声音剌激的物理参数和心理物理学参数
实验心理学冲刺笔记之 听觉_毙考题
实验心理学冲刺笔记之听觉第七章感觉第三节听觉一、听觉刺激听觉是由物体的振动所产生的声波，作用于人(或动物)的听觉器官后产生的一种心理现象。
(一)声波的特性听觉的适宜刺激是声波，它是由一定介质传播的疏密波。
听觉研究中接触到的声音可分为纯音和复合音。
1、纯音纯音是单一频率的声音，是单纯的正弦波形式。
2、复合音复合音是由多个不同频率所组成的声音。
任何复合声都可以分解为几个频率不同的纯音。
按照组成复合音的各纯音的频率之间的关系，可以把复合音进一步分为三种：音乐声，噪音和语言声。
(1)音乐声：组成音乐声的各纯音的频率之间的关系是简单的倍数关系，是有周期性的振动，具有可重复波形。
(2)噪音：组成噪音的各纯音频率之间没有整数倍的关系，是非周期性的，具有不规则的波形。
(3)语言声：是乐音与噪音的复合音。
元音是有周期性的，辅音是非周期的。
(二)声音的发生率控制随着电子技术的发展，已经有了系统的电发声设备。
有各种规格型号的信号发生器，包括高低频信号发生器、噪音信号发生器，同时还有各式录音机记录语言声和电信号。
(三)声音的测量1、测量的单位(1)频率：是单位时间(秒)周波的数目(2)强度：声音的强度可以用能量单位或压力单位来表示，现在国际上通用将1000赫兹的听觉阈限的强度0.0002微巴定为基准，其余所测量的声压与这个基准比值的对数取为贝尔单位，贝尔的十分之一为分贝尔(dB)，因此声压级的计算公式写作：NdB=10lg(I/I0) I为能量单位NdB=20lg(P/P0) P为压力单位(3)相位：对于某些复杂的声音，除考虑频率及强度还必须考虑合成复杂声波的不同相位。
2、用于测量声音的仪器对于声音频率的测量可以用频率计;对于声音强度的测量一般用声级计。
除上述仪器外，还有示波仪，声谱仪，声图仪和语图仪等声学仪器，可用于对声音的波形、频率、音色、音长等复杂成分进行分析和测量。
二、听觉现象及其测定(一)音高1、音高的测量音高又称音调，是对频率属性的反映，是一个心理量。
心理学听觉产生的机制
心理学听觉产生的机制
听觉是人类感知世界的重要方式之一，其产生的机制涉及到心理学、神经科学和认知科学等多个领域。
听觉产生的机制可以从以下几个角度来解释：
1. 神经生理学角度，听觉产生的机制涉及外部声音的传导和内耳的接收。
声音首先通过外耳传入内耳，经过耳蜗中的毛细胞转化为神经冲动，然后通过听神经传送到大脑皮层的听觉区，进而产生听觉感知。
2. 感知心理学角度，在心理学中，听觉产生的机制包括感知、注意、记忆等心理过程。
感知是指个体对外界声音刺激的接收和加工过程，而注意则决定了个体对特定声音的关注程度，记忆则影响了个体对声音的辨识和识别能力。
3. 认知神经科学角度，听觉产生的机制还涉及到大脑的认知加工过程。
大脑的听觉皮层接收到神经冲动后，进行了复杂的加工和分析，包括声音的频率、强度、持续时间等特征的加工，最终形成对声音的感知和理解。
4. 心理物理学角度，心理物理学研究了声音强度、音调、音色等物理特性与听觉感知之间的关系。
通过心理物理学实验，可以了解声音刺激的强度和频率对听觉感知的影响，从而揭示听觉产生的机制。
综上所述，听觉产生的机制涉及到外部声音的传导、内耳的接收、神经冲动的传递、大脑的加工和分析等多个方面，是一个复杂的心理生理过程。
通过跨学科的研究，我们可以更全面地理解听觉产生的机制。
声音的基本特性和参数
声音的基本特性和参数
频率和周期
每秒声振动的次数称为声的频率，记作f，单位是赫兹(Hz)。
人耳能听到的声，其频率范围是20~20000Hz。
低于20Hz的称为次声，高于20000Hz的称为超声。
人耳对于3000Hz左右的声感觉最灵敏；对低于63Hz和高于16000Hz的声，即使勉强听得见，反应也很不灵敏。
