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第六章 听觉实验
• 第一节 听觉实验中的变量
• 第二节 听觉的基本属性
• 第三节 听觉的基本实验

第一节 听觉实验中的变量
• 一、听觉的物理刺激和音感
• （一）声波及其特征
• 听觉现象的产生离不开声源，只有当声源获得一定能量后，通过自身的振动，才能把能量通过各种物质媒介(如空气、水等)，以纵波的形式传给人耳，才产生听觉。这种纵波即为声波，也就是听觉刺激。

• 听觉刺激声波有三个主要特征，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。
• （二）频率和音高
• 频率是物理量，指每秒振动的次数，单位为Hz。声波的频率高，听到的声音就高；频率低，听到的声音就低，但它们之间并非线性关系。

• 音高是人对声波频率的主观属性。
• 人耳接受的声音频率范围为20～20000Hz，40岁以上的成人听力上限会下降到12000Hz左右，而人耳最敏感的声音频率范围为1000—3000Hz。频率是一种物理量，而人对它的感知则是音高。音高主要与声音频率大小有关，但并不完全由频率决定，也取决于声音强度。

• 在心理学中，音高的单位为美，确定1000美的音高为1000Hz40dB的声音刺激的主观感觉。
• 这样，在声音强度不变的情况下，便可以对不同频率的声音刺激进行音高判断，并可求出音高和频率间的关系。
• （三振幅和响度
• 响度是声音振幅的一种主观属性，是由振幅引起，振幅越大，则响度越大。
• 一般地，频率主要决定于声音自身的属性，而振幅则决定于外界施加的力。

• 对于振幅，公认的测量方法是对声波的压力测量。
• 声波造成的压力变化用分贝（dB）量来测量。
• 对于分贝量，规定以人能听到的平均绝对阈限值，即1000Hz附近的压力变化为0分贝参考点，此时压力为0．002达因／平方厘米。这样，20dB的声音，人的主观感觉约为相当于3米远处柔和低语声的声响。

• 人讲话声音约为60dB的水平，人耳能对高达125～130dB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130dB的声压会使耳产生痛感，若长时间保持这样高的声压水平，人耳的听力机制就会受到损伤，这就是纺织女工退休后听力敏度下降的一个主要原因。

• 与振幅这个物理量相对应的心理量是响度。响度是人的一种主观体验，它主要与振幅有关，但也受频率的影响。
• 响度的国际单位是宋， 1宋为40dB时所听到的1000Hz音调的响度。这样，在频率不变的情况下，就可以得到声压与响度之间的关系。

• （四）波形和音色
• 音色是声波波形的一种主观属性。
• 纯音：波形呈正弦曲线的声音。
• 复合音：不同频率和振幅的纯音相混合而成的音。
• 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，组成它的纯音频率之间没有整倍数的关系。
• 白噪音：由各种频率组成，各成分之间具有同样振幅在相位上无系统关系的非周期性复合音。

• 二、听觉实验中的变量
• （一）自变量
• 听觉定位：听觉的方向定位。声笼法是研究听觉定位的装置。
• 声笼法：主试将被试双眼蒙住，以去掉视觉线索的作用，然后固定好被试头的位置，防止实验进行中双耳位置的变化。 实验中，将刺激呈现器随机在事先选择好的位置上呈现，让被试进行声音方位的判断，并作相应记录。

• 不同种类的声音（纯音、嘀嗒声或噪声）刺激和不同呈现位置作为自变量，主试通过控制刺激呈现的位置变化和呈现不同刺激来探寻人类在双盲情况下依据双耳进行声音位置判断的规律。任何一个听觉实验，都离不开声音刺激，声音刺激可以作为自变量，也可以不作为自变量。

• 声音能由主试进行控制，主要体现在以下几个方面 （1 ）恒定性。在声音呈现时，只要确定了振幅、频率(如纯音)，则可以使它在任一不同刺激方位上的音高、响度不变，条件均等。（2）辨别性。选用自变量的声音刺激，使受试利用双耳进行方位判断成为可能。（3）可控性。对于声音刺激作自变量，主试能较严密地进行操作控制。

• 自变量的变化主要有两个方面，一为量的变化，如某一声音持续时间的长短；一为质的变化，声音的三个特性中任一个发生变化，就会导致声音刺激的性质发生变化。对于任何一个实验，在自变量确定以后，控制呈现亦是一个至关重要的问题。同一个自变量，不同的呈现方式就有可能导致因变量产生不同的反应，从而使实验结果复杂化。

