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浙江大学硕士学位论文单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 摘要 听觉似动( a u d i t o r ya p p a r e n tm o t i o n , a a m ) 有空间位移的声音产生 的运动错觉，它同时也是当前研究动态听觉的心理机制最常用的方法。本研究 对不同位置的声源在单个声源与多个声源发声条件下的听觉似动进行了实验研 究，旨在探讨a a m 的发生的一般机制，为优化与听觉有关的界面设计，提供有 效的工效学支持。 本研究包括两个实验。实验一，对中矢面声源的双耳昕与单耳听条件下， 刺激时长、声源数和i s i 对a a m 的效应研究；实验二，对水平右侧单耳听条件 下，不同的声源间距、声源发声特点、声源个数及刺激时长对a a m 的效应研究。 实验在隔音消音实验室中进行，以被试对声音运动感的评价和声源运动方向( 或 不运动声音的位置) 判断作为评价被试绩效的依据。 本研究得到以下结论： 1 单个声源和多个声源发声条件下，无论是对a a m 运动感还是对方向判 断，两种收听方式的结果均比较接近，双耳听相对于单耳听，并不能显著增加 运动感水平，也不能显著提高运动声音与静止声音的区分度： 2 声源数对单个声源发声条件下的a a m 运动感有显著影响，间距对右侧 水平面方向辨认有显著影响； 3 听觉系统加工a a m 刺激需要最小整合时间。 关键词：最小可听角 最小运动可听角听觉似动 动态听觉单声源多声源 浙江大学硕士学位论文 单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 t h ef e a t u r e so f a a mu n d e rm o n o s o u n da n d m u l t i s o u n ds o u r c ec o n d i t i o n s a b s t r a c t a u d i t o r ya p p a r e n tm o t i o n ( a a m ) ，i sas o u n dm o v e m e n ti l l u s i o nh e a r dw h e n s t a t i cs o u n d sp r e s e n t e di ns e q u e n c eu n d e r a p p r o p r i a t et e m p o r a la n ds p a t i a lc o n d i t i o n s ， a l s o ，i ti st h em o s t0 0 m m o nm e t h o dt os t u d yt h ep s y c h o l o g i c a lm e c h a n i s mo f d y n a m i ca u d i t i o n t h es t u d yt e s t e df a c t o r sa f f e c ta a mu n d e rm o n o - s o u n ds o u r c ea n d m u l t i s o u n ds o b r c a ：，t r i e st op r o b ei n t ot h eg e n e r a lc h a r a c t e r i s t i c so fa a v la n dt o p r o v i d es o m ee r g o n o m i c a lg u ( d e l i n e si ni n t e r f a c ed e s i g nr e l a t e dt oh u m a na u d i t i o n t w oe x p e r i m e n t sw e r ec o n d u c t e di nt h i sf r e e f i e l ds t u d y i nt h ef i r s te x p e r i m e n t ， a a n lw a sm e a s u r e dw h e ns o u n ds o u r c e sw e r el o c a t e di nt h ev e r t i c a lm e d i a np l a n e u n d e rb i n a u r a la n dm o n a u r a ll i s t e n i n gc o n d i t i o n s ，w h i l et h en u m b e ro fs o u n ds o u r c e s ， i s ia n db u r s td u r a t i o nw c t em a n i p u l a t e d i nt h es e c o n de x p e r i m e n t a a mw a s e x a m i n e dw h e ns o u n ds o u r c e sw e r el o c a t e di nt h er i g h th o r i z o n t a l p l a n eu n d e r m o n a u r a