实验心理学-听觉课件

听觉听觉：引言视觉和听觉是人们接受外界刺激的两个最主要通道。人类生活在充满声音的物质世界里，我们几乎每时每刻都在接受外界的声音刺激。通过听觉，人们可获得由声音所传递的各式各样的信息。声音也给人们带来烦恼，例如噪音。当然，噪音能引起多大的烦恼，既取决于声音的性质，也取决于听者的主观态度。在英国举行的一次现代派露天音乐会中，有三百多名听众突然得了一种怪病：失去知觉，昏迷不醒。一百多辆救护车飞速赶到现场进行抢救。诊断结果，发现现代派音乐极度刺耳的噪音使听众产生了休克。心理学专家认为，节奏强烈的摇滚乐象吸毒一样，会产生某种心理激情和无拘无束感，使许多人产生了推东西、砸东西或者打人的愿望，而且会慢慢上瘾，最后毁掉自己的个性。有人对一些音乐爱好者作过调查，发现在经常欣赏古典音乐的家庭中，人与人的关系十分融洽和睦；经常欣赏浪漫派音乐的人，性格开朗，思想活跃；而热衷于嘈杂的现代派音乐的家庭里，成员之间经常争吵不休。美国芝特纳医学研究中心曾对两万名摇摆舞的参加者作过调查，证明疯狂的音响和节奏确能破坏心脏和血管正常运动的节律，使心脏受到损害。《时代》周刊也曾报道，那种带有尖锐声响和刺激性节奏的“滚石乐”、迪斯科音乐，对人的植物神经、判断力以及行为都产生很大影响，使人的脉搏跳动和呼吸速度明显加快。时间一久，就会引起身体的病态反应，例如血管病变，肠胃溃疡，心肌梗塞，严重的甚至引起神经错乱，导致自杀或杀人。听觉的产生听觉（audition）是个体对声音物理特征的反应。频率为16~20000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震动所激起的纵波。当空气震动到达我们耳内时，就产生听觉。视觉和听觉的类同之处听觉刺激声波和视觉刺激电磁波都有三个主要特征，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。一、声音的特征波频率（物理特征）——音高（心理特征）波振幅（物理特征）——响度（心理特征）波混合（物理特征）——音色（心理特征）声波频率频率（frequence）是物理量，指每秒钟振动的次数，单位赫。声源的振动频率主要决定于声音自身的属性。声波振幅振幅是指声波振动的幅度。声源的振幅确定于外界施加的力——传递的能量。对于振幅，公认的测量方法是对声波的压力的测量，它可用声压、声压级、声强、声强级、声功率级来衡量。声压声波造成的压力变化用分贝(decibel，简称dB)量来测量，分贝量表是一种对数量表，它将人所能感受的巨大范围的振幅变化值压缩在较小的范围内。卡尔索(Corso，1967)通过多种实验研究指出，人耳所能探测的最强音比其所能听到的最弱音大约强1000亿倍。当然，不同的人对最强音和最弱音的察觉范围存在着个体差异，而且个体对各频率的声音的敏度也不完全相同。20分贝的声音，人的主观感觉约相当于三米远处柔和的低语声的声响，其压力为我们能听到的最柔和声音的10倍。平常，人们的讲话声音约为60分贝的水平。人耳能对高达125-130分贝的声压作出反应，如从身旁经过的火车，响雷或机枪射击时所发出的声压，但130分贝的声压也会使耳产生痛感，若长时间保持这样高的声压水千，人耳的听力机制就会受到损伤，这也就是纺织女工，爆破工等工种听力敏度下降的一个原因。音高音高是人对声波频率的主观属性，它首先和声波频率有关。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。在心理学中，规定音高的单位为mel，确定1000mel的音高是1000Hz、声压级（即声音强度）为40db的声音刺激的主观感觉。这样，在声音强度不变的情况下，可以对不同频率的声音刺激进行音高判断，探索音高和频率的关系。响度响度是声波振幅的一种主观属性，它是由声波的振幅引起的，振幅越大则响度越大。