试重写音响系统XX要 [复制链接]

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图 7
　
内耳，主要构造是耳蜗（cochlea），内部充满液体，卷成约2.75圈的螺旋外形。Organ of Corti 位在 basiler membrane 上，有听觉受器hair cell。hair cell上的纤毛弯曲时会在细胞内产生电流讯号，讯号传送到大脑的听觉接受区，使我们听到声音。如下图，听觉受器hair cell又可分为两种：inner hair cell与outer hair cell。前者数目较少，约3500个，但是有95%的听觉细胞接受来自此的讯息；后者数目约12000个，但只处理约5%的讯息 。outer hair cell有一项主要的功能是藉由改变其长度（称为motile response）来增加inner hair cell纤毛振动的幅度。如图8。

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图.8
　
听觉的传递路径由cochlea开始，依序为cochlear nucleus、superior olivary nucleus、inferior colliculus、medial geniculate nucleus、temporal lobe(A1)。从superior olivary nucleus开始才是双耳讯息。如图9。

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图 9
    
音调认知(Pitch Perception)
　
我们曾经提到音调由频率决定，现在我们要来看听觉系统如何登录不同频率的声音。频率地域码（place code for frequency）认为不同频率是由听觉系统中不同位置的神经反应来表示，也就是说在耳蜗中不同位置的受器连结到不同位置的神经，同时代表不同的频率；频率时间码（timing code for frequency），认为不同的频率是 由神经的反应频率来表示。接下来我们分别介绍这两个理论各自的证据。
　
不同频率的声音由不同位置的发细胞（hair cell）收录，如图10，basilar membrane的 base 比 apex 窄了三到四倍，如下图左，且base的硬度是apex的100倍。而basilar membrane的振动是一种traveling wave，如图11，透过这种振动方式使耳蜗内的液体振动同时引发hair cell的反应。

图 1
　
在水平方向上，不同位置的声源到达双耳的时间，因耳朵之間的距離，而每只耳朵對聲音的認知彼此差异不同(interaural time difference, ITD)，如图2。声源位在正前方(点A)时，声音到达双耳的时间相同；声源位在正右方(点B)时，声音到达左耳比到达右耳慢了约0.6ms，此为最大的时间差。除此之外，由于声波经过头部时会被减弱，形成聲學陰影(acoustic shadow)，如图3，位在两旁的声源到达两耳时的强度就有差异(interaural level difference, ILD)。但这个讯息只适用于一定频次以上，愈高频的声音双耳ILD愈大，如图4。这样的技术可应用于指引盲人的设备上，利用呈现双耳不同差异的讯息来告知盲人附近物体的位置。

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图4
　
耳壳(pinna)反射声音进入听道，随着不同频率，反射率也不同，称为方向功能性傳送(directional transfer function DTF)，也称为(head-related transfer function, HRTF)。在垂直方向上，由于不同位置的DTF不同，所以可以藉此判断声源垂直方向上的位置，如图5。

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图 6
　
接收皮肤刺激的神经细胞由周围神经（peripheral nerve）进入背根神经（dorsal root），再到脊髓。进入脊髓之后，感觉神经分为两路：medial lemniscal pathway，纤维较粗，负责触觉和本体感觉；spinothalamic pathway，纤维较小，负责温觉和痛觉。大部分的神经会接到视丘中的ventral posterior nucleus。从视丘讯号再送到顶叶的somatosensory receiving area(S1)，也可能送至secondary somatosensory cortex (S2)，从左侧来的会传到右脑；右侧来的会传到左脑。
    
皮肤的每个部份在大脑皮层里有map对应，且具有高敏锐度的部位所分配到的大脑皮层也较大，这点很像视觉的magnification factor，也因此我们假设大脑中有一个「小人(homunculus)」，来代表我们身体各部的触觉；但是这个小人的手、脸等都很大，但身体很小，如图7。

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图.7
　
在猴子身上，我们可以找到模拟于视觉细胞的接受域的触觉细胞，有中央兴奋、周围抑制的神经细胞、也有对特定方向现段敏感以及特定运动方向敏感的细胞。
　
触觉的物体知觉
    
前面我们所提到的两点觉阈实验，受试者是「等着被刺」，称为passive touch；但是在生活中，我们通常都是主动地去摸东西，称为active touch。Active touch包含了三个成分：第一是皮肤感觉，第二是动作的部分，第三是我们认知系统如何解释这些动作与知觉的讯息。J.J. Gibson认为active touch的重要性质是有意图的。如果要求你摸出一个物体的形状，你会选择性的搜寻有关形状讯息的部分，所以意图对active touch经验来说是很重要的。
    