lc o n d i t i o n ，w h i l et h es e p a r a t i o nb e t w e e ns o u n ds o u r c e s ，i s ia n db u r s t d u r a t i o nw e r em a n i p u l a t e d i nb o t ho ft h et w oe x p e r i m e n t s ，s u b j e c t sw e r ei n s t r u c t e d t or e p o r tt h e i rm o t i o na n dd i r e c t i o np e r c e p t i o nt oe a c hs t i m u l is e q u e n c e t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t ： 1 a a mm o t i o np e r c e p t i o nw a sd e t e r m i n e db yn u m b e ro fs o u n ds o u r c e sw h e n m o n o 。s o u n ds o u r c ew e r e p r e s e n t e d ；s e p a r a t i o n a f f e c t e da a md i r e c t i o n p e r c e p t i o ns i g n i f i c a n t l yi nt h ef i g h th o r i z o n t a lm e d i a np l a n e ； 2 l i s t e n i n gc o n d i t i o n sd i d n o tf l u c t u a t ea a m p e r f o r m a n c ei nt h ev e r t i c a l m e d i a np l a n es i g n i f i c a n t l y ：b i n a u r a lc o n d i t i o n sd i dn o tt a k e nt h ep r e c e d e n c eo v e r m o n a u r a la s p e c tb o t hi na a mm o t i o na n dd i r e c t i o np e r c e p t i o n ； 浙扛大学硕士学位论文 单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 3 am i n i m u mi n t e g r a t i o nt i m e ( m i t ) s e e m e dt ob ei n d i s p e n s a b l et ot h ea a m p e r c e p t i o no fa u d i t o r ys y s t e m k e y w o r d s ： m a a d y n a m i ca u d i t i o n m a m aa a m m o n o m u l t i s o u n ds o l l r c c 浙江大学硕士学位论文单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 1 引言 听觉似动( a u d i t o r ya p p a r e n tm o t i o n , a a m ) ，是对没有空间位移的声音产生的 运动错觉，它是与听觉有关的界面( 如三维听觉显示器) 产生运动感的重要心 理基础。设计者可以利用a a m ，重现已有的声音形象，使声音更加富有深度和 广度，实现逼真的听觉体验，更好的表征现实世界，构建虚拟世界。有效的利用 a a m ，可以改进图形用户界面和多媒体界面的三维音效，增强界面的可用性和 用户体验；开发出友好的听觉界面，增强界面的沉浸感，交互性和想象性( b e g a u l t ， 2 0 0 0 ) ；而且a a m 与视觉、触觉等通道的错觉的对比，可以为揭示感觉系统错 觉发生的一般机制提供重要的启发( s t r y b e l n e a l e ，1 9 9 4 ) 。 对a a m 的系统研究与对静态听觉( s t a t i ca u d i t i o n ) 和动态听觉( d y n a m i c a u d i t i o n ) 的研究是密切相关的。 1 1 以往研究 1 1 1 静态听觉中对m a a 的研究 m a a ，即最小可听角( m i n i m u ma u d i b l ea n e o e ) ，它是指个体能将两个不同位 置的静态声源区分开来所需的最小空间间隔角，是对空间辨认的最小可觉差( j u s t n o t i c e a b l ed i f f e r e n c e ，j n d ) ( m i l l s ，1 9 5 8 ；l i t o v s k y , 1 9 9 7 ) ，是对静态听觉空间解析度 ( s p a t i a lr e s o l u t i o n ) 的精确度量方式( g r a n t h a m h o m s b y , 2 0 0 3 ) ，是衡量人的静态 声源分辨能力或静态听锐( s t a d ca u d i t o r ya c u i t y ) 的重要指标。