响度是与声波振幅这个物理量相对应的心理量。响度主要与声波的振幅有关，但同样亦受频率的影响。测量声音响度的的国际标准单位是sone，1sone为40dB时所听到的1000赫的音调的响度。在频率不变的情况下，我们可以得到声压与响度之间的关系，以便进一步对频率、振幅和响度间的关系进行探索研究。人耳所感受到的响度大小，首先依声音的强度为转移，与声音强度的对数成正比；其次，不同频率的声音，若在我们主观感觉上听起来一样响，它们所要求的强度是不一样的。波混合波混合后，按组成它的各纯音频率之间的不同关系可分为乐音和噪音，表现出不同的音色。乐音具有周期性的振动，给人以舒适的感觉。噪音具有非周期性的特征，噪音不仅使人感到厌烦，而且还会引起听觉功能的障碍。事实上，噪音的振幅、频率和持续的时间等因素都能给人造成身心的影响，甚至导致死亡。但噪音也有它的实用价值，如临床上常用一种混合的噪音去掩蔽对侧耳的听力来测量被测耳的听力。这种噪声又称白噪声（whitenoise）。二、听觉的两个基本属性（一）音高（二）响度（一）音高音高是听觉的首要属性，它是一种心理量，音高的单位是mels，纯音的音高依赖于声音振动的频率。音高量表的制定二分法是让被试者将一可变纯音的音高调到标准音高的一半，求得相应的频率。为便于音高量表的建立，一般指定40分贝的1000赫纯音的音高1000mels作为参照点。按照二分法计算，被判断是参照音高减半的乐音为500mels时，与其相应的频率约558赫，被判断是参照音高加倍的乐音为2000mels时与其相应的频率约2100赫，以此推测，便可求得整个可听范围的音高量表。多分法（这里以四分法为例）是给被试者一个高频声S1和一个低频声S5，让他在两者之间调出三个音，使各个相邻两音的音高距离相等，即S1-S2=S2-S3=S3-S4=S4-S5，而求得各点相应的频率值。以上两种方法所制成的量表基本相同。（二）响度响度是听觉的第二属性，声音响度是人耳对于声音强度反应的主观量，响度单位是sone。一个sone是指40分贝时1000赫的纯音声音刺激的响度感觉。声音的强度可用声压、声压级与声强、声强级来量度。下面说明响度是如何确定的以及它有哪些特征。1.响度量表的制作听觉的响度，作为人的一种听觉经验，不仅与声音刺激的强度有关，也与刺激的频率有关。当刺激的频率数保持恒定时，便可以得出一个随声音刺激的强度变化而变化的响度量表——sone量表。sone量表的建立方法很多，主要有以下几种：二分法让被试调节一个可变音，直至其响度等于两个连续音响度的中间值。例如，如果相邻两响度值代号为2和4，则调节后的变量值代号应为3。多分法这个方法在建立音高量表时已经用过。被试按要求来调一个可变音的物理强度，直至它听起来与标准音响度的几分之一相当。这样的过程持续进行，使连续的响度值分为许多段，直至主试获得足够的数据来建立主观响度量表为止。单耳和双耳平衡法这种方法的特点是，一个纯音同时传给双耳听，使其听起来是这个音单独传给单耳听时响度的1/2倍、1倍或2倍。因此，如果一个被试对单耳听到的一个可变音的强度判断为双耳听到的相同频率音的响度相等，这样，我们便得到了一种相对自由的判断方法。单耳和双耳平衡法是二分法和多分法的补充。2.响度的差别阈限用心理物理学的恒定刺激法可以测定声强的差别阈限，即呈现两个声音，让听者判断哪一个较强。有人用此法直接测量了不同频率的声音在各种感觉水平时能区分出不同响度所需要的压力变化。3.等响曲线等响曲线是把响度水平相同的各种频率的纯音的声压级连成的曲线。如前所述，频率不同的声音响度，不能单纯地用声压级大小来衡量声音的响度。例如对两个频率为1000赫和100赫的声音，声压级虽然都是40分贝，但响度感觉却大不相同，1000赫声音要比100赫的声音响得多。要使两者响度一样，就要把100赫声音的声强级增加11个分贝。因此需要确定一种响度级来量度各频率声音响度的大小。

