聽覺傳示裝置的設計

1. 人機工程學的目錄

第一章 概論
1-1 什麼是人機工程學
1-2 人機學的發展簡史
1-3 人機學體系的確立
1-4 人機學的任務和研究范圍
1-5 人機學的研究方法
1-6 人機學與其他學科的關系
復習思考與作業題
第二章 人機系統
2-1 什麼是人機系統
2-2 人和機器的特徵機能比較
2-3 人機系統的功能
2-4 人機系統的類型
2-5 人機系統設計的內容和方法
2-6 人機系統設計程序
復習思考與作業題
第三章 人體與人機學參數
3-1 人體的感知特性和反應時間
3-2 人體的應激反應
3-3 人體尺寸
3-4 幾項人體參數的理論計算
3-5 人體測量數據的應用
3-6 人體測量
復習思考與作業題
第四章 人的視覺特徵和顯示裝置設計
4-1 視覺特徵
4-2 視區分布與設計布置區的劃分
4-3 顯示裝置與指針式儀表設計
4-4 電子顯不裝置設計
4-5 報警信號裝置設計
4-6 儀表盤的布置
復習思考與作業題
第五章 人體運動與操縱裝置設計
5-1 人體運動與操作運作
5-2 操縱裝置設計的人機學問題
5-3 手的運動特徵和手動控制器的設計
5-4 腳的運動特徵和腳動控制器的設計
5-5 重體力作業的設墳
第六章 作業空間設墳
6-1 作業空間設計的基本原則
6-2 作業空間范圍
6-3 作業空間布置
6-4 控制室的建築設計與布置
6-5 控制台的設計
6-6 座椅的設墳
復習思考與作業題
第七章 作業環境
……
第八章 信息的聽覺傳示
第九章 色彩的心理與應用
第十章 人機學設計的評價分析
參考文獻

