大,最突出的是蝙蝠和海豚。蝙蝠和海豚所发出和被感知的声音频率可达120,000赫以上,它们的下限值与人类声音的倍音上限接近。通常,人耳接受的声音频率范围为20~20,000赫,40岁以上的成人听力上限还会下降到12,000赫左右,甚至更低,而敏感的声音频率范围为1,000~3,000赫。我们所提到的声音的频率只是一种物理量,而人对它的感知则是音高。心理上的主观音高主要与声音刺激的频率大小有关,但并不是完全由刺激频率决定的,它也取决于声音刺激的强度。实验研究表明,对于同一声音刺激的音高感知,不同的人之间有着巨大的个体差异,这充分表现了音高这个心理量的主观性。在心理学中,我们根据实验研究,规定音高的单位为
(mel),确定1000 的音高为10O0赫(声压级为40分贝)的声音刺激的主观感觉。这样,在声音强度不变的情况下,我们便可以对不同频率的声音刺激进行音高判断,并可探求出音高和频率间的关系。而且纯音音高和频率的相关可借助于心理物理法直接求得,即可在可听范围内把音高从低到高地分成等级,制成一种音量表。图7-13是一个音高量表,从图上可以明显地看出音高随频率而变的函数关系。
 
(三)振幅和响度
 
响度(或音强)(loudness)是声波振幅的一种主观属性,它是由声波的振幅所引起,振幅越大则响度越大。图7-4下面二条曲线虽