在主动地藉由触觉辨识物体时，我们有四种特定动作来帮助，称为exploratory procedures (EPs)，如图8；但是在不同的作业要求下，会策略性地采取其中一两个动作，来完成作业。

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图 8
    
当我们主动去触摸物体，生理上的神经细胞反应又是如何呢？在皮肤上受器的部分，我们可以做下面的模拟：摸到小球，皮肤上的受器在单位面积内会有较大的感觉差异；而摸到大球则差异较小，如图.9。

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人类能听到的声音，在不同频率的阈值也不同，如图5最下面的线；中间两条线是在不同频率下，我们感受相同音量的真实强度；最上面一条线是让我们感受到不舒服的强度，超过这个强度可能会造成听力受损。

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图 5 图中Threshold of feelint可闻痛域；Equal loudness curve等响度曲线；conservational speech语言适合区；Audibility curve(threshold of hearing) 可闻域起始(虚线以上区域)
　
听觉系统的构造
　
听觉系统主要有三个功能：
第一是将外在物理刺激传送至接收器；
第二是将物理能量转为电能；
第三是讯息处理后必须可还原声源的音色、音调、音量及位置。在构造上可分为三部分：外耳（outer ear），中耳（middle ear），内耳（inner ear）。如图10.6。

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图 6
　
外耳部分包括：耳壳、外听道及鼓膜。透过耳壳让我们可以知道声音的方向；外听道约2.5-3公分长，可保护鼓膜（tympanic membrane，eardrum）也可维持鼓膜和中耳的温度恒定。除此之外，透过外耳的共振作用可以提高声音2000~5000Hz的强度。
    
中耳包括三块小听骨，传递方式是由鼓膜振动开始传到三小听骨（锤骨malleus ，砧骨incus，镫骨stapes），再传至卵圆窗（oval window）最后进入内耳。外耳与中耳都充满空气，而内耳是充满液体，如图7。当振动从空气传入液体时会造成传送不佳，这时候三小听骨便能解决这个问题。当振动由鼓膜传入到 镫骨输出时，可增加单位面积压力17倍；其次，根据杠杆原理三小听骨可增加约1.3倍的振动；因此在中耳的传送过程可增加振动约22.1倍。此外，中耳的三小听骨上附有身体最小的骨骼肌，当有非常强大的巨响传入时，它会收缩以减低三小听骨的振动，可保护耳朵。

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表 2

　

    为什么每一个纤维对不同的刺激反应？决定因素之一是受器的构造，会影响到达神经的压力。以Pacinian Corpuscle来说，外形为椭圆形且面积大，如图3。如果把外面的囊去掉，则不会产生原有的反应，因此可以知道是因为构造使得反应不同（见辅助教材内的辅助网页，有生动的动画说明！)。

好了，我终于将整篇文章上传完了，第一次一口气上这样多图表，相多吃力，因为被拒绝超越三图，只好每次多停几分钟。

在这里再次郑重声明，这文章是转贴的，因为已经找不到来源，故没法说出出自那位学者。我不是心理学家，也不是生理学家，我仅一个玩家吧了。

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图.3
　
当所有管道全部同时被刺激，我们如何知觉？如图4。用滚轮滚过皮肤，纪录猴子手指上一个神经的反应，根据结果做出spatial event plots，表示神经可以处理刺激的小细节。而其中Slowly Adapting 1 (SA1)对处理细部最好，因为接收区域最小的缘故。同时以字母做实验，当SA1对O与C的反应相当时，则我们会认为是同一个字母O，也就是说我们是依赖SA1的反应来判断，正说明了SA1对细部处理的重要性。

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图.4
　
    温觉受器为thermoreceptor，对特殊的温度和温度改变反应。可分为两种：温受器（warm receptor）与冷受器（cold receptor）。其中温受器对摄氏30-48度有反应，最佳反应在44度左右。低于44度时随着温度上升细胞反应频率增加，高于44度左右则温度上升反应频率下降，高温持续则反应持续，而且不对机械振动反应。至于冷受器，对摄氏20-45度有反应，最佳在30度左右。如图5。