• 在确定好自变量以后，声音刺激的呈现位置及其序列会对实验结果产生影响。呈现位置一般选择为00、450 ……以450为间隔的几个位置。倘若在呈现位置选择上不合适(如不对称)，则会使在进行结果分析时产生差错；但若对刺激的呈现序列不科学——不随机化，则受试就会掌握其规律或产生其它错觉，从而使实验失去意义。

• （二）因变量
• 就上述实验而言，实验者根据声音出现在不同的位置点时，被试对声音定位的正误判断进行统计分析，可以得出被试对位于左右方向声音的辨别正确率明显高于前后方向；噪音作自变量时的判断正确率(任何位置)都要高于纯音。

• （三）控制变量
• 控制变量主要有机体变量和操作变量。对于机体变量，如性别、年龄、智力等可通过实验设计进行控制，而情绪、健康状况等则可在对受试的选择时进行适当的剔选。对于操作变量，主试要较好地运用娴熟的实验技术来对实验条件和实验过程进行调节。

• 听觉实验多为室内实验，这就对实验环境提出了一些特殊要求，尤其是进行听力测量等实验必须具备无噪环境——隔音室。隔音室亦称消声室。
• 隔音室内的情况接近自由声场，它除了采用必要的隔声措施抑制外来噪声的干扰外，室内的六个表面四壁、地板、天花板)上都敷以吸声系数特别大的结构。通常尖劈结构用得较普遍。

• 刺激呈现通常使用电子发生器。由于电子仪器能对声音刺激的频率、振幅进行随意选择，且能保持先后呈示的一致性，因而是一种较好的呈示装置，便于主试进行控制。对于一些较难重复再现的刺激，如言语、机械声、噪音等，则可借助于录音机，进行再现和控制。

• 被试对刺激的接受，双耳和单耳或是耳机和扬声器的选择亦不能忽视。实验中如何确定被试接受的刺激方式必须根据具体实验而定。如是听觉定向实验，受试必然要运用双耳，否则实验就无法完成。若用单耳进行距离判断实验，则单耳的选择 亦须十分小心，因为人的左右两耳在听力方面是有差别的只不过在日常生活中未表现出来而已。
听觉编码
• 听觉编码是听觉研究的新进展，随着认知心理学的发展，可以通过对听神经的直接刺激来研究听觉编码。赛蒙(Simon)等在这方面进行了初步尝试，他们通过对一位60岁右耳失听的受试进行实验，实验中，研究者将一组电极安置于聋耳的第八对脑神经的某一部位，当通过电极输入不同的电流时，受试报告并描述相应感觉。

• 结果发现：
• （1）所有阈上刺激都能使人产生音调感觉，而不是杂乱无章的噪音。
• （2）响度感觉大致只与振幅有关，最大强度电流产生最响感觉。

• （3）音高感觉大约与两个因素有关：刺激作用的位置和频率。安置在不同位置神经纤维上的电极，产生不同的音高感觉，而且受试能对这些音高感觉进行由高到低的次序排列；
• 不同频率的刺激产生不同的音高感觉和音色感觉。每秒一次的脉冲信号，受试感知为钟铃的“叮当”声，每秒3—4次的脉冲信号，反应为钟表走动的“嘀嗒”声，每秒10次的脉冲信号，反应是蜂鸣器的“嗡嗡”声，脉冲信号每秒30次时，反应是电话铃般的响声，当每秒的脉冲信号达到100～400次时，反应为通常的口哨声。

• （4）两个相同的电刺激，分别作用于不同位置的电极时，受试会感到与每个刺激在各自位置单独作用、互不干扰的感觉，只不过两者同时发生而已。
• （5）听觉编码确信是一种信号。当将人的讲话(言语)声波输入电极时受试会产生一些感觉，但与言语的波形特征无关。

• 第二节 听觉的基本属性
• 一、音高
• 音高是听觉的首要属性，它是一种心理量，音高的单位是美，纯音的音高依赖于声音的频率。
• （一）音高量表
• 音高主要是由声音频率决定的，也决定于声音的强度。史蒂文森让被试通过调整法产生了一个等音高轮廓的声族，结果要使各种频率的音调产生与标准音调同样的音高知觉，需要不同的强度。同时还发现，中等频率的音调不管其强度如何，都有相对稳定的音高。