m i l t s ( 1 9 5 8 ) 最早应于 m a a 测量人的听觉定位灵敏度，这为声源定位及声源位置辨别阈限的测定奠定 了开创性的基础( t i r t a b u d i & p e r r o t t ，2 0 0 0 ) 。随后，很多研究者利用这一范式进行 了大量的有关m a a 的研究。 对m a a 的测量，一般采用经典的适应性的方法( a d a p t i v em e t h o d ) ( l e v i t t ， 1 9 7 1 ；l i t o v s k y , 1 9 9 7 ) ，让被试相继听到两个发出的声音：第一个声音从标准位置 发出，第二个声音随机地从标准声源位置或标准声源位置的左侧或右侧发出让 浙江大学硕士学位论文单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 被试辨认第二个声音是从标准位置左侧，右侧还是这个位置本身发出的。然后 在心理物理测量函数中找到7 1 的点作为被试的最终m a a 。 关于m a a 的研究一般是在自由场( f r e ef i e l d ) 中进行( p r e s s w e l l ，2 0 0 6 ) 。在实验 中，研究者们发现了m a a 的位置效应：垂直面的m a a 比水平面要大( m i l l s ， 1 9 5 8 ；c h a n d l e r & g r a n t h a m , 1 9 9 2 ；s a b e r i & h a f t e r , 1 9 9 7 ；s t r y b e l & f u j i m o t o 2 0 0 0 ； s t r y b e l & a d a c h i ，2 0 0 0 ) 。m i l l s ( 1 9 5 8 ) 首先报告了这一现象，当声源位置在水平方 向0 。角时m a a 最小，辨别的敏锐度最高，约为1 。，而在水平方向9 0 。方位角时， m a a 几乎达到4 。s a b e r i 和p e r r o t t ( 1 9 9 0 ) 雍j 位置效应进行了更加细致的实验发 现，在与水平面斜角6 0 。的平面上，被试的m a a 基本与水平面相同，在斜率为 7 0 。和8 0 。时，m a a 也只是相应增加到1 2 4 。和1 7 5 。，只是当声源轨迹完全与水 平面垂直，达到9 0 度时，m a p , 才会达到3 6 5 。这个度数与水平面9 0 。时的m a a 是相同的( s a b e r i ，1 9 9 1 ) 。这种对水平面的觉察敏锐度比垂直面要高的现象表明， 听觉系统利用双耳线索来对两侧声源进行定位的能力要比用声谱线索对垂直方 向的声源进行定位要精确的多，听觉系统好像更加精通于如何利用双耳线索， 而不是谱线索( n e e l o n ，2 0 0 3 ) 。还有一些研究者对m a a 在后方的情形也进行了探 讨，发现m a a 要比在前方位置时大，且几乎是同条件下的两倍( s a b e r i ，1 9 9 1 ) 。 研究者们还发现，由于在m a a 测定中刺激是依次呈现的，m a a 还受到时 间因素的影响( p e r r o u p a c h e c o ，1 9 8 9 ；g r a n t h a m ，1 9 8 5 ，1 9 9 7 ；s t r y b e l & a d a c h i ， 2 0 0 0 ) 。时间因素指的是刺激时长和刺激失同步( s t i m u l u so n s e ta s y n c h r o n y , s o a ) 或刺激间隔时( i n t e r - s t i m u l u si n t e r v a l ，i s i 或i n t e r - s t i m u l u so n s e ti n t e r v a l ，i s o i 或 i n t e r - p u l s ei n t e r v a l ，i p 0 。时长在5 0 m s 时，m a a 最小( p e r r o t t p a c h c c o ，1 9 8 9 ， s t r y b e l & f u j i m o t o ，2 0 0 0 ) ，时长短于3 m s 时，垂直面静态听锐比水平面要差 ( m a c p h e r s o n & m i d d l e b r o o k s ，2 0 0 0 ；v l i e g e n v a no p s t a l ，2 0 0 4 ) ；对于s o a 超过 1 0 0 m s 的声源的辨别精度，也显著低于s o a 为5 0 m s 时的定位锐度，而且s o a 对垂直面影响比水平面大( s t r y b e l & f u j i m o t o ，2 0 0 0 ) 。 浙江大学硕士学位论文单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 1 1 2 动态听觉中对m a m a 的研究 m a m a ，即最小可听运动角( m i n i m u ma u d i b l em o v e m e n ta n g l o 。