对于响度级的研究可采用间接对比的方法进行。先选定一定强度的1000赫纯音作为标准刺激，用频率的声音为比较刺激，由听者调节比较纯音的强度，直至和标准纯音响度感觉相等，于是得出如下图所示的一组曲线，图中每条曲线上各种频率的声音的响度感觉是相等的，所以称为等响曲线，这个等响曲线具体表明了响度级的特征。4.响度与时间响度与时间有关，对一个声音的响度进行估计必须要达到一定的持续时间。在这个最短时间值以上时，随着持续时间的增加（减少），响度也会增加（降低）。若一个人要对一个持续时间太长的音进行感知的话，则其响度也会变化。密拉贝勒和泰钦纳等人对这个问题进行了研究。他们要求被试对一个持续几分钟的音连续进行响度调整。结果表明，对高强度的音，为了要获得同样的主观响度，被试逐渐随时间的加长而增加音强；而对低强度的音，则结果相反：随时间的推移，音的知觉响度不断加大。三、听觉的基本实验（一）听觉感受性（二）听觉隐蔽（三）双耳听觉（四）听觉的疲劳和损伤以及适应（五）空间听觉定位（一）听觉感受性人类听觉系统感受声音的能力（感受性）有极宽的动态范围。人耳能感觉到的最小的声压级，其振幅只有一个氢分子那么大，能耐受的最大声压级可达120dB。这一动态范围相当于压力比为1000000：1。人耳能听到的纯音频率最低可达20Hz，最高到20000Hz。人耳对声长的解析力也是惊人的。听觉的感受性除了表现为对声音的上述三个参量的绝对感受性之外，还表现为对差异的分辨能力，即差别感受性。听觉绝对感受性声音要达到一定的声级才能被听到，这种最小可听声级称为听觉的绝对阈限，它是听觉绝对感受性的表征量。按测验方法和条件的不同，听阈分为最小可听声压(MAP)和最小可听声场(MAF)。前者用耳机作测验；后者是在自由声场内进行测量。MAP曲线为听力零级曲线，是测听器的各个纯音声压级的起点（0dB）声长与听感受性上述听阈都是用时长超过1S的纯音确定的。当声长短于1S时，听感受性将起变化。在200ms以内，声长改变一个数量级引起听阈改变10dB。也就是说，若将纯音音长由200ms缩短为20ms，把强度增加10dB，才能被重新听到。超过300ms，声长的增减对阈值起作用不大。听觉差别感受性人耳对声音的某一参量变化的最小可觉差（JND）被称为差别阈限（DL）。它是听觉差别感受性的表征量。差别阈限可以是绝对值，也可以是相对值。例如一个声音的强度为100dB，强度增减5dB即可被察觉出来。这里5dB（△I）是绝对差，5／100（△I／I）是相对差。声强的差别阈的确定声强的差别阈的确定方法是：呈现两个刺激，让听者判断哪一个较强。实验发现，噪声的辨别和纯音的辨别不同。噪声的差别阈符合韦伯定律，即△I／I接近常数，与绝对强度无关。阈上20dB到100dB，差别阈值约0.5-1dB。纯音的差别阈不符合韦伯定律。20dB时为1.5dB，40dB时为0.7dB，80dB时为0.3dB。声音频率的差别阈值声音频率的差别阈值△f是频率和强度两者的函数，随频率的升高而变大；△f在1000Hz以上变化特别显著，随声级的提高而变小。最小的△f(1Hz)出现在低频和较高声级的条件下。听觉的时间辨别听觉的时间锐敏度：人耳对时间的分辨可短到2ms，且和声音的频率及强度无关。时间差别阈限△T：△T随声长的减短而变小。（二）听觉掩蔽1.几个概念2.掩蔽现象1.几个概念听觉掩蔽（auditorymasking）是两个声音同时呈现时，对一个声音的感受性因受到另一个声音影响而发生改变的现象。在日常生活中经常可以遇到声音的掩蔽现象。一个可听声由于其他声音的干扰而使听觉发生困难，前者必须增加强度才能重新听到。这种阈限强度增加的过程和强度增加的量就叫声音的掩蔽效应。要听的声音叫做被掩蔽音，起干扰作用的声音叫掩蔽音。