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心理学堂:你所不知道的心理声学

责任编辑:tspsy-流年发布于2014-08-27 15:48 浏览次

　　心理导读：为什么说话的声音可以被扩音器放大100倍，但是哨子的声音不能被扩音器放大100倍？或者说，我的声音可以变成巨人的声音，我的哨子为什么好像还是我的哨子，没有变成巨人的哨子？ ---www.tspsy.com

心理学堂:你所不知道的心理声学

　　果壳网上曾经有一个问题：为什么不能用扩音器放大哨子的声音？

　　浏览了一下其他朋友的回答，大多不理解提问者到底为什么问这个问题。扩音器当然可以放大哨子的声音了，事实上，只要是能够引起麦克风薄膜振动的声音，都可以被扩音系统放大。

　　在我看来，这个问题的“魅力”之处在于：它是一个对于听觉心理懵懂未知状态最好的演示。翻译一下，这个问题其实就是：为什么说话的声音可以被扩音器放大100倍，但是哨子的声音不能被扩音器放大100倍？或者说，我的声音可以变成巨人的声音，我的哨子为什么好像还是我的哨子，没有变成巨人的哨子？

　　要解释这个问题，让我们先来看看生活中其他的和声音没关系的例子。比如一盒牛奶是1000克，当你喝掉100克时，可以感觉得到，盒子轻了很多。然而当你来到健身房，举起40千克的杠铃时，若给你加上100克重量，可能你不会有任何感觉。

　　同样是100克，为什么我们对它的认知会有这样截然不同的感觉？

　　这是因为，我们对于重量、温度、声音等物理刺激的认知并不是线性的，而是以倍数来衡量的。100克牛奶是1000克牛奶的10%，我们可以感受到重量10%的改变。而同样的心理改变要应用到40千克的杠铃上时，只有加上4千克才会让你有同样的10%改变的印象。

　　对声音来说，首先谈谈频率的问题。100Hz到125Hz频率的改变是1.25倍，也就是四比五；同样，从1000Hz到1250Hz的改变也是四比五。前者只有25Hz的改变，而后者有250Hz的改变——从绝对值上看，后者频率的变化幅度是前者的10倍；然而在听感上，两者却其实都是一样的：频率上四比五的比例，在乐理学上被称为“大三度”（也就是当你唱do re mi时，do和mi之间的音程关系）。100Hz到125Hz是大三度，1000Hz到1250Hz也是大三度。如果我们这样问：“这两组音程关系，哪个大哪个小？”任何一个音乐家都会告诉你，它们是一样的。没错，音乐就是这么主观。你的耳朵会告诉你变化的倍数是一样的，但是它们（复数，因为耳朵有两个）不会告诉你频率绝对值的变化之狂野。

　　然后再来看看响度的问题。我们都知道，声音是靠音源的振动通过介质传播到我们的耳中的（耳朵如何感受声音并转化为心理认知，以后会详述）。声波是一种振动能量的传播，这种振动对空气进行压缩，产生了压强。这种压强被传递到耳膜上，于是我们产生了声音的认知。压强的单位是牛顿每平方米，这看起来其实并没有什么不妥。然而当我们对人耳可听范围的声压观察时，却发现了一个和频率完全不同的问题：人耳可以听到的频率通常认为是20Hz到20kHz（也有一说16Hz到16kHz），上下限也就相差了1000倍；而人可以认知的最低声压是0.00002牛每平方米，最高几乎是200牛每平方米，其中相差达到了10000000倍……如果我们用Hz来记录频率，没什么问题，但是用牛每平方米来记录响度的话，将会是一件可怕的事，人们每天将会要写很多0……。

　　于是就有了声压级这个概念。它将0.00002作为对数函数的分母，而将检测到的声压除以这个分母，得到的结果对10求底并乘以20。也就是说，200牛每平方米除以0.00002的结果是一千万，一千万对10求底是7，乘以20等于140。再赋予它应得的单位分贝（dB），于是这个“最响”的声音被140dB这么一个简单的表达式征服了。那么如果是0.00002牛每平方米呢？这个算出来当然是0dB了。于是，一千万倍的压强被优雅地表达在0到140之间了。

　　回到开篇那个哨子的问题。通常我们认为，人大声说话的声音是60dB左右，而哨子的声音一般有100dB。看上去相差40dB，但是声压相差多少呢？结果是100倍。扩音系统对声音的认知是声压，而不是心理学。所以当声压提高了100倍时，系统响应早已不是线性的了。

　　也许你要问，为什么选择0.00002作为分母呢？因为这是人耳可以听到的最轻的声音了。然而——这里必须要谨慎的一点是，别忘了声音除了响度之外还有一个属性——频率。学术界规定，0.00002牛顿每平方米这个量是在1000Hz频率声音“刚好能听到，又刚好听不到”的前提下测得的。

　　这是因为，我们的耳朵对于不同频率的声音，又有不同的响度认知。也就是说，如果是100Hz的声波，也许在0.00002牛每平方米的声压下，我们就听不到了。

　　（文/萌吴来源/十五言）

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