音色分为哪些（音色大致分为哪两类）

《心理学与生活》摘录

第4章感觉和知觉

作者/ 理查德·格里格菲利普·津巴多

第3节听觉

我们在对世界的体验中，听觉和视觉起着相互补充的作用。

?声音的物理特性

★鼓掌，吹口哨，或者用铅笔敲打桌面。为什么这些动作会产生声音呢？因为它们使客体产生了振动。

★随着振动的客体推动介质中的分子前后运动，振动的能量传递到周围的介质中——通常是空气。

振动导致的压力的微小变化以大约每秒340米的速度以叠加正弦波的形式从振动客体上扩散出去（见下图）。

★真空（例如外太空）中不能产生声音，因为在真空中没有空气分子可作为传递的媒介。

★正弦波有两个基本的物理特性，即频率和振幅，它们决定了声音的作用形式。

*频率是指在给定时间内声波完成的周期数。如下图所示。

*一个周期是指两个相邻波峰之间从左到右的距离。

*声音频率通常用赫兹（Hz）表示，测量每秒的周期数。

★振幅是指声波强度的物理特性，即波峰到波谷的高度。

*振幅是用声音的压力或能量单位来表示的。

图 :理想的正弦波

正弦波的两个基本参数是：（1）频率——固定单位时间内的周期数目；（2）振幅——周期的垂直距离。

?声音的心理维度

★频率和振幅这两个物理特性形成了声音的三个心理维度：音高、响度和音色。

★音高:是指声音的高低，它是由声音的频率决定的；高频产生较高的音高，低频产生较低的音高。

*人们所能感受的纯音范围可低至20赫兹，高至20 000赫兹（低于20赫兹的频率可以通过触摸振动来体验，而非声音）。

*钢琴上的88个键只覆盖从30赫兹到4 000赫兹的频率范围。

*频率（物理现实）和音高（心理效果）之间并不是线性关系。在频率很低的时候，频率只要增加一点点，就能引起音高的显著增高。在频率较高时，需要将频率提高很多才能够感觉到音高的差异。

*例如，钢琴上两个最低的音仅有1.6赫兹的差别，而最高的两个音符之间的差别竟高达235赫兹。这是心理物理学上最小可觉差的另一个实例。

★响度:声音的响度或者物理强度是由振幅决定的；振幅大的声波会给人响亮的感觉，而振幅小的声波是一种轻柔的感觉。

*人们的听觉系统可以感受范围宽广的物理强度。

在一个极端，人们能够在6米外听见手表的滴答声，这是听觉系统的绝对阈限。如果更加敏感的话，你可以听见血液在耳朵内流动的声音。

在另一个极端，90米外喷气式飞机起飞的声音是如此巨大，甚至引起人的疼痛感。就声压这个物理单位而言，喷气式飞机产生的声波所具有的能量是手表滴答声音能量的10亿多倍。

*声音的物理强度通常通过比率而不是绝对大小来表示；声压——产生响度体验的振幅大小的指标——通过称为分贝（dB）的单位来测量。

*下图显示了某些有代表性的自然声音的分贝值。同时也显示了相应的声压作为比较。可以看到两个相差20分贝的声音的声压比为10：1。超过90分贝的声音会损害听力，这取决于你暴露于这些声音的时间。

图:各种熟悉声音的分贝水平

上图表示声音分贝数的范围——从听觉绝对阈限到火箭发射时的巨大噪声。分贝通过声压来计算，它测量的是声波振幅水平，与感受到的响度一致。

★音色:声音的音色反映了复杂声波的成分。

*纯音只有一个频率和振幅。现实世界中的大部分声音都不是纯音。

*噪声的声音没有清晰简单的频率结构。

*噪声包含相互之间没有系统关系的多种频率。

?听觉的生理基础

★听觉系统:如下图4.19所示，要想听到声音必须发生四个基本的能量转换:（1）空气中的声波必须在耳蜗中转换为流动波（2）然后流动波导致基底膜的机械振动（3）这些振动必须转换成电脉冲（4）电脉冲必须传入听皮层。

★在第一个转换中，振动的空气分子进入耳朵（见下图）。一些声音直接进入外耳道，另外一些被外耳或者耳廓反射后进入。声波沿着通道在外耳中传播直到到达通道的末端。在这里声波遇到一层薄膜，称为耳鼓或者鼓膜。声波压力的变化使鼓膜振动，鼓膜将这一振动从外耳传递到中耳，包括三块小骨的耳室：锤骨、砧骨和镫骨。这些小骨组成机械链，传播和集中从鼓膜到主要听觉器官（位于内耳的耳蜗）的振动。