它是区分运 动声源与静止声源，辨认声源运动方向时，声源必须行走的最小角距离。与静止 声源定位相对应，它是衡量人对动态声源的分辨能力或动态听锐( d y n a m i ca c u i t y ) 的指标。 对m a m a 的测定，些实验采用固定刺激时长而操纵声源速度运动速度的 方式，也有一些实验采用是固定声源运动速度，而操纵声源刺激的脉冲时长或刺 激间时间间隔，将达到某个绩效水平( 如7 1 的辨认静动声源或声音方向的正确 率) 的刺激时长定为阈限时长( t h r e s h o l dd u r a t i o n ) ，将阈限时长乘以声源角速度， 即m a m a ( c h a n d l e r & g r a n t h a m ，1 9 9 1 ) 。 研究表明，影响m a a 的因素同样也影响m a m a 。当考察声源方位对 m a m a 大小的影响时，研究者们发现，被试对于位于前方的声源的运动比后方 更加敏感( c r r a n t h a m ，1 9 9 7 ；e v a n s ，1 9 9 8 ) 。一些研究者也对垂直面和倾斜面轨迹进行 了研究( s a b e r i & p e r r o t t ，1 9 9 0 ) ，发现在所有方向，而对于斜面( o - 8 7 。) ，空间锐敏度 稍低，在垂直轨迹上的锐敏度最差即使与纵向面( 9 0 。) 只差3 。，8 7 。的m a m a 也显 著降低。而且这些根据模拟运动( s i m u l a t e dm o t i o n ) 得出的结果，与真实运动结果 基本一致( c a s t i n o ，p e r r o t t & v m c e n t ，1 9 9 4 ) 。关于斜方位的声音定位，是横向与纵向 线索交互作用的结果，他们提出了下面这个公式，倾斜面的m a m a 值等于 _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 d2 水平+ d2 垂直( g r e e n , 1 9 8 9 ；s a b e r i & p e r r o t t ，1 9 9 0 ) 。这个公式对斜轨迹的运动反 应m a a 有很好的预测，除了从8 0 。8 7 。，因为此时的预测大于实际m a m a 值。 与m a a 不同的是，m a m a 还受到声源运动角速度的影响。在2 8 。3 6 0 。s 的速度范围内，一些研究表明m a m a 随着声源运动速度增加而增大，呈线性相 关。与之相反的是，水平面上的m a m a 与运动声源速度呈u 型关系，即在2 * - 1 0 0 s 的速度时，可获得最低的m a m a ，一般在1 。3 。( s t r y b e l ，p e r r o t t & m a n l i g a s ，1 9 9 2 ) 。 但在小于2 0 s 的极端低的速度条件下，m a m a 随运动声源速度的下降而增长。 纵向面的m a m a 在角速度为7 。1 1 。时，是一个u 形分布( s a b 喇& p e r r o t t ，1 9 9 0 ) 。 3 浙江大学硕士学位论文 单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 针对m a m a 与声源运动角速度的关系，g r a n t h a m 认为( 1 9 8 6 , 1 9 9 1 ，1 9 9 7 ) ， 听觉系统是通过比较不同的瞬时相继产生的声音的方位来觉察运动或辨认声源 方向的：听觉系统记录声音在不同时间点上的位置变化，如快照, ( s n a p s h o t ) 一样， 然后再根据这些纪录来确定声源运动及方向。这就是著名的快照假说( s n a p s h o t h y p o t h e s i s ) ，它替代了听觉系统中运动觉察器( m o t i o nd c t c c t o r ) 的角色( b o l i a , 2 0 0 3 ) 。 迸一步，c h a n d l e r & g r a n t h a m ( 1 9 9 1 ) ，g r a n t h a m ( 1 9 8 6 , 1 9 9 1 ，1 9 9 7 ) 提出了一个 模型来描述m a m a 与声源运动速度的关系： m a m a = t v 6 m ( 1 ) 其中v 是角速度，t 和m 都是常量，截距m 即m a a ，当v - - 0 时，m a m a = m a a ， 这表明m a a 其实是m a m a 的特殊情况，而且对于低速度情况下，m a m a 只是 略微大于m a a ( m a m a 为2 。- 4 。，m a a 为1 。- 3 。) ( h a r r i s & s e r g e a n t ，1 9 7 1 ；c h a n d l e r & g r a n t h a m 。1 9 9 1 ) ，因为此时被试其实是近似的对静止的声源进行加工。 由于m a m a v = d t ( 阈限刺激时长，即得到m a m a 时，刺激的持续时间) ， 所以，将式( 1 ) 两边同时除以v ，可以得到： d t = t + m v ( 2 ) 从( 1 ) 可以看出，在低速情况下，声音要运动一段距离被试才可以辨认运动 ( 即m a m a 最小值) ，从( 2 ) 可以看出，随着速度的增加，m a m a 任务的绩效将 主要由刺激持续时间控制。