2. 聽覺系統結構的組成部分是什麼

聽覺系統由聽覺器官各級聽覺中樞及其連接網路組成。聽覺器官通稱為耳，其結構中有特殊分化的細胞，能感受聲波的機械振動並把聲能轉換為神經沖動，叫做聲感受器。 聽覺的外周感受器官是耳，耳的適宜刺激是一定頻率范圍內的聲波振動。耳由外耳、中耳和內耳迷路中的耳蝸部分組成。由聲源振動引起空氣產生疏密波，後者通過外耳道、鼓膜和聽骨鏈的傳遞，引起耳蝸中淋巴液和基底膜的振動，使耳蝸科蒂器官中的毛細胞產生興奮。科蒂器官和其中所含的毛細胞，是真正的聲音感受裝置，外耳和中耳等結構只是輔助振動波到達耳蝸的傳音裝置。聽神經纖維就分布在毛細胞下方的基底膜中；振動波的機械能在這里轉變為聽神經纖維上的神經沖動。並以神經沖動的不同頻率和組合形式對聲音信息進入編碼，傳送到大腦皮層聽覺中構，產生聽覺。聽覺對動物適應環境和人類認識自然有重要的意義；在人類，有聲語言是互通信息交流思想的重要工具。 因此，在耳的生理功能研究中主要解決的問題是：聲音怎樣通過外耳、中耳等傳音裝置傳到耳蝸，以及耳蝸的感音裝置如何把耳蝸淋巴液和基底膜的振動轉變成為神經沖動。
聽覺器官(耳朵結構)高等動物的耳可分為外耳、中耳和內耳（見耳）。 耳廓和外耳道的集音作用和共鳴腔作用 外耳由耳廓和外耳道組成。人耳耳廓的運動能力已經退化，但前方和側方來的聲音可直接進入外耳道，且耳廓的形狀有利於聲波能量的聚集，引起較強的鼓膜振動；同樣的聲音如來自耳廓後方，則可被耳廓遮擋，音感較弱。因此，稍稍轉動頭的位置，根據這時 聽覺器官(耳朵結構)兩耳聲音強弱的輕微變化，可以判斷音源的位置。
外耳和中耳的傳音作用
（一）耳廓和外耳道的集音作用和共鳴腔作用
外耳由耳廓和外耳道組成。人耳耳廓的運動能力已經退化，但前方和側方來的聲音可直接進入外耳道，且耳廓的形狀有利於聲波能量的聚集，引起較強的鼓膜振動；同樣的聲音如來自耳廓後方，則可被耳廓遮擋，音感較弱。因此，稍稍轉動頭的位置，根據這時兩耳聲音強弱的輕微變化，可以判斷音源的位置。
外耳首是聲波傳導的通路，一端開口，一端終止於鼓膜。根據物理學原理，充氣的管道可與波長4倍管長的聲波產生最大的共振作用；外耳道長約2.5cm，據此計算，它作為一個共鳴腔的最佳共振頻率約在3500Hz附近；這樣的聲音由外耳道傳到鼓膜時，其強度可以增強10倍。
（二）鼓膜和中耳聽骨鏈增壓效應
中耳包括鼓膜、鼓室、聽骨鏈、中耳小肌和咽鼓管等主要結構，其中鼓膜、聽骨鏈和內耳卵圓窗之間的關系如圖9-15所示，它們構成了聲音由外耳傳向耳蝸的最有效通路。聲波在到達鼓膜交，由空氣為振動介質；由鼓膜經聽骨鏈到達卵圓窗膜時，振動介質變為固相的生物組織。由於不同介質的聲阻攔不同，理論上當振動在這些介質之間傳遞時，能量衰減極大，估計可達99%或更多。但由於由鼓膜到卵圓窗膜之間的傳遞系統的特殊力學特性，振動經中耳傳遞時發生了增壓效應，補償了由聲阻擋不同造成的能量耗損。
鼓膜呈橢圓形，面積約50-90mm2，厚度約0.1mm。它不是一個平面膜，呈頂點朝向中耳的漏斗形。其內側連錘骨柄，後者位於鼓膜的纖維層和粘膜層之間，自前上方向下，終止於鼓膜中心處。鼓膜很像電話機受話器中的振膜，是一個壓力承受裝置，具有較好的頻率響應和較小的失真度，而且它的形狀有利於把振動傳遞給位於漏斗尖頂處的錘骨柄 。據觀察，當頻率在2400Hz以下的聲波作用於鼓膜時，鼓膜都可以復制外加振動的頻率，而且鼓膜的振動與聲波振動同始同終，很少殘余振動。

（三）咽鼓管的功能
咽鼓管亦稱耳咽管，它連通鼓室和鼻咽部，這就使鼓室內空氣和大氣相通，因而通過咽鼓管，可以平衡鼓室內空氣和大氣壓之間有可能出現的壓力差，這對於維持鼓膜的正常位置、形狀和振動性能有重要意義。咽鼓管阻塞時，鼓室氣體將被吸收，使鼓室內壓力下降，引起鼓膜內陷。暫時的鼓膜內外壓力差，常發生在外耳道內壓力首先發生改變而鼓室內壓力仍處於原初的狀態，如飛機的突然升降長潛水等，此時如果不能通過咽鼓管使鼓室內壓力外耳道壓力（或大氣壓）取得平衡，就會在鼓膜兩側出現巨大的壓力差。據觀察，這個壓力差如達到9.33-10.76kPa(70-80mmHg)，將會引起鼓膜強烈痛疼；壓力差超過24kPa(180mmHg)時，可能造成鼓膜破裂。咽鼓管在正常情況下其鼻咽部開口常處於閉合 狀態，在吞咽、打呵欠或噴嚏時由於齶帆張肌等肌肉的收縮，可使管口暫時開放，有利於氣壓平衡。

