环境心理学第三节听觉

1、2021/2/211 第三节第三节:听觉听觉 o一、 听觉刺激 o二、 听觉的生理机制 o三、 人耳对声音频率的分析 o四 、听觉基本现象 o五、 听觉尺度 o六、 听觉现象在环境设计中的应用 2021/2/212 一一 听觉的适宜刺激听觉的适宜刺激 o频率在频率在16 - 20000Hz 的声波是人耳的适宜的声波是人耳的适宜 刺激刺激,在这一范围之外的次声波及超声波是人在这一范围之外的次声波及超声波是人 耳所听不到的。耳所听不到的。 o在听阈范围内在听阈范围内,通常对通常对1000 -4000 Hz 范范 围内的中高频声音特别敏感围内的中高频声音特别敏感,对这一频率范围对这一频率范围 内较大

2、强度声音的耐受性也较高。老年人对高内较大强度声音的耐受性也较高。老年人对高 频声音的感受性明显下降。频声音的感受性明显下降。 2021/2/213 o声波的物理特质是频率、振幅和波形。听觉声波的物理特质是频率、振幅和波形。听觉 的音高、响度和音色均是对声波的物理性质的音高、响度和音色均是对声波的物理性质 的主观反映。的主观反映。 o声波的传导途径声波的传导途径:空气传导、骨传导。空气传导、骨传导。 2021/2/214 二二 听觉的生理机制听觉的生理机制 o (一一) 耳的构造和功能耳的构造和功能 o耳朵由外耳、中耳、内耳三部分组成耳朵由外耳、中耳、内耳三部分组成 o外耳包括耳廓和外耳道。它的

3、作用主外耳包括耳廓和外耳道。它的作用主 要是收集声音。要是收集声音。 o中耳由鼓膜、三块听小骨、卵圆窗和中耳由鼓膜、三块听小骨、卵圆窗和 正圆窗组成。三块听小骨指锤骨、砧正圆窗组成。三块听小骨指锤骨、砧 骨和镫骨。锤骨一端固定在鼓膜上骨和镫骨。锤骨一端固定在鼓膜上, 镫骨一端固定在卵圆窗上。当声音从镫骨一端固定在卵圆窗上。当声音从 外耳道传至鼓膜时外耳道传至鼓膜时,引起鼓膜的机械引起鼓膜的机械 振动振动,鼓膜的运动带动三块听小骨鼓膜的运动带动三块听小骨,把把 声音传至卵圆窗声音传至卵圆窗,引起内耳淋巴液的引起内耳淋巴液的 振动。振动。 2021/2/215 o由于鼓膜的面积与镫骨覆盖的卵圆窗面

4、积的比为由于鼓膜的面积与镫骨覆盖的卵圆窗面积的比为20:1,因此因此,声声 音经过中耳的传音装置音经过中耳的传音装置,其声压大约提高其声压大约提高20倍倍30倍。声音的倍。声音的 这条传导途径称为生理性传导。这条传导途径称为生理性传导。 o声音的传导途径还有空气传导和骨传导。声音的传导途径还有空气传导和骨传导。 o内耳由前庭器官和耳蜗组成。耳蜗是人耳的听觉器官。内耳由前庭器官和耳蜗组成。耳蜗是人耳的听觉器官。 o耳蜗分三部分鼓阶、中阶和前庭阶。鼓阶与中阶以基底膜分开。耳蜗分三部分鼓阶、中阶和前庭阶。鼓阶与中阶以基底膜分开。 基底膜在靠近卵圆窗的一端最狭窄基底膜在靠近卵圆窗的一端最狭窄,在蜗顶一

5、端最宽在蜗顶一端最宽,这一点对这一点对 听觉有重要的意义。听觉有重要的意义。 2021/2/216 o基底膜上的柯蒂氏器包含着大量支持细胞和毛细基底膜上的柯蒂氏器包含着大量支持细胞和毛细 胞胞 o毛细胞是听觉的感受器。毛细胞是听觉的感受器。 o毛细胞的细毛突入由耳蜗液所充满的中间阶内。毛细胞的细毛突入由耳蜗液所充满的中间阶内。 声音经过镫骨的运动产生压力波声音经过镫骨的运动产生压力波,引起耳蜗液的振引起耳蜗液的振 动动,由此带动基底膜的运动由此带动基底膜的运动,并使毛细胞兴奋并使毛细胞兴奋,产生产生 动作电位动作电位,从而实现能量的转换。从而实现能量的转换。 2021/2/217 (二二)听觉