所以，在噪声控制领城内，主要对63~16000Hz的声有兴趣。
周期T是一次声振动所经历的时间。
它是频率的倒数，单位是s。
T=1/f
波长和声速
声波传播过程中两个相继的同相位点之间的空间距离叫波长，用符号λ表示，单位是m。
声速是扰动在介质中传播的速度，记作c，单位是m/s。
空气中的声速和风速是两个不同的概念。
风速是空气分子往某个方向迁移的速度，而声速是空气分子在某个方向上的往复振动的传播速度。
15℃时空气中的声速为340m/s。
频率f、波长λ、声速c之间有如下关系式： C=λ*f。
声音的频率和音量
声音的频率和音量声音的频率和音量是我们日常生活中经常接触到的概念。
频率指的是声波振动的快慢，也是声音的高低音调；音量则是声音的强弱、大小。
虽然它们似乎只是简单的物理参数，但实际上却对我们的生活产生了深远的影响。
首先，让我们先来了解一下声音的频率。
频率被衡量单位为赫兹（Hz），它指的是声波每秒钟的振动次数。
频率越高，声音听起来越尖锐，比如小鸟的鸣叫声；频率越低，声音听起来越低沉，比如大狗的低吼声。
我们通过耳朵感知声音的频率，这种感觉会被大脑转化为音调的概念。
音乐中的音符就是由不同频率的声波组成，通过不同音符的组合，形成了美妙的旋律。
频率也被广泛应用于科学技术领域，比如无线电通信、地震监测等。
它的重要性不言而喻。
而音量则是指声音的强弱、大小。
音量的度量单位是分贝（dB），它反映了声音的振动幅度的大小。
音量越高，声音越响亮，音量越低，声音越柔和。
音量的变化会直接影响到我们的听觉感受。
在日常生活中，我们会注意到，当我们在购物商场或音乐会等嘈杂环境中，声音的音量通常会大一些，以便突破环境噪音的干扰；而在安静的夜晚，声音的音量往往会较为低沉，以免打扰他人的休息。
此外，音量的变化也会影响到人们对于所传递信息的理解。
如果音量过低，信息传递可能会出现困难；而音量过高，则容易造成听觉疲劳，甚至伤害耳朵。
因此，在公共场所的音量控制十分重要，以保障人们的听觉健康。
不仅如此，声音的频率和音量还对人们的心理产生了影响。
科学研究表明，不同频率的声音可以调节人的情绪和认知。
例如，低频音乐可以帮助人们放松心情，适应压力环境；而高频率的声音则具有提神醒脑的效果，能够增强人的注意力。
此外，音量的大小也会影响人们的情绪状态。
当我们聆听到柔和的乐曲时，会感受到一种宁静和放松；而当我们面对激烈的音乐或者噪音时，会引起不适和压力感。
因此，音乐疗法以及环境噪音的控制成为了现代心理学和健康领域的重要研究课题。
总体而言，声音的频率和音量不仅仅是物理概念，也涉及到我们的听觉感受、学习和心理健康。
心理声学(Psychoacoustic Facts and Models )第一章
心理声学：事实和模型第一章 刺激和过程在这一章中，简要回顾了声音的光谱特性和时间之间一些基本的相关性。
对扬声器和耳机将电信号转换成声音进行了阐述。
此外，还提到一些心理物理学方法和程序。
最后，对刺激和一般听觉感受之间的关系和心理声学中的原始数据的处理进行了讨论。
1.1声音的时间和频谱特性在心理声学经常使用的声音的一些时间和频谱特性如图1.1。
声音很容易通过声压随时间的变化P （t ）进行描述。
和大气压力的大小相比，声源所造成的声压的时空变化是非常小的。
声压的单位是帕斯卡（Pa ）。
在心理声学中，经常涉及声压值10-5帕（绝对阈值）到102帕（痛阈）。
为了解决涉及范围很大的量值的处理，通常使用声压级L ，声压和声压级有关方程20log()p L dB p = （1.1） 式中，基准声压020p Pa μ=。
除了声压和声压级，声强I 和声强级在心理声学中也很重要。
在平面行波，声压级及声强级相关方程如下：0020log()10log()p I L dB p I == （1.2） 式中，基准声级-122010 W/m I =。