图:人耳的构造

声波通过外耳或耳廓，经外耳道传入，引起鼓膜振动。这个振动激活了内耳中的小骨——锤骨、砧骨和镫骨。它们的机械振动经过卵圆窗到达耳蜗，并使管道里的液体振动。当液体流动时，耳蜗中盘旋的基底膜内层上微小的毛细胞弯曲，刺激附着在其上的神经末梢。物理刺激就此被转换为神经能量，并且通过听神经传送到大脑。

★第二个转换阶段发生在耳蜗中，空气波变成“海浪波”。耳蜗是充满液体的螺旋管，其中基底膜位于中央并贯穿始终。当镫骨使位于耳蜗底部的卵圆窗发生振动时，耳蜗中的液体使得基底膜以波浪的方式运动（因此称之为“海浪波”）。

★第三个转换阶段，基底膜的波浪形运动使得与基底膜相连的毛细胞发生弯曲。这些毛细胞是听觉系统的感受细胞，当毛细胞弯曲时，它们刺激神经末梢，将基底膜的物理振动转换为神经活动。

★第四个转换阶段，神经冲动通过被称为听神经的纤维束离开耳蜗。这些神经纤维与脑干的耳蜗核会合。就像视觉系统的神经交叉一样，来自一只耳朵的刺激传递到两侧的大脑。听觉信号在到达位于大脑半球的颞叶听皮层之前要经过一系列的神经核团。对这些信号的高级加工开始于听皮层（你马上将会了解，上图所显示的人耳的其余部分在其他感觉中的作用）。

★听觉障碍一般分为两大类型，每一种类型都是由一种或多种听觉系统成分的缺陷引起的。

*一种类型被称为传导性耳聋，其症状较轻，是由于空气振动传导到耳蜗方面出现问题引起的。在这种情况下，常见的问题是中耳的听小骨没有充分发挥作用，这种缺陷可以通过植入人造砧骨或镫骨的显微手术来矫正。

*另一类比较严重的听觉障碍是神经性耳聋，是由于在耳中产生神经冲动或将神经冲动传导到听皮层的神经机制存在缺陷。听皮层的损伤同样可以产生神经性耳聋。

★音高知觉理论　

为了解释听觉系统是怎样将声波转换为音高感觉的，研究者们提出了两个截然不同的理论：地点说和频率说。

*地点说是建立在这一事实上的，即当声波经过内耳时基底膜随之运动。不同的频率在基底膜的不同位置上产生它们最大的运动。对高频率的音调来说，声波产生的最大运动发生在耳蜗的基部。对低频率的音调来说，声波在基底膜上的最大运动发生在相反的一端。地点说认为，音高的知觉取决于基底膜上发生最大刺激的特定位置。

*第二个理论是频率说，它是以基底膜振动的频率来解释音高。该理论认为，一个100赫兹的声音将在基底膜产生每秒100次的振动。频率说还认为基底膜的振动将引起同样频率的神经放电，神经放电的频率就是音高的神经编码。

*齐射原理认为，一些神经元可以通过联合的活动形式（或称齐射）在刺激音高为2 000赫兹、3 000赫兹乃至更高频率时放电（Wever，1949）。

*地点说和频率说分别成功地解释了音高的不同方面。频率说可以更好地解释低于5 000赫兹的声音编码。地点说可以很好地解释1 000赫兹以上的音高知觉。

*声音定位　

声音定位的任务——你能够确定听觉事件的空间来源。你是通过两种机制来实现的：评估到达每只耳朵的声音的相对时间和相对强度。

*第一种机制涉及的神经元比较进入每一只耳朵的声音的时间差。

例如，当一个声音在你的右侧响起的时候，它到达你的右耳的时间比到达左耳的时间要早（见下图中的B点）

图:时间差和声音定位

大脑利用到达两耳的时间差来对空间中的声音进行定位。

*第二种机制依赖于以下原理：对于声音首先到达的耳朵而言，声音的强度会稍微高一些。因为你的头部本身形成了一个声影而使信号变弱。

当一个声音既没有产生时间差异也没有产生强度差异的时候又会怎样呢？在上图中，一个产生于A点的声音就是如此。

*回声定位法——它们发出音高很高的声波，从物体的反射中获取关于物体的距离、大小、结构和运动的信息。事实上，有一种蝙蝠可以通过回声定位法区分相距只有0.3毫米的两个物体。

2022. 05.26

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