6、的传导机制和中枢机制听觉的传导机制和中枢机制 o毛细胞的轴突离开耳蜗组成了听神经毛细胞的轴突离开耳蜗组成了听神经,即第即第 八对脑神经。它先投射到脑干的髓质八对脑神经。它先投射到脑干的髓质,然后然后 和背侧或腹侧的耳蜗神经核形成突触。这些和背侧或腹侧的耳蜗神经核形成突触。这些 区域的细胞轴突形成外侧丘系区域的细胞轴突形成外侧丘系,最后终止于最后终止于 下丘的离散区。从下丘开始下丘的离散区。从下丘开始,经过背侧和腹经过背侧和腹 侧的内侧膝状体侧的内侧膝状体,形成了两条通道。腹侧通形成了两条通道。腹侧通 道投射到听觉的核心皮层道投射到听觉的核心皮层(布鲁德曼布鲁德曼41区区), 背侧通路投射到第二

7、级区。背侧通路投射到第二级区。 2021/2/218 o近年来的研究表明近年来的研究表明,听觉系统的单个神经元听觉系统的单个神经元 编码声音的频率编码声音的频率(或音调或音调)。不同神经元对不。不同神经元对不 同频率有最大的敏感性。同频率有最大的敏感性。 o一般来说一般来说,皮下神经核细胞对较宽的频率敏皮下神经核细胞对较宽的频率敏 感感,而更高层次的细胞对较窄的频率敏感。而更高层次的细胞对较窄的频率敏感。 人类的听觉系统的二级区可能对言语声音敏人类的听觉系统的二级区可能对言语声音敏 感感 2021/2/219 三三 人耳对声音频率的分析人耳对声音频率的分析 o人耳怎样分析不同频率的声音人耳怎样

8、分析不同频率的声音,科学家们提出了各科学家们提出了各 种不同的学说。种不同的学说。 (一一) 频率理论频率理论 由物理学家罗由物理学家罗费尔得费尔得1886年提出。这种理论年提出。这种理论 认为认为,内耳的基底膜是和镫骨按相同频率运动的。内耳的基底膜是和镫骨按相同频率运动的。 振动的数量与声音的原有频率相适应。如果我们听振动的数量与声音的原有频率相适应。如果我们听 到一种频率低的声音到一种频率低的声音,连接卵圆窗的镫骨每次振动连接卵圆窗的镫骨每次振动 次数较少次数较少,因而使基底膜的振动次数也较少因而使基底膜的振动次数也较少;如果声如果声 音刺激的频率提高音刺激的频率提高,镫骨和基底膜都将发生

9、较快的镫骨和基底膜都将发生较快的 振动。振动。 2021/2/2110 o底膜与镫骨的这种关系底膜与镫骨的这种关系,类似于电话机的送话机和类似于电话机的送话机和 收话机的关系。当我们向送话机说话时收话机的关系。当我们向送话机说话时,它的膜片它的膜片 按话音的频率产生不同频率的振动按话音的频率产生不同频率的振动,使线路内的电使线路内的电 流出现变化。在另一端流出现变化。在另一端,收话机的薄膜因电流的变收话机的薄膜因电流的变 化而振动化而振动,并产生与送话端频率相同的语音。这种并产生与送话端频率相同的语音。这种 理论也叫电话理论。理论也叫电话理论。 不足不足:频率理论难以解释人耳对声音频率的分析。

10、频率理论难以解释人耳对声音频率的分析。 人人 耳基底膜不能作每秒耳基底膜不能作每秒1000次以上的快速运动。次以上的快速运动。 这是和人这是和人 耳能够接受超过耳能够接受超过1000赫兹以上的声音赫兹以上的声音 不相符合的。不相符合的。 2021/2/2111 2共鸣理论共鸣理论 o 赫尔姆霍茨提出。在他看来赫尔姆霍茨提出。在他看来,由于基底膜的横纤维长短由于基底膜的横纤维长短 不同不同,靠近蜗底较窄靠近蜗底较窄,靠近蜗顶较宽靠近蜗顶较宽,因而就像一部竖琴因而就像一部竖琴 的琴弦一样的琴弦一样,能够对不同频率的声音产生共鸣能够对不同频率的声音产生共鸣 o声音的频率高声音的频率高,短纤维发生共鸣