聲音的骨傳導 正常時聽覺的引起，是由於聲波經外耳道引起鼓膜的振動，再經聽骨 鏈和卵圓窗膜進入耳蝸，這一條聲音傳遞地途徑，稱為氣傳導。此外，聲波還可以直接引起顱骨的振動，再引起位於顳骨骨質中的耳蝸內淋巴的振動，這稱為骨傳導。骨傳導正常時較氣傳導不敏感得多，幾乎不能感到它的存在；能察知骨傳導存在的一種方面是，把一個振動闃的音叉的柄直接和頗骨接觸，這時人會感到一個稍有異樣的聲音；當這個聲音減弱到聽不到以後，再把音叉迅速移到耳廓前方，這時又能聽到聲音的存在。這個簡單實驗說明骨傳導的存在，也說明正常時氣傳導較骨傳導為靈敏。可以認為，骨傳導在正常聽覺的引起中作用微乎其微。不過臨床上常通過檢查患者氣傳導和骨傳導受損的情況，判斷聽覺異常的產生部位和原因。

3. 語言傳示裝置的影響因素有哪些

語言傳示裝置的影響因素有自然因素
語言傳播的具有外延性和連續性、距離衰減性、層序性和階層性、復合性、競爭性和同化性、演化性。
影響因素：自然因素：通過人口遷移流動對語言擴散施加影響，地理條件好壞，平原、封閉地形社會人文因素：行政區劃的影響、經濟條件的影響、人口遷移的影響。

4. 在聽覺實驗中經常出現的研究變數有哪些

聽覺是人類和許多動物共同具有的感覺現象之—。人的聽覺是藉助於耳來實現的，是對一定頻率范圍內聲音刺激的感覺。聽覺現象的產生受許多因素作用的影響，我們只有全面了解這些因素及其性質，才有可能把握住它，更好地處理好聽覺實驗中的各種變數及其關系，從而揭示紛繁的聽覺現象和規律。

一、聽覺的物理刺激和音感

（一）聲波及其特徵

聽覺（audition）是個體對聲波物理特徵的反映。頻率為16赫～20000赫的機械波為聲波。聽覺的適宜刺激是聲波。聲波是彈性媒質中物體振動所激起的縱波。當空氣振動波到達我們耳內時，就產生聽覺（參見圖7-1）。

圖7-2是一個機械振盪器振動揚聲器產生聲波直至畫出正弦曲線的模擬裝置。這個裝置類似於蒸汽機火車頭的汽缸動力裝置。圖中的圓輪即為機械振盪器，與它相聯的為兩個活塞，左邊的活塞帶動畫筆，描繪運動曲線；右邊的活塞振動膜片，使揚聲器發音，再由麥克風傳到示波器中，顯示出聲波的波形圖。在實驗操作中，當我們改變圓輪的轉速，如使其逐漸加快，則揚聲器中發出的聲音會由「粗」變為「細」，同時，記錄紙和示波器上的圖形也會發生相應的變化——波紋由疏變密，頻率增加但振幅不變；而當我們改變圓輪的半徑，使其不斷增加，則揚聲器中的聲音逐漸加大，波形記錄上的頻率不發生變化而振幅卻相應加大。通過這個演示實驗，我們可以知道，聲源振動頻率可以改變聲音的高低，而振幅可以使聲音的強度發生變化（參見圖7-4）。

從圖7-2上看到，揚聲器所發出的聲音的頻率、振幅都是由圓輪及其轉動所決定的。由於聲音的波形為正弦曲線，所以這種音為純音。在日常生活中，純音一般是很難聽到的，通常只有在實驗室中由音叉或機械（電子）振盪器才能產生。在現實生活中，我們聽到的是由若干波形混合而成的復合音，如各種汽車產生的噪音、電子琴發出的樂音和人的言語等等。純音和復合音區分的根據是聲波的線性特徵，即是否可以進行波形的分解；而復合音中的樂音和噪音區分的根據是聲波是否有周期性即規律性振動，當然，人的主觀舒適感也是一個十分重要的指標。例如，受許多青年人歡迎的迪斯科音樂，卻被某些老年人稱作噪音。言語音是復合音中的一種特殊現象，它不可以簡單地視作樂音或噪音。

聽覺刺激聲波和視覺刺激電磁波均有三個主要特徵，即頻率、振幅和波形。與此相應，聽覺有音高、響度和音色的區別。如果把聲音和顏色類比的話，可發現二者的對應關系，見表（7-1）。