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图 5

触觉神经的传导
　
我们身体各部分的触觉敏锐度是不同的。以两点觉阈(two-point threshold)为例，指尖的阈值非常小，RA1与SA1都是接收范围较小的 ，而这些受器在指尖的密度也是最高的，所以皮肤的触觉敏锐度是由受器决定的，如图6。

我发觉很多音响发烧友对「我们怎会痴迷上音乐」都不能够回答出一个观念清晰的解释。他们多半说：「怎会痴迷上音乐？音乐好听嘛！」「怎样好听，就是好听嘛！」

老實說，我這個帖的主要目的其實想勸導發燒迷千萬別單獨地迷上音響，重要的應該是迷上音樂。我轉貼在另一個帖子上我寫的一段話：

http://bbs.hifi168.com/bbs/article.asp?ntypeid=10&titleid=66736&page=1

我的迷上了音乐可划分成几个阶段：

第一阶段是认识音乐的美感阶段 我们家是三代同，祖、叔、我辈同挤在一起住。我还只是六七岁，叔叔姑姑们已经上大学，在家里经常哼唱当年的外国流行歌曲，我觉得蛮好听，就这样喜欢上了，主要是觉得这种旋律委实很美，铭记心坎。聆听音乐就成为自己的乐趣。凭着音乐的感染力强大的原始力量，就把我带到一种有意识的、寻找更多机会聆听到这种充满魅力的声音的、积极行动心境中去。我开始用积蓄下来的零用钱研究和制造矿石收音机。

矿石收音机真的试制成功了，这个阶段听音乐，不需要思考，只要把收音机打开，便心不在焉地沉浸在音响中了。第一阶段对认识音乐中占有非常重要的意义，知道甚么是美，但这并不是全部问题的所在，因为新的问题也随着产生了。为甚么聆听音乐的感觉会这样美？这些旋律美的音乐叫甚么名字？是谁创作出来？于是，这些问题就紏缠在心坎里，直到现在！尽管音乐叫甚么名字？是谁创作出来？很多疑云拨开了。为甚么聆听音乐的感觉会这样美？仍然未有解答。这个阶段延续至我开始踏入社会，到经济收入逐渐充裕为止，于是口袋里的钱助拥着自己的聆听欲念，开始作怪了！

是的，音乐音响的感染力是一种强大的和原始的力量，我明白让自己的兴趣仅停留在这个美感阶段是不够的，是未能够满足自己的求知欲的。因为随着年龄、知识、聆听经验、社会交际圈子等等的音增加增大，求知欲也水涨船高，毕竟音乐美感占只是音乐非常重要的部份，但并不是它的全部，我对聆听音乐的要求也扩大了。我开始到处逛、到处听，经济条件日渐松裕后，聆听音乐的器材要求的构思也开始萌芽。

在生活、社会圈子扩大后，令我惊讶的是看到不少自从为是合格的音乐爱好者，在这个美感阶段养成了不良的听音乐的习惯。他们去听音乐会是为了忘掉自己，把音乐作为一种安慰或解脱。他们进入了一个理想世界，在这个理想世界中人们无需思考日常生活中的现实，可以逃避现实——他们当然也更不会去思考音乐。音乐允许他们离开了音乐，把他们带到了一个幻想的境界，这种幻想是由音乐引起的，是纯粹关于音乐的曲目，他们又不怎么去聆听音乐，只是片面地聆听可以沉溺迷醉他们的那些羁穈之音。