举例假定对声音A的阈值为10dB，由于声音B的影响使A的阈值提高到25dB．即阈值提高15dB。一个声音的阈值因另一声音的出现而提高，这种现象就是听觉掩蔽。这里B称为掩蔽声，A称为被掩蔽声，25dB称为掩蔽阈限，15dB称为掩蔽量。2.掩蔽现象（1）纯音掩蔽（2）噪音掩蔽（1）纯音掩蔽纯音掩蔽（puretonemasking），是以某个定额频率的纯音来掩蔽其他不同频率的纯音，再来观察后者阈值提高的情况。佛莱奇尔(Fletcher，1953)的实验（2）噪音掩蔽（三）双耳听觉双耳的作用首先表现在纯音信号的阈值比单耳阈值约低3dB。这可能是双耳总合作用的结果。双耳接收白噪声和言语信号，也表现出类似效益。不论是对强度的辨别还是对频率的辨别，双耳的分辨力都高于单耳。两耳在日常生活中接收声信号，无论时长、强度或者频谱，都是互不相同的，但是我们听到的却是一个单一的声象，这一过程就称为双耳融合。（四）听觉的疲劳和损伤以及适应1．听觉疲劳2．听力损伤3．听觉适应1.听觉疲劳听觉疲劳（auditoryfatigue）乃是声音刺激强度大大超过听觉感受器的正常生理反应限度，或声音刺激长时间作用于听觉器官而引起的听觉阈限暂时提高的现象。听觉疲劳测量方法：可先测定被试对某种频率声音的阈值，而后让他听一段时间引起疲劳的特定频率和强度的纯音，再测定他的听阈，所得阈值的改变量，即暂时阈移，就是听觉疲劳的指标。暂时阈移的大小受多种因素的影响影响暂时阈移（TTS）大小的因素（1）暂时阈移的大小，和引起疲劳的声音停止多少时间有关（2）暂时阔移一般随疲劳声强度的变化而变化（3）暂时阈移和疲劳声作用时间的久暂有关（4）频率在4000-6000赫的高频高强度的疲劳声对暂时阈移的影响最大，不可恢复的听力损失也最为厉害。2.听力损伤听力损伤乃是声强超过听觉系统正常生理反应程度的声音，持续作用于听觉器官造成的听力下降，通常听力平均损失大于25分贝，即为听力损伤。在职业性听力影响的情况下，防止听力损伤应当视作劳动保护的目标。听力损伤主要有两种类型：一为传导性耳聋，即由于听觉系统传导机能的缺陷所致；另一种为神经性耳聋（或中枢性聋），即由听神经系统的损伤所致。3.听觉适应听觉适应：是持续的声音刺激引起听觉感受性下降的现象。听觉适应的研究方法：响度平衡法以一定声强（如80分贝）的纯音作用于左耳，用另一频率相同但声级可变的声音同时作用于右耳，使两者等响（对一个正常听者，两者平衡的声级可能相等）。然后，将右耳的声音停止，让左耳继续听3分钟，在这一适应期后，重新使左右耳等响，这时右耳的等响级常下降，如降到60分贝，适应量为80-60=20分贝。（五）空间听觉定位1.听觉定位2.方向定位的双耳线索3.深度（距离）定位线索1.听觉定位听觉定位是指利用听觉器官判断发声体的空间方位。单、双眼和单、双耳定位能力比较：2.方向定位的双耳线索（1）双耳强度差（2）双耳时间差（1）双耳强度差当双耳离声源的距离不同时，会产生强度上的差异。声源很少发自人体的正中面，这样它与双耳的距离之差就产生双耳声强差。向头部投影一个声影（类似于光的影子），与声源方向相反的一耳处在声影之中，从侧面来的声音必须绕过头部才能到达另一耳，在声音到达之前，许多声波已被头部与其周围物体吸收，因此到达另一耳的声音强度相对比较弱。水平面上不同方位声源所引起的双耳强度差（2）双耳时间差双耳时间差是辨别声音方向的重要线索。人体头部近似球形，两耳间的半圆周约为27.6厘米，声音到达两耳的时差的最大值（即与人体正中面成90°时）约为0.5毫秒，假如声源位于正中面上（如正前方、正后方），声波同时到达两耳，时差为0，其他情况则介于零和极大值之间，听分析器正是利用这时间上的差别，来确定声源的方位。3.深度（距离）定位线索声强和距离的反比关系复合声的频谱将随距离的改变而变化声波波前的曲率也可指示距离的远近反射声