11、短纤维发生共鸣;声音的频率低声音的频率低,长纤维长纤维 发生共鸣。人耳基底膜约有发生共鸣。人耳基底膜约有24 000条横纤维条横纤维,它们分它们分 别反应不同频率的声音。基底膜的振动引起听觉细胞别反应不同频率的声音。基底膜的振动引起听觉细胞 的兴奋的兴奋,因而产生高低不同的音调因而产生高低不同的音调 o 共鸣理论强调了基底膜的振动部对产生音调听觉的作共鸣理论强调了基底膜的振动部对产生音调听觉的作 用用,因而也叫位置理论。因而也叫位置理论。 2021/2/2112 o但人们以后发现但人们以后发现,这种根据并不充分。人耳能这种根据并不充分。人耳能 够接受的频率范围为够接受的频率范围为20Hz-20

12、000Hz,最高最高 频率与最低频率之比为频率与最低频率之比为1 000:1,而基底膜上而基底膜上 横纤维的长短之比仅为横纤维的长短之比仅为10:1可见可见,横纤维的横纤维的 长短与频率的高低之间并不对应长短与频率的高低之间并不对应 2021/2/2113 3.行波理论行波理论 o20世纪世纪40年代年代,著名生理学家冯著名生理学家冯,贝克西发展了赫贝克西发展了赫 尔姆霍茨的共鸣向合理部分尔姆霍茨的共鸣向合理部分,提出了新的位置理提出了新的位置理 论论行波理论。贝克西认为行波理论。贝克西认为,声波传到人耳声波传到人耳,将引将引 起整个基底膜的振动。振动从耳蜗底部开始起整个基底膜的振动。振动从耳

13、蜗底部开始,逐渐逐渐 向蜗顶推进向蜗顶推进,振动的幅度也随着逐渐增高。振动运振动的幅度也随着逐渐增高。振动运 行到基底膜的某一部位行到基底膜的某一部位,振幅达到最大值振幅达到最大值,然后停止然后停止 前进而消失。前进而消失。 o 随着外来声音频率的不同随着外来声音频率的不同,基底膜最大振幅所基底膜最大振幅所 在的部位也不同。在的部位也不同。 2021/2/2114 o声音频率低声音频率低,最大振幅接近蜗顶最大振幅接近蜗顶;频率高频率高,最大最大 振幅接近蜗底振幅接近蜗底(即镫骨处即镫骨处),从而实现了对不从而实现了对不 同频率的分析。同频率的分析。 o但是行波理论难以解释但是行波理论难以解释5

14、00赫兹以下的声音赫兹以下的声音 对基底膜的影响。当声音频率低于对基底膜的影响。当声音频率低于500Hz 时时,它在基底膜各个部位引起相同的运动它在基底膜各个部位引起相同的运动,并并 对毛细胞施加了相同的影响对毛细胞施加了相同的影响.（但可以用频（但可以用频 率理论解释）率理论解释） 2021/2/2115 4.神经齐射理论神经齐射理论 o韦弗尔提出。认为韦弗尔提出。认为:当声音频率低于当声音频率低于400赫赫 兹时兹时,听神经个别纤维的发放频率是和声音听神经个别纤维的发放频率是和声音 的频率对应的的频率对应的,当声音频率提高当声音频率提高,个别神经纤个别神经纤 维无法单独对它作出反应维无法单

15、独对它作出反应,这种情况下这种情况下,神经神经 纤维将按齐射原则发生作用。纤维将按齐射原则发生作用。 o但是但是,对于对于5000赫兹以上的频率赫兹以上的频率,神经齐射神经齐射 理论无法解释。声音超过理论无法解释。声音超过5000Hz,位置理位置理 论是对频率进行编码的唯一基础论是对频率进行编码的唯一基础. 2021/2/2116 四四 听觉基本现象听觉基本现象 o1.音调和频率的关系音调和频率的关系:音调是一种心理量音调是一种心理量,它它 与声波的物理特性频率的变化不完全对应。与声波的物理特性频率的变化不完全对应。 在在1000赫兹以上赫兹以上,频率与音调几乎是线性频率与音调几乎是线性 的的

16、,音调的上升低于频率的上升音调的上升低于频率的上升;但在但在1000 赫兹以下赫兹以下,频率与音调的关系不是线性的频率与音调的关系不是线性的,音音 调的变化快于频率的变化调的变化快于频率的变化 o 2.音响和频率的关系音响和频率的关系:在相同的声压水平上在相同的声压水平上, 不同频率的声音响度是不同的。而不同的声不同频率的声音响度是不同的。而不同的声 压水平却可产生同样的音响。压水平却可产生同样的音响。 2021/2/2117 o3.人的听觉频率范围为人的听觉频率范围为16赫兹赫兹20000赫兹赫兹,其其 中中1000赫兹赫兹4000赫兹是人耳最敏感的区域。赫兹是人耳最敏感的区域。 o4.声音