我发觉，只要钢琴上奏出了一个音符，这个音就足可以立即改变自己当时的心情郁闷——证明音乐的音响成分，是一种强大的和神秘的力量，谁嘲笑或小看这点，谁就会显得很愚蠢。于是我逐渐踏入了音乐的回放的表达能力阶段，认识到不同的音响器材回放出来的声音有很大的差异，聆听到某些音响器材或音响器材之间的不同配搭，回放出来的声音会更加高贵优美。聆听音乐的要求于是便渐渐改变成对音响器材回放出来的声音的追寻了，这个阶段我称它是音响器材回放出来的声音的阶段，是最花钞票的阶段。这个阶段花钞票换去不恰意的音响器材外，还要补钞票换来新的、认为回放出来的声音会更好听的音响器材，当然免不了还要加上一些昂贵的试音软件。这个阶段最冗长，像腐骨之疽一直拖延到如今，但可以说纯粹是一种精神上的「心瘾」，仅偶然踫上机遇才会发作吧了。其实，这个阶段发展到某程度时，厘定音响器材回放出来的声音之间的分别，已经变得微乎其微了，吹毛求疵的升级，已经提升到奢侈的程度，希望能聆听到更加细致性的声音，要花出的钞票代价以几何级数般递增，有没有这样的需要是见仁爱见智了。其实发展到这种景界时，聆听音乐也该开始升华了，进入了一个认真聆听音乐真谛的景界。
　　　　　　　　
在这个认真聆听音乐真谛的景界里，开始对不同作曲家、使用的不同音响素材更为敏感。因为并不是所有的作曲家，都会使用同一种方法、使用音响素材的。音乐的价值视乎它诉诸美感的程度，最好听的音乐并不一定是由最伟大的作曲家写的。由于作曲家使用音响要素的方式因人而异，他对音响的使用方式形成了他的风格的一个组成部分，这一点在聆听音乐时是必须加以考虑的。
　　
　　昨晚，不应该说是今天清晨（他是在2005-1-9 3:16:46 上帖子的，真难能可贵）可不可以举个性格类的例子, 比如说某个类型的音乐能具体反应出人在行为上的哪些(物理/化学)行为或反映? 我就对这一类不大理解。我是这样回答：

我觉得韦伯(Weber) 的邀舞(Invitation to the dance Op.65) 这一首华丽的回旋曲，是最显浅、最易懂的例子。它细腻地描绘出跳舞男女舞伴的互相结识、交谈、邀请共舞的绮丽情景，在聆听过程中，聆听者会随着音乐梦幻般进入舞会里，彷如自己正拥抱着心爱的恋人在跳舞！

我自己认为，所有的音乐都有表达能力，有的强一些，有的弱一些，所有的音符后面都具有某种涵义，而这种涵义构成了作品的内容。要我用言语把这种涵义说清楚吗？我的回 答是：“不能”。这就是症结所在，因为涵义过于抽象，很难言语表达清楚。
　　
要是希望音乐具有一种涵义，这种涵义愈具体，他们就愈喜爱它。愈能使他们想起一部影片、一场音乐演奏会、一次葬礼或任何其它比较熟悉的某国国歌等概念的乐曲，他们就愈觉得富有表现力。这种对音乐具有涵义的仅是一种流行概念。
　　
任何一首作品都具有明确的涵义方面，我说，充其量不过是一种一般的概念。在不同的时刻，音乐表达了安详或洋溢的情感、懊悔、胜利、愤怒、喜悦的情绪。它以无数细微的差别和变化表达其中的每一种情绪以及许多别的情绪，它甚至可以表达一种任何语言中都找不到适当的言词的涵义。说音乐只有纯音乐的涵义，说所有的音乐都只有纯音乐的涵义，其实真正的意思是说，找不到恰当的言词来表达音乐的涵义，即使能够找到，也没有必要去找。

我说的音乐确实能表达一种涵义，但又不能用很多言词来说明其涵义是什么。那么聆听音乐的第三阶段「认真聆听音乐真谛的景界」，音乐除了令人愉快的音响和所表达的感情外，确实存在于音符和对音符的处理之中，可以进一步认识音乐。如果稍有区别的话，专业音乐工作者又太注意音符了，他们经常陷入下述错误，即全神贯注于琶者和断奏，从而忘了他们所演奏的乐曲的更深刻的方面。我这个外行的角度来看，提高自己对正在演奏的音符的理解，较诸克服纯音乐阶段的坏习惯更为重要。
　　
当我在街上、或任何场合里稍微注意地聆听“音符”时，我只会注意到这支曲子的旋律、听到的是一支美妙的旋律，假如不是美妙的旋律我就不再注意聆听下去；其次我注意到的很可能是曲子的节奏，特别是节奏令人兴奋的；而和声与音色，常常被我认为是理所当然的了，至于这音乐是否有某种明确的形式，我从来没有考过。
　　
我认为应当更多地在纯音乐阶段感受音乐，我聆听的是实际的音乐素材，我认为作为一名明智的聆听者，必须加强自己对音乐素材及其发展情况的意识，必须更有意识地聆听旋律、节奏、和声及音色，尤其重要的是，为了追随作曲家的思路，必须懂得一些音乐曲式的原理。因此我收集了各种各样乐器的软件，收集了各种各样乐器和音乐曲式的原理的书籍。聆听到这一阶段，要素纯音乐的阶段欣赏音乐，首先要充实自己的音乐修养。
　　
我为了更清楚将我怎会痴迷上音乐，我才机械地将经历硬性地分成三种不同的阶段。实际上，我从来不单独在一个阶段上聆听音乐，我所做的是使各个阶段相互联系——同时以三种方式去聆听，凭直觉就会这样做的。
　　
例如我坐在剧院里，就会注意到那些男女演员、服装和道具、音响和动作，看到的情况与音乐相比较，便会搞清楚这种直觉的相互联系。这一切都会使人感到剧院是个令人愉快的地方，并构成我们对剧院的反应中的美感阶段。从某种意义上说，理想的聆听者是同时既能进入音乐、又能超脱音乐的，他一方面品评音乐，一方面欣赏音乐，希望音乐向这一方面进行，又注视着音乐向另一方向进行。
　　
只要积极地去聆听，不管听的是莫扎特的还是贝多芬的作品，只有自觉的、有意识的聆听——不仅在听，而且在听某些事物的发展，你才能加深对音乐的理解。这样的聆听音乐，既能进入音乐同时又能超脱音乐。在创作和欣赏音乐时要同时具有主观的和客观的态度。