• 音高量表—美量表，说明在强度不变的情况下，音高与频率之间的相互关系。实验采用了分段法，首先确定在40dB强度条件下，1000Hz的纯音音高为1000美；然后被试分别将许多纯音的音高与标准音调的音高相比较，并进行相应的调整。

• 结果两者间是非线性的关系。如3000美的音高对应的频率约为10，000Hz，即10，000 Hz刺激的音高约是1000 Hz刺激音高的3倍，而不是10倍。
• 在1000 Hz——4000 Hz范围内，音高与频率基本上是线性相关的；当刺激值高于4000 Hz时，音高的增加要慢于刺激频率的增加；当低于1000 Hz时，音高的增加则快于频率的增加。

• （二）音高与强度的关系
• 音高不仅随频率变化，也随强度变化。如一个恒定的声源，当它同耳的距离发生变化时，音高就要发生变化；使频率恒定，当改变强度时，音高亦会发生变化。
• 经过多次实验总结出规律：当频率低于1000Hz时，音高随强度的增加而减弱；当频率高于3000Hz时，音高随强度的增加而增加；当频率在1000—3000Hz时，音高与强度变化同步。

• 音高受强度改变影响最小的那些频率都是人耳对它们最敏感的声音，也是耳感受性最高的部分。
• 音高与周相的关系同音高与强度的关系相似。
• 在1000—4000Hz时，周相对音高的影响作用最小。

• 二、响度
• 响度是听觉的第二属性，是人耳对声音强度反应的主观量。
• 响度量表的单位是宋，1宋是指40dB时1000Hz的纯音刺激的响度感觉。
• （一）响度量表
• 与音高一样，响度不仅与强度有关，也与频率有关。当频率恒定时，便可以得出一个随强度变化而变化的响度量表——宋量表。
• 宋量表的建立方法主要有以下几种：

• 1.二分法
• 让被试调节一个可变音，直到其响度等于两个连续音响度的中间值。
• 2.多分法
• 让被试调节一个可变音，直到其响度为标准音响度的几分之一。这样的过程持续进行，使连续的响度值分为许多段，直到主试获得足够的数据来建立主观响度量表为止。

• 3.单耳——双耳平衡法
• 一个纯音同时传给双耳听起来是这个音单独传给单耳响度的2倍。因此，如果一个受试对单耳听到的一个可变音的强度判断为与双耳听到的相同频率音的响度相等，这样便得到了一种相对自由的进行误差判断的方法。

• （二）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。
• 弗兰切和莫桑通过实验，对响度与频率的关系进行了研究。在实验中，让被试调节一个可变音，使其与标准音的响度听起来一样，这里的标准音是1000Hz在各个不同声级水平上的纯音。在这个实验中，被试在对可调音进行调节时，选择好一个频率值后还要进行强度调制才可能得到要求值。经过实验，得出了等响曲线。

• 值得注意的是，这个结果的解释采用了一个新的单位——方，方是一个响度级单位。因为当频率不同时，即使两个音的强度相同，但响度却并不相同。例如，频率为1000Hz 和100Hz的两个音，当声压级都为40dB时，但响度却不相同， 1000Hz的音要比100Hz响得多，要使二者一样响，需将后者增加11dB大小的声压级水平。

• 要确定每个频率声音响度的大小，要制定一个新的响度级单位——方。规定1000Hz的任何响度音的响度级与其声强级（dB）相等。例如，40dB1000 Hz的音响度级为40方。当然响度量表单位宋与响度级单位方之间有一定的关系，1宋的定义值为1000Hz40dB时的响度感觉，其刺激强度恰为其响度级单位。

• （三）响度与时间
• 要对一个音的响度进行估计必须要有一个最短持续时间。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，则其响度也会变化。
• 响度在时间上有总和作用
• 当两个不同频率的音同时呈现时，其响度要比任何一个单独呈现的响度大。

• 第三节 听觉的基本实验
• 一、听觉敏锐度
• 听觉敏锐度是指产生听觉所需的最小声音强度。
• 最低的一条曲线是最小听觉限，即可闻阈限，而最上的一条则为听觉上限，即最大听阈，亦称作痛阈。这些曲线是通过以下技术来获得的：被试在听功能较好的一只耳上戴上耳机，接受主试通过调节听力计来产生一个纯音刺激。