17、掩蔽一个声音由于同时起作用其他声音的声音掩蔽一个声音由于同时起作用其他声音的 干扰而使听觉阈限上升。干扰而使听觉阈限上升。 掩蔽有几种掩蔽有几种: o纯音掩蔽纯音掩蔽,用一个纯音为掩蔽音用一个纯音为掩蔽音,观察它对不同频观察它对不同频 率的其他声音的影响率的其他声音的影响; o噪音对纯音的掩蔽噪音对纯音的掩蔽; 纯音和噪音对语音的掩纯音和噪音对语音的掩 蔽。蔽。 2021/2/2118 o声音的掩蔽依赖于声音的频率、掩蔽音的强度、掩声音的掩蔽依赖于声音的频率、掩蔽音的强度、掩 蔽音与被掩蔽音的间隔时间等。蔽音与被掩蔽音的间隔时间等。 兹伟克兹伟克(Zwicher,1965)和沙而夫和沙而夫 (

18、Scharf,1965)等等,用用1 200Hz的声音作掩蔽音的声音作掩蔽音, 变化它的强度变化它的强度(从从20dB110dB),然后观察它对然后观察它对 其他声音的掩蔽作用。其他声音的掩蔽作用。 o 结果发现结果发现,与掩蔽音频率接近的声音与掩蔽音频率接近的声音,受到的掩蔽作受到的掩蔽作 用大。频率相差越远用大。频率相差越远,受到的掩蔽作用就越小。受到的掩蔽作用就越小。 2021/2/2119 o频率太近频率太近,产生拍音。低频掩蔽音对高频声产生拍音。低频掩蔽音对高频声 音的掩蔽作用音的掩蔽作用,大于高频掩蔽音对低频声音大于高频掩蔽音对低频声音 的掩蔽作用。掩蔽音强度提高的掩蔽作用。掩蔽音

19、强度提高,掩蔽作用也掩蔽作用也 增加。当掩蔽音强度很小时增加。当掩蔽音强度很小时,掩蔽作用覆盖掩蔽作用覆盖 的频率范围也较小的频率范围也较小;掩蔽音的强度增加掩蔽音的强度增加,掩蔽掩蔽 作用覆盖的频率范围也增加。作用覆盖的频率范围也增加。 2021/2/2120 o耳聋的种类及原因耳聋的种类及原因: o传导性耳聋传导性耳聋:是从耳鼓膜到内耳的声音传输障碍造是从耳鼓膜到内耳的声音传输障碍造 成的。例如成的。例如,疾病或创伤可能引起耳膜损坏或听小疾病或创伤可能引起耳膜损坏或听小 骨不能移动。可使用助听器骨不能移动。可使用助听器,使声音增大变清晰。使声音增大变清晰。 o神经性耳聋神经性耳聋: 是由于

20、毛细胞或听神经受到了损害造是由于毛细胞或听神经受到了损害造 成的。助听器无济于事。成的。助听器无济于事。 o刺激性耳聋刺激性耳聋:是神经性耳聋的一个特殊类型是神经性耳聋的一个特殊类型,是由于是由于 特殊的工作、爱好、经历所引起的特殊的工作、爱好、经历所引起的,即某种非常大即某种非常大 的声音损伤了耳蜗中特定区域的毛细胞。比如猎人的声音损伤了耳蜗中特定区域的毛细胞。比如猎人 的选择性耳聋。的选择性耳聋。 2021/2/2121 2021/2/2122 五、 听觉尺度 o1人面对1人 (13m2),谈话伙伴之间距离自如,由于 二人的关系亲密声音也轻; o1人面对1520人 (20m2),这是保持个

21、人会话声调 的上限; o1人面对50人 (50m2),单方面的交流,通过表情可以 了解个人的反应; o1人面对250300人 (300m2),单方面的交流,了解 个人面孔的上限; o1人面对300人以上(300m2),完全成为演讲,群众一 体化,难以区分个人状态。 2021/2/2123 o正常会话 40-60dB o提高声音会话 60-80dB o高声喊话 80-100dB o非常困难 100-115dB o会话不可能 115-130dB 2021/2/2124 人们所期望或允许的室内噪声大小 o播音室 25-30dB o音乐室 30-35dB o医院、电影院、教室 35-40dB o公寓、旅馆、住宅 35-45dB o会议室、办公室、图书馆 40-45dB o银行、商店 40-55dB o餐厅 50-55dB 2021/2/2125 六、 听觉现象在环境设计中的应用 o人的行为方式同样可以作为解决环境问题的重要方