表7-1 視覺和聽覺的類同之處

（采自張春興，1991）

在明白了聲波及其特徵之後，接下去我們分別討論聲波的三個主要特徵以及與此相對應的音感。

（二）頻率和音高

音高（或音調）（pitch）是人對聲波頻率的主觀屬性，它首先和聲波頻率有關。頻率（frequence）是物理量，指每秒振動的次數，單位為赫（或赫茲）（Hz）。聲波的振動頻率高，我們聽到的聲音就高；相反，振動頻率低，聽起來就低，但它們之間並非線性關系。當聲波振動數大約在16～20，000赫時，是人所能感受到的音域。

讓我們再回到圖7-2的演示實驗中，當改變圓輪的轉速時，聲音的高低發生了變化，這就是說頻率決定了聲音的音高。這里的頻率是指聲源每秒機械振動的周數，圖7-3中羅列了樂器、人和多種動物發聲的頻率范圍。從圖中可知，女性的聲音頻率值稍高於男性，而且頻率范圍也要大些；動物和人的情況相差較大，最突出的是蝙蝠和海豚。蝙蝠和海豚所發出和被感知的聲音頻率可達120，000赫以上，它們的下限值與人類聲音的倍音上限接近。通常，人耳接受的聲音頻率范圍為20～20，000赫，40歲以上的成人聽力上限還會下降到12，000赫左右，甚至更低，而敏感的聲音頻率范圍為1，000～3，000赫。我們所提到的聲音的頻率只是一種物理量，而人對它的感知則是音高。心理上的主觀音高主要與聲音刺激的頻率大小有關，但並不是完全由刺激頻率決定的，它也取決於聲音刺激的強度。實驗研究表明，對於同一聲音刺激的音高感知，不同的人之間有著巨大的個體差異，這充分表現了音高這個心理量的主觀性。在心理學中，我們根據實驗研究，規定音高的單位為 （mel），確定1000 的音高為10O0赫（聲壓級為40分貝）的聲音刺激的主觀感覺。這樣，在聲音強度不變的情況下，我們便可以對不同頻率的聲音刺激進行音高判斷，並可探求出音高和頻率間的關系。而且純音音高和頻率的相關可藉助於心理物理法直接求得，即可在可聽范圍內把音高從低到高地分成等級，製成一種音量表。圖7-13是一個音高量表，從圖上可以明顯地看出音高隨頻率而變的函數關系。

（三）振幅和響度

響度（或音強）（loudness）是聲波振幅的一種主觀屬性，它是由聲波的振幅所引起，振幅越大則響度越大。圖7-4下面二條曲線雖然頻率相同，但振幅不同。中間一條曲線振幅較小，即聲音響度較弱；下面一條曲線振幅較大，即聲音響度較強。

圖7-2的演示實驗表明，聲音刺激的振幅變化，導致揚聲器中聲音響度的改變。聲波的振幅是指示波器中顯示出的純音正弦曲線的最大高度，聲波振幅的大小決定於作用在聲源上的力的大小。通常講，聲源的振動頻率主要決定於聲音自身的屬性，而聲源的振幅則決定於外界施加的力——傳遞的能量。對於振幅，公認的測量方法是對聲波的壓力測量，它可用聲壓、聲壓級、聲強、聲強級、聲功率級來度量。實際上，聽覺響度常用比例表示，而不用絕對量表示。