当声源移动时间小于d t 时，m a m a 将增大。这表明， 听觉系统对声源位置的分析需要一段时间，即最小整合时间( m i n i m u mi n t e g r a t i o n t i m e 。m r r ) 。在m a m a 任务中，最佳绩效需要1 5 0 - - 3 0 0 m s 的最小整合时间。当 声音移动少于这个时间，m a m a 一般会加大；而且，当声音时长超过最小整合 时间5 1 0 秒时，m a m a 也会加大( m i d d l e b r o o k s & g r e e n ，1 9 9 1 ) 。 后来的研究者发现，m i t 不仅与m a m a 的大小有关系，它与静态听觉中的 m a a 的大小，同样有密切关系( g r a n t h a m ，1 9 8 6 ，1 9 9 1 ；g r a n t h a m & c h a n d l e r , 1 9 9 2 ) 。 v a n o p ) s t a l ( 1 9 9 8 ) 认为，垂直面理想的m a a ，声音总时长至少需要8 0 m s ：s t r y b e l 和f q i l n o t o ( 2 0 0 0 ) 则认为需要更长时间( 1 1 9 m s ) 。 4 浙江大学硕士学位论文单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 1 1 3 动态听觉中对a a m 的研究 a a m 是人对没有空间位移的声音产生的运动知觉形象，可以说a a m 像听 觉运动后效( a u d i t o r ym o v e m e n ta f t e r e f f e c t s ) ( n e e l o n , 2 0 0 3 ) ，是一种错觉。这一现 象早在2 0 世纪2 0 年代就被一些研究者所发现( b u r t t ，1 9 1 7 ) 。不过对于其系统的研 究还是在8 0 年代，人们对m a m a 研究的基础上发展起来的，用来克服产生真 动运动的仪器在实验中发出的巨大环境噪声。 a a m 研究，常用的两种方式：耳机和外部扬声器( l o k k j & t a k a l a ，2 0 0 7 ) 。使 用耳机研究，一般运用双耳分听法( d i c h o f i cl i s t e n i n g ) ，操纵两耳间的时间差与强 度差形成侧化( 1 a t e r a l i z a f i o n ) ，但它却对一些很重要的定位线索排斥在外，使得声 源因为缺少环境信息而缺乏现场感，导致声音是从头部内发出的错觉，即头内 定位现象：而使用外部扬声器进行a a m 研究虽能很好的表现出声源真实性，但 却很难解决串音现象，并且扬声器的摆放也是个不小的问题。 在实验中，产生a a m 的具体方法是控制静态声源发声的时间和位置因素， 实验中一般涉及的变量是刺激间启动间隔o s o i 、i s i 、i p i 或s o a ) 、刺激时长、 收听方式( 单耳双耳听) 、声源间距、声源数和声源位置( 水平面中矢面) 等， 然后要求被试评价声音的运动感及辨认声音运动方向( s t r y b e l & n e a l e ，1 9 9 0 。声 音运动感的评价多数采用b r i g g s 和p e r r o t t ( 1 9 7 2 ) 提出的运动声音的分类评价法， 这一经典评价范式分为五个选择，随着i s i 的增长，被试会听到：单个声音( s i n g l e s o u n d ) 、同时发出的声音( s i m u l t a n e o u ss o u n d s ) 、连续运动( c o n t i n u o u sm o t i o n ) 、间 断运动( b r o k e nm o t i o n ) 和继时发声( s u c c e s s i v es o u n d s ) 。 b r i g g s 和p e r r o u ( 1 9 7 2 ) 认为，a a m 运动感受刺激时长的i s i 的交互影响。而 且当刺激时长增加之后，i s i 要有一定比例的增加才能产生a a m ，这一现象与 视觉中发现的k o r t e 第二定律( k o r t e ss e c o n dl a w ) ( k o a e ，1 9 1 5 ；k o l e r , 1 9 7 2 ) 十分相 仿。之后，s t r y b e l 等人进行了大量的研究，结果是时间因素( 刺激时长和l s l ) 对a a m 运动本身的觉察有重要作用( s t r y b e l ；1 9 9 2 ，1 9 9 4 ；s t r y b e l & g u e t t l e r , 1 9 9 9 ； s t r y b e l & v a t a k i s ，2 0 0 4 ) 。他们认为要产生连续运动感最小需要2 5 m s 的刺激时长， 5 浙江大学硕士学位论文单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 5 0 m s 最佳，在时长为1 0 m s 时，被试的连续运动感反应是很低的，以“单个声 源”或“两个声源同时发声”反应居多。