• 主试慢慢地提高声音的强度，当被试第一次报告产生了听觉，即听到了声音时，主试记下这个听觉阈限水平值，并作为听力图上可闻阈曲线上1000Hz时的一点。然后，继续缓慢地提高声音强度水平，当被试第—次报告耳朵感到搔痒或产生疼痛时，主试记下这时的阈限值，并将其作为最高的痛阈曲线1000Hz上一点。对于其它各个频率，重复进行同样的实验。

• 在可闻阈曲线上，当刺激频率低于20Hz时，其阈限值为无穷大，而当刺激频率高于20000Hz时，其阈限值亦为无穷大；但当刺激值为3000Hz时，其阈限值为最小。常人无法听到20Hz以下和20000Hz以上的声音，但对3000Hz的声音刺激却是最敏感的。痛阈曲线也反映出与可闻阈曲线相类似的听觉范围内的感觉阈限特性。

• 二、听觉掩蔽
• 如果一个被测音同时有另外一个音相伴随，或是有另一个音紧跟其后，则后面的那个音就会对前面的音产生掩蔽。后面的音叫掩蔽音，前面的音叫被掩蔽音。掩蔽的效果使得纯音的绝对阈限上升。1964年，赖特经测量发现掩蔽作用程度为纯音和噪音起始强度差的函数。

• 艾默、西蒙和库亨1968年研究指出，纯音对纯音掩蔽的频率范围远比噪音对纯音的掩蔽范围要广，但这时噪音必须与被掩蔽的纯音十分接近(25毫秒以内)，在间隔时间长时，纯音掩蔽的范围要狭窄一些。

• 掩蔽噪音对纯音的掩蔽是不对称的，低于掩蔽噪音的各种频率的纯音几乎不受这些噪音的掩蔽，不影响听觉，即使是噪音强度很大时(如110dB的噪音)情形亦不例外；对于高于噪音各频率的纯音，则几乎全部被掩蔽。同时，研究者还发现掩蔽噪音强度越大，在它本身频率范围内和高于这个频率范围的纯音，被掩蔽的效果越明显。

• 许多掩蔽实验还发现，掩蔽的刺激与测试的音调频率必须大体接近，才会产生掩蔽作用，人们由此引入了关键带的概念。所谓关键带是指有效地掩蔽特殊测试音调的掩蔽音最小频带宽度。关键带现象的发现支持了频率编码的地点说。

• 三、听觉缺失和疲劳
• 疲劳是一种正常的生理现象，但是长期的过度疲劳则有可能导致某种器官的机能损伤。暴露在一定强度和一定时间的声刺激后，听觉感受性急剧下降，即出现暂时性听觉阈移（TTS）。然而在这种听阈的恢复过程中，大约在2分钟左右又开始升高。

• 听觉缺失主要有两种类型：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，即由听神经系统的损伤所致。传导性耳聋，其实质为外耳或中耳的机能紊乱，阻止或妨碍了声波适当地传导到内耳的感受细胞。神经性耳聋则为毛细胞及其神经联系受损伤的结果，它不同于传导性耳聋，而是一种无法恢复的听力缺失。

• 传导性耳聋，是一种常见的病症，典型的症状是外耳道或鼓膜或中耳的听小骨丧失机能。对于正常人，若用蜡堵住耳朵，或刺激耳膜，听力的敏度便会丧失。但若鼓膜被轻扯或稍刺一下，听觉丧失常不严重。这两种情况一般容易矫正，蜡可以移去，膜将会痊愈。

• 由于听小骨损伤而造成的传导性耳聋，会产生长期的缺陷，最严重的缺陷叫做耳硬化症。有这种疾病时，小骨链失去正常活动的灵活性，镫骨的底板紧粘在卵圆窗上，最终的结果是听小骨传导声音振动的能力受损或完全丧失。

• 神经性耳聋，是听力缺失中最严重的类型。当听觉的神经机制受到破坏时，这种听觉缺失是不能恢复的，助听器也不能强使不复存在的细胞发放冲动。产生神经性耳聋的原因各不相同，可以是长期处于过度噪音水平中的结果(刺激聋)，如长期听摇摆舞乐曲和常乘履带式汽车；某些药物，包括人们熟知的链霉素等，当使用过量和持续时间过长，亦会导致神经性耳聋。

• 老年人会产生一种称作老年性的神经性耳聋。老年性耳聋是一种正常现象，主要是对高频音敏感的伤失，并随年龄增长逐年加剧。贝克西经过调查和实验研究发现，事实上，当人在40岁以后，听力上限每半年降低80Hz。