聲波造成的壓力變化用分貝（decibel，簡稱dB）量來測量。分貝量表是一種對數量表，它將人所能感受的巨大范圍的振幅變化值壓縮在較小的范圍內（見表7-2）。卡爾索（Corso，1967）通過多種實驗研究指出，人耳所能探測的最強音比其所能聽到的最弱音大約強1000億倍。當然，不同的人對最強音和最弱音的察覺范圍存在著個體差異，而且個體對各頻率的聲音的敏度也不完全相同。對於分貝量，我們規定以人類能聽到的平均絕對閾限值，即1000赫附近的壓力變化為0分貝參考點，此時的壓力為0.0002達因/平方厘米。這樣，20分貝的聲音，人的主觀感覺約相當於三米遠處柔和的低語聲的聲響，根據分貝量表其壓力為我們能聽到的最柔和聲音的10倍。平常，人們的講話聲音約為60分貝的水平，這就比參照壓力大1000倍。人耳能對高達125～130分貝的聲壓作出反應，如從身旁經過的火車、響雷或機槍射擊時所發出的聲壓，但130分貝的聲壓也會使耳產生痛感，若長時間保持這樣高的聲壓水平，人耳的聽力機制就會受到損傷，這也就是紡織女工、爆破工等工種聽力敏度下降的一個原因。

與聲波振幅這個物理量相對應的心理量是響度。響度是振幅的一種主觀屬性，它主要與聲波的振幅有關，但同樣亦受頻率的影響。測量聲音響度的

表7-2 分貝量表（dB量表）

*痛閾；&可聞閾 （采自Cohen，1969）

國際標准單位是 （sone），一個 為40分貝時所聽到的1000赫的音調的響度。這樣，在頻率不變的情況下，我們就可以得到聲壓與響度之間的關系，以便進一步對頻率、振幅和響度間的關系進行探索研究。人耳所感受到的響度大小，首先依聲音的強度為轉移，與強度的對數成正比；其次，不同頻率的聲音，若在我們主觀感覺上聽起來一樣響，它們所要求的強度是不一樣的。在實際工作中可參照等響曲線查出它的響度（參見圖7-17）。

（四）波形和音色

音色（timbre）是聲波波形的一種主觀屬性，也就是指我們聽到聲音在波形上的差異。不同的發音體所發出的音波都有自己的特異性。圖7-5為四種不同的發音體所發出的波形，雖然它們的頻率和振幅大體相同，但是它們的波形相差很大，因而我們聽起來這四種音是極不相同的。這就是音色上的差異。

聲波的類型是多種多樣的，一般可分為純音和復合音兩大類。

1.純 音

根據測聽器的分析，波形呈正弦曲線的聲音叫純音（Pure tone），如音叉的聲音和用音頻信號發生器發出的聲音。在自然環境中我們所能聽到的聲音極少是單一的純音，而是不同頻率和振幅混合而成的復合音。

事實上絕大多數發聲體的振動波都是比較復雜的，都是由若干正弦聲波合成的復合聲波。如各種樂音、噪音和言語音都屬於復合音。由於一般振幅的聲波具有線性的特徵，因而可以把任何復合音分解成若干不同頻率的純音（見圖7-6）。

2.復合音

復合音（complex tone）乃是不同頻率和振幅的純音相混合而成的音，按組成它的各純音頻率之間的不同關系可分為樂音和噪音兩種：

（1）樂音具有周期性的振動，給人以舒適的感覺：樂音（musical tone）乃是波形呈周期性變化的聲音。樂音除包括一個頻率最低、振幅最大的基音外，還包括許多與基音成整倍數的較高頻率的倍音（又叫泛音或諧音）（over-tone）。基音（fundamental tone）是復合音中頻率最低、振幅最大的成分。實際的發聲體發出的聲音，絕大多數是由許多頻率成分組成的復合音。倍音的多少和強弱影響到聲音的音色，根據不同的音色我們才能分辨各個人不同的口音和不同的樂器音。倍音越多，聽者愈感到聲音豐富和圓潤。電子樂器比一般樂器能發出更加悅耳動聽的聲音，就是這個緣故。

音色是一個復雜的概念，具有多維的品質，它不但依存於倍音的結構，還受頻率與振幅的影響。實驗用的濾波器把各種樂器的倍音逐步濾掉，它們的聲音就逐漸喪失其原有的音色，最後只剩下同一頻率的基音，聽者就不能分辨這些基音是從什麼樂器發出來的。如果倍音逐步增加，各種樂器的音色又逐漸顯示出來。音響設備的效果也與此有關。