特别是在处理噪声时，与直接使用声强相比，使用声强密度更方便。
例如，虽然定义不是很确切，但“1 Hz 带宽的声音强度”也可用来表达“噪声功率密度”。
对声强密度取对数即为声强密度级，通常缩短密度级l 。
对于密度级与频率无关的白噪声，L 和L 相关方程如下：[10log(/)]L l f Hz dB =+∆ （1.3）其中，f ∆表示赫兹（Hz ）衡量问题的声音带宽。
图1.1 心理声学常用刺激的时间功能和相关的频谱在图1.1中，图“1-KHz tone”显示了连续正弦振荡的声压p的时间函数，和1ms时间内的最大值，对应频谱只用一个中心频率1 kHz时的谱线。
“beats”图是最容易解释的谱域，显示了两个振幅相同的纯音的组合。
相应的时间功能清楚地显示一个包络的强烈变化。
“AM tone”图，描绘了一个正弦调幅中心频率为2 kHz的音调的时间功能和频谱。
1.3 声音的物理特性和人的听觉特性
掩蔽效应
概念：一个声音的存在影响人耳对其他声音的听觉能 力，在听觉效果上似乎是一个声音掩蔽了另一个声音
掩蔽声：起掩蔽作用的声音； 被掩蔽声：听不到的声音。
应用：数字音频的压缩编码。
课 堂 小 结
一、声音物理特性。 1、频率、声速和波长 2、音调、响度和音色 二、人的听觉特性。
1、听觉的方向性
2、听觉的频率特性 3、听觉灵敏度 4、掩蔽效应
作
业
1、试说明等响度特性曲线图在音响技术中
的应用。
2、简述声音的听觉特性。
音调、响度和音色
音色：人耳对声音特色的主观感受。 决定于声波的频谱结构（振动波形）。 基频（基音）：每一种声音中频率最低的纯音； 谐波（泛音）：与基频成倍数关系的不同倍频的 频率。
听觉的方向性
双耳效应：对声源进行定位，即双耳可正确地确 定声源的方位。
声像：聆听立体声时，听觉器官幻觉中的声源位 置。
频率、声速和波长
声速：声波在媒质中每秒钟内传播的距离。 符号：c ,单位是m/s。 决定于介质的密度等因素； 空气：340 m/s 、水：1458 m/s 、钢铁：5100 m/s；
C = λƒ 则 λ＝C / ƒ
音调、响度和音色
音调：人耳对声音高低的感觉。 决定于频率。 声 强 响度：人耳对声音大小和强弱的主观感受。 与 决定于声压； 声 声压：单位是“Pa”（帕斯卡）； 压 声强（声压级）： 参考声压=2×10-5Pa＝0dB； 的 关 听阈：使声音听得见的最低声压级； 系 痛阈：使耳朵感到疼痛的声压级。（＞140dB）
教学要求：一、认真听讲，积极思考问题。
二、维护教室秩序，记好笔记。
声音闻声：频率在20Hz～20kHz范围内的声波。 次声波与超声波 超低音：20～40Hz； 低 音：50～100Hz； 中低音：200～500Hz； 中高音：1k～5kHz; 高 音：10k～20kHz。
实验心理学3(心理物理法)分析
感觉阈限的测量
感觉阈限可以分为两种： 绝对阈限（RL），指刚好能够引起心理感受的刺激大 小。 差别阈限（DL）指刚好能引起差异感受的刺激变化量。
绝对阈限的操作定义：有50％的实验次数能引起感觉 的刺激值。 差别阈限的操作定义：为有50％的实验次数能引起差 别感觉的那个刺激强度之差。
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实验心理学
第三章 心理物理法
第二节 心理量表的建立
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心理物理量表
心理物理量表：将心理感受与物理刺激强度间对应关系进 行完全量化的图表。可表现为物理强度与心理反应强度的 函数关系图，也可表现为数学公式。 建立心理量表的方式： – 顺序量表 – 等距量表 – 比例量表