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图.9
    
在猴子的S1发现，某些细胞只有当猴子「主动地抓着特定物体」时才会有反应；同时，注意力也扮演相当的角色：当猴子正抓着某物，但注意力放在别的视觉刺激时(比起直接注意手上的触觉刺激)，S1神经细胞反应下降。
    
在藉由触觉辨识物体时，共牵涉到大脑哪些区域呢？首先是S1，其它如前叶的motor area、视觉区也都会有反应，
　
痛觉
　
国际痛觉协会对痛觉的定义如下：痛觉是对实际或潜在的伤害经验、或对这些经验的描述产生不舒服的感觉与情绪。由此可知，痛觉的来源是多重的(multimodal)，可由皮肤受器与情绪而来；而认知因素也会影响个人的主观感受。
    
强大压力、高温及化学物质刺激皮肤内的nociceptors产生痛觉，当nociceptors反应速率愈高，人会觉得愈痛，如图10。

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图 10
　
在大脑中，与痛觉相关的区域也因形式不同而不同。由感官而来的痛觉主要与S1和S2有关；情绪上的不舒服则与Anterior Cingulate Gyrus (ACC)有关。

认知如何影响痛觉的主观感受呢？下面是一些已知的因素可以让人觉得比较不痛：预期中的痛、注意力放在其它刺激、痛的同时有其它情绪上正向的刺激。此外，文化及个别差异也都会影响痛的主观感受。
  
Melzack & Wall (1965, 1988)提出Gate Control Theory来解释痛觉的机制，如图13.11。Ｔ送出的讯息受到两种substantia gelatinosa cells所控制。一为SG+会打开gate而使T兴奋，SG-则相反。只有S激发时会觉得痛，L激发时则会抑制痛觉。

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图 11

中央讯息也能影响痛觉。Reynold (1969)发现给予中脑电刺激可以抑制痛觉，称为stimulation-produced analgesia (SPA)。中央如何影响痛觉呢？大脑会分泌一种化学物质称为脑内啡(endorphins)，与止痛有关；也许认知的因素也是藉由脑内啡的分泌来达成止痛的效果。

牵涉到聆听心理学(listening psychology) 的文章转载了，希望各位能够耐心地去读。我曾分别以listening psychology和根据diala教授提议的hearing psychology两字，输入到搜索站里搜索，结果网站多如繁星。但当我以hearing sensation perception输入搜索的结果更为满意，转载了的两篇文章就是其中的收获。真的希望心理学家是音响发烧友，能挺身而出，澄清一下为甚么有的声音我们聆听起来觉得好听，有的声音我们聆听起来就觉得不好听呢？
我仅找到一些数据说：偶次谐波听起来觉得好听，奇次谐波听起来就觉得不好听；当听到某些声音我们聆听起来觉得好听时，大脑皮下层会分泌多种激素(贺尔蒙)物质，令人感觉舒畅。这种分泌多种激素物质情况，在日常生活里经常出现，我们该很熟悉。它们剎那间就能出现，听到一句笑话、或被别人轻触一下腋窝，那人便会立即笑个不停。七情六欲的感觉就是这样奇妙，就是这样只可以意会而不可以言传！