o r a m h a m ( 1 9 8 6 ，1 9 9 1 ) 也认为，时长在 5 0 m s ，且时长与i s i 基本相同时，被试的“连续运动反应”会达到最高水平。不 仅在前后刺激时长一致的情况下，即使先前刺激与后续刺激有差异情况下，a a m 运动本身也只受时间因素的的影响：刺激时长在在2 5 m s 左右才可以产生 a a m ( s t r y b c l ，1 9 9 2 ；s t r y b e l & n e a l e ，1 9 9 4 ) ，只是当前后刺激时长相同时，a a m 更 容易被听n ( s p a n & s t r y b c l , 1 9 9 9 ) 。 研究发现，对于收听方式对被试的运动感没有显著差异。但双耳收听相对 于单耳时，对方向的把握较好( s t r y b c l & p e r r o t ，1 9 8 9 ；s t r y b e l ，1 9 9 2 ，1 9 9 9 ；s t r y b c l v a t a k i s 2 0 0 4 ；s a n a b d a & s o t o - f a r a c o ，2 0 0 5 ) 。但这些研究都是采用传统的实验范式： 以两个或多个声源按设定的时长和i s i 相继发声，即多声源发声的情况，而没有 考虑到一个声源发出多个声音的情况( 单声源发声) 。纪丽红( 2 0 0 5 ) 对此范式进行 了研究发现，在多声源发声时，双耳收听比单耳收听更易产生声音运动感，在 单声源发声时，双耳收听比单耳收听更易区分出不运动声音。 关于声源数对a a m 的影响，s t r y b e l ( 1 9 9 2 ，1 9 9 9 ) 提出，声源数对运动感没有 影响，但张彤、臧强和徐声远等( 2 0 0 2 ) 实验表明，声源数也会影响a a m 运动感， 而且这种影响与刺激时距和刺激脉冲时长有交互作用：与2 个声源相比，在低 i s i 水平，5 个声源更有利于产生声音连续运动的反应。在高i s i 水平，5 个声源 使被试更感觉到声源在继时发声。 关于间距对a a m 的影响，研究发现，间距大小对a a m 没有显著影响。而 且即使声源间距小于m a a ( 2 5 。) ，被试仍能觉察到a a m ( s t r y b c l ，1 9 9 2 ) 。张彤和 臧强( 2 0 0 2 ) 也发现，在水平方向，声源间距大4 ( 1 5 。和3 0 。) 对a a m 运动感没有 显著影响。不过，间距大小虽不影响a a m 运动感，但却影响a a m 方向感：大 间距下被试对a a m 的方向辨认准确度比小间距下要明显高。而且间距大小也影 响a a m 的速度：同样的速度下，大间距相比小间距，被试知觉到的a a m 更快， 反之亦然( s t r y b c l 1 9 9 8 ) 。 浙江大学硕士学位论文单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 关于声源位置，研究发现，它对a a m 运动感本身也没有影响，不过，它影 响a a m 的方向辨认。张彤和徐声远( 2 0 0 3 ) 在研究中发现，前方水平、侧方水平 与后方水平对a a m 并没有显著影响，但声源位置对方向辨认有着明显的影响： 前方位置的方向辨认正确最高，其实是对后方位置的声源，方向辨认正确率最 差的是对侧方声源。而且声源位置对a a m 方向辨认的影响特点与它对人的声音 定位的影响特点是一致的：被试对前方声源的定位最好，其实是后方，最差为 侧方( 汪俊，2 0 0 3 ) 。其它研究也表明，被试在水平面上排列的声源的方向判断 绩效最好( s t r y b e ，1 9 9 3 ；s t r y b e l & n c a l e ，1 9 9 4 ；s t r y b e l & g u e t t l e r , 1 9 9 9 ) 。 近年来，研究者们对人的a a m 声音运动的生理机制也进行了一系列探讨。 这类研究，一般使用p e t 或f m r i ，通过比较声源运动状态下与静态时的脑区变 化，来试图发现专门负责运动听觉的脑区。但是对于运动声音的察觉是否由专 门脑区负责仍然存在着争议 一种观点认为，人的声音运动觉察机制是由专门脑区负责的。g r i f f i t h s 和 r e e s ( 1 9 9 6 ) 报告了一则案例，该名患者由于大脑右半球受损，而不能识别声音的 运动。于是研究者认为，听觉系统对声音运动的检测机能在听觉皮层中应当是 有定位的。g r i f f i t h s 和g r e e n ( 2 0 0 0 ) ，w a r r e n 和z i e l i n s k i ( 2 0 0 2 ) 发现声音在水平面 运动时，位于初级听觉皮层内的颞顶盖o a r i e t o t e m p o r a lo p e r c i l l u m , f i d ) 和颞 平面0 l a n u mt e m p o r a l e ，p n 激活水平较高( z i e l i n s k i & g r e e n ，2 0 0 2 ) 。