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顺序量表
定义：将给定的刺激按照一定的标准进行顺序排位，如强 度从大到小，从喜爱到讨厌。 顺序量表的建立方式： – 等级排列法：被试对所有的刺激进行等级排序，之后计 算出所有被试对每一个刺激排序的平均值，据此建立顺 序量表。 – 对偶比较法：通过两两比较对刺激进行等级排序。
实验心理学
第三章 心理物理法
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心理物理学概述
心理物理学：描述由物理量刺激变化而引起的心理反 应变化的学科，由德国心理学家费希纳所提出。 物理量是指对身体各感官的刺激；心理量是指各种感 觉或主观印象。如： – 物理光强度 —— 心理明度 – 物理声音强度 —— 心理响度 – 物理称重大小 —— 心理重量 – 物理电强度 —— 心理疼痛
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运用恒定刺激法测量RL和DL
主试选出少数刺激，一般是5到7个强度差异成等比数列的刺 激，这几个刺激值在整个测定过程中是固定不变的；测量绝 对阈限时，最大强度刺激应可以较为明显的被人感受到，最 小强度刺激应则应几乎感受不到。测量差别阈限时，最大强 度刺激与标准刺激的差异应较为明显，而最小强度刺激与标 准刺激的差异则应几乎感受不到。 选定的每种刺激要向被试呈现多次，一般每种刺激呈现50到 200次；刺激呈现的次序完全随机安排。被试则报告是否感 受得到刺激（RL）或刺激与标准刺激强度是否有差异 （DL）。之后根据数据作图并使用直线内插法就可以求出绝 对阈限或差别阈限。
声学参数理论
1.A 计权声压级声压有效值定义为一定时间间隔中，瞬时声压对时间的均方根值，用p e表示：将声压有效值p e与基准量p0之比的对数乘以20 便可以得到声压pe的声压级，用L p 表示：A 计权声压级（简称A 声级）用以模拟55dB以下低强度噪声特性，对1000Hz 以下的低中频段衰减，其结果与人对声音的感知相近。
2.响度响度（Loudness）是基于人耳对声音频谱掩蔽特性的反映人耳对声音强弱感知程度的心理声学参数，单位为宋（sone），规定1000Hz纯音的声压级为40dB时的响度为1宋。
国际标准ISO532 规定了A、B 两种计算稳态噪声响度的计算方法：a)Stevens方法（ISO532A）：详细内容参见标准ISO532-A-1975 和ANSIS3.4-1980。
其数学表达式为：b)Zwicker方法（ISO532B）（本文所采用方法）：Zwicker 法适用于自由声场或混响声场的计算，在通常情况下一般采用Zwicker 法的响度计算模型。
Zwicker 法以1/3倍频程频谱为依据，引入了特征频带和特征响度的概念，首先计算每个特征频带特征响度，再由此来得到总响度值。
根据Zwicker 的响度理论，通过激励E可以计算得到特征响度，其计算公式：式中：E TQ为绝对听阈下的激励（安静状况下），E0为基准声强下的激励，被计算声音的特征频带声压级作为激励级E。
对特征响度在0-24 Bark域上积分，即可得到总响度：注：掩蔽效应是指由于一个声音的存在而使另一个声音听阈提高的现象。
人类的听觉系统具有滤波特性，即频率选择性。
为了描述人耳的频率选择特性和掩蔽效应，Zwicker假设人的听觉系统将声音信号分量分成24个频带，当确定了一个声音的频率时，能够产生掩蔽效应的另外一个声音的频率范围称为“特征频带”，单位是Bark。
在Zwicker 模型中，特征频带Bark 数z和频率f(Hz)的对应关系可近似表达为：3.尖锐度尖锐度（Sharpness）是描述高频成分在声音频谱中所占比例的物理量，主要反映人们主观上对高频段声音刺耳程度的感受，单位为acum。