另外，垂直 面也同样如此( p a v a n i & m a c a l u s o ，2 0 0 2 ) ； 另一种观点与之截然不同，认为人对运动声音的检测并没有整体的机能定 位。不过，b r u g g e ( 1 9 9 6 ) 和r e a l e ( 2 0 0 2 ) 等人发现听觉皮层中存在着一些对空间敏 感的神经元( s p a t i a l l yt u n e dn e u r o n s ) ，记录着声源特定的空间位置，其中一些神经 元，起着运动觉察器的作用( b r u g g e ，1 9 9 6 ；r e m e ，2 0 0 2 ) ，但这些专门负责声音运动 的神经元，并没有聚集在一起成为一块脑区，而是融合在其他神经元之中( s m i t i l ， o k a t a & s a b e r i 2 0 0 4 ) 。 7 浙江大学硕士学位论文 单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 1 2 问题提出与研究意义 g r a n t h a m ( 1 9 8 6 ，1 9 9 1 ，1 9 9 7 ) 阐述的快照理论表明，听觉系统对运动声音的分 析是在不同的瞬时相继比较声源位置产生的，即声音的位置线索也是声音运动 判断的线索。以往研究也表明，人对声音的运动感知能力与定位能力是相关的 ( 汪俊，2 0 0 3 ) 。张彤和徐声远( 2 0 0 3 ) 也发现，当声源水平面排列时，正前方与 右侧方的a a m 运动感差异不大，但由于正前方声源位置比右侧方声源提供了更 强的双耳线索，所以，其a a m 的方向辨认准确率明显高于正前方的辨认准确率。 可是s t r y b e l 和p e r r o t t ( 1 9 9 2 ) 提出的双加工理论认为，听觉通道可能存在着 两个系统：一个是检测运动本身的系统，另一个是通过注意声像位置的变化来 检测运动的系统。对这些研究分析之后，我们发现，以上结果的差异，或许是 因为实验范式不同导致的：一个是传统的a a m 范式，另一个则是与m a m a 有 关的范式来研究的。两种范式的区别是前者实验中只有运动的多声源发声，而 没有考虑到静止的单声源发声的情况。我们认为，若声音是由不运动声源发出 的，收听方式、声源位置、间距大小等因素对a a m 的影响可能会有所不同，本 研究试图对这个问题做进一步的分析，对a a m 的一般机制作出解释。 本研究包括两个实验：实验一，对中矢面声源的双耳听与单耳听条件下， 不同声源发声特点、声源数和i s i 对a a m 的效应研究；实验二，对水平右侧单 耳听条件下，不同的声源间距、声源发声特点、声源个数及刺激时长对a a m 的 效应研究。实验在隔音消音实验室中进行，以被试对声音运动感的评价和声源 运动方向( 或不运动声音的位置) 判断作为评价被试绩效的依据。 浙江大学硕士学位论文单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 2 实验研究 2 1 实验一：中矢面收听方式、时长、声源数和i s i 对a a _ m 效应 2 1 1 实验方法 2 1 1 1 实验被试 本实验采用6 名听力正常的被试，男女各3 名，在2 0 2 5 岁之间。给予报酬。 2 1 1 2 实验设备 本实验在隔音消音实验室中进行。实验室中间有一弧形支架，支架每隔1 5 。 有一外部扬声器，每个扬声器距离被试头部l m 。被试坐在位于支架中心的椅子 上，耳部与水平网架齐高，中矢面与扬声器平齐。座椅背上有一支架固定被试 头部位置，支架上还安装了一个红色信号灯，用于发出刺激提示被试即将呈现 信号。被试通过无线话筒向主试报告反应。 其它实验装置位于实验室隔壁的房间。如图1 所示，本实验装置以p c 计算 机为主机，它产生实验所要求的声音信号和开关控制信号。计算机产生的声音 信号经1 6 位d a 转换器( 信号采样率为4 8 k h z ) 、音频放大器和多路开关传至 相应的扬声器播放。计算机产生的控制信号控制多路开关接通相应的扬声器， 并且控制接通时间和各扬声器播放的间隔时间。 图1 实验装置 9 浙江大学硕士学位论文单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 2 1 1 3 实验刺激 实验中声音刺激为3 0 0 0 1 5 0 0 0 h z 宽带白噪声，强度为5 0 d b ( 用丹麦b k 公司 制作的2 2 3 1 型精密模块式声级计在被试头部测量) 。这些刺激通过被试正前方垂 直面的2 或5 个扬声器播放。本实验设被试正前方水平位置为0 。，在5 声源条件下， 以o o 上下1 5 。和3 0 。的5 个扬声器为信号声源；2 声源条件下，0 。，上1 5 。的2 个扬 声器为信号声源。刺激脉冲时长为1 0 m s 和5 0 m s 。刺激时间间隔i s i 为3 种：1 5 m s 、 3 0 m s 和4 5 m s 。声源发声方式分为多声源和单声源发声，多声源发声按照常规做 法。单声源发声分为两种情况：五声源时，0 。或+ 3 0 。的扬声器发声；二声源时， 为0 。或正上方1 5 。扬声器发声。在单耳听条件下，在被试左耳加耳塞和耳套，用 右耳收听刺激。 本实验共有2 种声源数x 2 种脉冲时长3 种i s i 组成1 2 种刺激。每种刺激均呈 现2 0 次：多声源发声时，1 0 次从上至下，1 0 次从下至上；单声源发声时，如前 选定的2 个声源也各呈现1 0 次。而且每个被试要完成由2 种声源数和2 种收听方式 条件组合成的4 组实验，这样每种刺激共2 4 0 次，4 组实验，总计9 6 0 次。实验顺 序采用拉丁方排列，以抵消顺序效应。 2 1 1 4 实验步骤 为了不给被试提供视觉线索，实验在黑暗中进行。每次呈现声音信号前， 都先给被试一个小红灯提示注意信号，持续时间为5 0 0 m s ，灯灭后过1 5 0 m s 呈 现声音刺激。然后要求被试判断声音的运动方向，并按评价指标报告声音的运 动感。这个指标是根据b r i g g s 和p e r r o n ( 1 9 7 2 ) 提出的声音运动感评价法设定，考 虑到本研究的实际情况，本研究采用了6 个声音运动感等级，分别是： 从一个位置发出的声音； 从不同位置同时发出的声音； 连续平滑运动的声音； 间断运动连续感较强的声音； 间断运动连续感较弱的声音； 1 0 浙江大学硕士学位论文 单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 从不同位置继时发出的声音。 在正式实验开始前，主试首先向被试说明实验要求和反应方式。然后根据被 试坐高调节座椅高度，并将被试头部固定在要求的位置上。接着按正式实验的 做法对被试进行实验训练，训练至被试能够熟练掌握声音运动感的评价标准为 止，然后开始正式实验。每完成一组实验，被试休息1 0 分钟。 2 1 2 实验结果与分析 2 121 声音运动感评价结果与分析 图2 表明了2 种收听方式、2 种声源数、2 种刺激脉冲时长、3 种i s i 在多个声源 发声与单个声源发声条件下的各种声音运动感百分率。从图2 可见，本实验中， 这六种运动感评价反应均有出现。在不同的条件下，被试的反应有着不同的组 合，对有的某些反应的比率高一些，对某些反应的比率低一些。 祭 褂 众 m 翅 赵 馋 蠡 删 ，一 气 k - r v j _ 纵入：_ 一苔一 ：一 - ! 二：二、 1 53 0 4 51 53 0 4 51 5 3 0 4 51 53 04 5 i s i ( n l s ) 多声源多声源单声源单声源 1 0 m s 5 0 m s 1 0 r a s5 0 m s 图2 a 单耳收听，2 个声源 5鲫加如；加加。 浙江大学硕士学位论文单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 r 7 _ 弋 人 、 。一、 2 一一y vll 乙一 k 二一_寻 1 - 二：一 1 53 04 5 1 53 0 4 51 53 04 51 53 04 5 i s i ( m s ) 多声源多声源单声源 1 0 m s 5 0 m s1 0 m s 图2 b 单耳收听，5 个声源 单声源 5 0 m s r q 7 h 7二二： _ 塞：、 ( x k vv文 ) 、。- r ? 1 卜乞；二，“ 1 53 04 51 53 0 4 5 1 53 0 4 51 5 3 0 4 5 i s i ( m s ) 多声源多声源单声源 1 0 m s5 0 m s 1 0 m s 图2 c 双耳收听，2 个声源 单声源 5 0 m s 5伯的加0 芒锝求忸毽谜锋蠡喜 5们m 0 一誊瓣条忸翅蜡餐需蝌 浙江大学硕士学位论文单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 8 褥 求 i 型 谜 碴 需 划 ll ， 1 1 、 z 州 1 53 0 4 5 1 53 04 51 5 3 0 4 51 53 0 4 5 i s i ( m s ) 多声源多声源单声源单声源 1 0 m s 5 0 m s 1 0 m s 5 0 m s 图2 d 双耳收听，5 个声源 图2 收听方式、声源数、声源发声方式、刺激脉冲时长和i s i 对声音 运动感的效应 ( 注：1 1 个声源发声，2 一多个声源同时发声，3 一连续运动，4 一连续感较强的间断运动， 5 一连续感较弱的间断运动，6 - - 从不同位置继时发出的声音) 我们根据各种声源的运动感百分率，迸一步计算了声音运动反应趋势值。 反应趋势值的计算方法如下：“从一个位置发出的声音”和“从不同位置同时 发出的声音”是感觉上在一个点或一个区发出的“无运动”声音，它们都标为1 分，“连续运动”、“间断运动连续感较强”以及“间断连续感较弱”、“继 时发声”分别标为2 5 分，将各类反应的分数值乘以该种反应的百分率，然后 求总和最后将总和减1 ( 即s ( 各类反应分数值反应百分率) 一1 ) 。图3 为收 听方式、声源数、刺激脉冲时长、i s i 和发声方式( 单声源发声与多声源发声) 函数的运动反应趋势值。表1 和2 分别表明刺激从多声源发出与从单声源发出 条件下的方差分析结果。从两表中可见，当刺激从多个声源发出时，i s i 主效应 显著( p 0 0 1 ) ，及声源数收听方式i s i 交互作用显著0 0 1 ) ；当刺激从单个声 加蚰；加0 浙江大学硕士学位论文单声源与多声源发声条件下的听觉似动特点研究 源发出时，声源数主效应显著( p 0 0 1 ) 。 理论上，若时间参数设置得恰当的话，a a m 发展、变化的状况是，声音静 止在一个位置上，或者在多个