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声音剌激的物理参数和心理物理学参数
物体振动引起空气中传播的声波，作用于人类听觉器官并转换为神经信息，传入脑内听觉中枢从而产生了听觉。
人类口、舌等发音器的振动产生了言语声波，传入听者耳中产生的言语感知觉，是人类交际的主要手段和社会关系赖以形成的基础。
物体振动与声波参数间的关系是物理声学的课题；声波参数与人类听觉之间的关系构成了心理声学或心理物理学的课题；听觉器官和听觉中枢怎样对各种声学参数进行编码与加工，则是听觉生理心理学的中心课题。
物理声学和心理声学的基本概念是探讨听觉生理心理
学问题的基础和前提；而听觉生理心理学研究又会加深对心理声学和物理声学问题的理解。
物体振动使周围的空气分子也随之发生压缩与宽松交替变换式的振动，这种振动以340米／秒的速度沿其振动方向向远处传播开来。
声波的物理参数主要有频率、波幅等。
频率就是单位时间（秒）内声波振动的次数，其度量单位是赫兹(Hz)，即1次／秒的振动。
声波的振动幅度称波幅，以其所具有的振动压强为度量单位，即每平方米面积上空气受到的压力变换值，其绝对单位是牛顿／米2 (N/m2)。
声压越高，声波振幅越高，则传播得越远。
人耳鼓膜所能觉察出来的最小声压大约为2×10-5牛顿／米2。
由于人耳所能感知声压的范围甚广，为了便于计算，物理声学常采用声压的对数单位——分贝(dB)作为声压水平的基本单位，计算分贝的公式为：L=20logP/P0，P0为绝对阈值(N/m2)，P为某一声压的绝对值
(N/m2)，例如P=2×10-2N/m2的声压水平为：L=20logP/P0=20log(2×10-2N/m2)/(2×10-5N/m2)=20×3=60分贝。
声压与绝对阈值相等的声压水平为0分贝。
心理声学将人耳感知不同声压水平时产生的主观感觉差异称为响度或音强(Loudness)，响度的度量单位是昉(Phon)，主观感觉响度（音强）与声压水平、声压和声波频率之间的关系。
等响度曲线表明，它与声压或声压水平（分贝）的数值间的关系并不是一条水平线，在频率为1000赫兹处，响度的昉值（右侧纵坐标值）与声压水平的分贝值（左侧纵坐标值）相同，但是4000赫兹处，较低的声压水平（分贝数）却产生了较高的响度感觉（阈值）。
正常成人耳对响度的感觉能力在4-130 昉之间。
130昉可引起鼓膜损伤，4昉是响度的感觉阚值。
由图可见声频为2000赫兹时4昉阈值相当于零分贝的声压水平。
以单一频率规律性振动的声波，称为纯音(Pure tone)，生活中几乎不存在单独的纯音，大多是含有多种频率振动的复合音。
对复合音进行傅里叶分析，可得到许多频率的纯音。
那些
振动频率成倍数变化的一系列纯音，称为谐振音如图2-10A。
一个复合音用傅里叶分析得到不同频率纯音的分布图称为声音的频谱图，人所能听到的频谱大约为20-16000赫兹的各种振动波，对400-1000赫兹的声波最敏感。
图2-9中心虚线以内为言语声波的频率和响度范围，可见1000赫兹60昉的声波为虚线以内的中心点，说明这是人耳最适宜的言语听觉声音参数。
心理声学将人耳所能分辨的不同频率波，称为音高(Pitch)。
在1000赫兹最适宜音高的附近，人们可以分辨出了赫兹的变化，称为频率鉴别阈限。
物理声学分析声音的频率、振幅或声压以及复合声的频谱；心理声学考虑到这些参数与人类主观听觉间的关系，则提出相应的参数是音高、音强（响度）和音色(Trembre)。
音色就是某一复合声的频谱，即构成该复合声的主要频率组成成分。
听觉生理心理学的核心课题在于阐明人脑感知音高、音强和音色的生理机制，分析内耳与脑听觉中枢如何对声波的心理声学参数进行编码和加工的。
为此，必须对内耳和听觉系统的结构与功能特点有所了解。