（2）噪音（noise）具有非周期性的特徵，組成它的各純音頻率之間沒有整倍數的關系 噪音不僅使人感到厭煩，而且還會引起聽覺功能的障礙。事實上，噪音的振幅、頻率和持續的時間等因素都能給人造成身心的影響，甚至導致死亡。但噪音也有它的實用價值，如臨床上常用一種混合的噪音去掩蔽對側耳的聽力來測量被測耳的聽力。這種雜訊又稱白雜訊（whitenoise），它是由各種頻率組成，各成分之間具有同樣振幅在相位上無系統關系的非周期性復合音，因為白雜訊像白光一樣，把全部頻率成分都結合在一起（見圖7-7）。

應當指出樂音和噪音只具相對意義。一方面，同一聲音在不同場合可以是噪音，也可以不是噪音；另一方面，平常我們聽到的樂音中總不免有噪音的成分，鋼琴、無線電或留聲機等在發出樂音的同時也發出一定量的噪音，而一般噪音中也含有一定周期性的樂音。因此，鑒別某種聲音是樂音還是噪音，既要看哪種音占優勢，還要看聽者的主觀評價。

（3）語音是特殊的復合音 語音是由母音和輔音構成的。母音（或母音）（vowel）是一種能連續發出的樂音。輔音（或子音）（consonant）是由聲道的封閉或開放而發出的語音，包括塞音、擦音、流音、鼻音等，它主要是不能連續發出的短促的噪音。母音與輔音合成漢語音節。特殊的語音（如漢語）還帶有聲調。母音是周期性的。不同的母音乃由不同的聲道形式而形成，主要是通過舌和唇的動作，發母音時聲帶是振動的，聲道是比較暢通無阻的。輔音一般是非周期性的，兼有樂音和噪音兩個成分。輔音可分為有聲和無聲兩種。有聲輔音也稱濁輔音，無聲輔音也稱清輔音。各種輔音都是由氣流經過口腔或鼻腔，受到了發音器官不同部位的阻礙而形成的。要劃分母音和輔音有時不太容易，為此語言學家提出了區別母音和輔音的三個標准：（1）發母音時，氣流不遇到什麼阻礙，而發輔音要受到聲道的阻礙；（2）發母音時發音器官是均衡地保持著緊張的，而發輔音時，發音器官有張有弛，受阻部分緊張，其餘部分鬆弛；（3）母音的氣流較弱，而輔音（尤其是不帶聲的輔音）氣流則較強。

語音知覺是人類特有的聽覺。語音雖然屬於復合聲，但帶有它自己的特點。作為聲源的言語器官是人類千萬年前社會勞動的產物。我們對語音的知覺也是在社會生活中形成和發展的，也帶有它自己的特點。

（五）聲波的相互作用

一個聲波同時與另一個聲波相遇或與鄰近的物體發生作用會產生聲波的相互作用現象，下面介紹常見的聲波相互作用現象。

1.共 鳴

一個振動的物體產生的聲波使鄰近的其他物體也發生振動的現象，叫做共鳴（或和振）（resonance）。起共鳴的振動叫受迫振動。實驗演示可將兩個頻率相同的音叉A與B相距數尺，用小木錘敲擊A，隨即用手制止它振動，可以聽到B在振動發音。再如，若把振動的音叉放在箱子上，會增強音叉的聲音，把音叉從箱上移開，音叉的聲音就微弱得多。各種樂器由於不同的結構而具有不同的共鳴的特性，不同的共鳴腔體為某些倍音提供共鳴的條件。歌唱家發出的高、中、低的每一個音都有頭腔、口咽腔和胸腔這三個共鳴腔體不同比例的振動，雖然音色基本上應該是一致的，但由於三個腔體混合共鳴的作用不同，便獲得優美的、富有音樂感的藝術效果。可見心理聲學原理可以提高歌唱家的藝術效果。

2.強化與干涉

二個聲波間的相互作用，受聲波的特徵所制約。當兩個振幅相差不大、頻率相同、相位相反的聲波合成後便相互抵消產生寂靜，參見圖7-8（c）的情況。如果頻率相同、相位一致、振幅近似相等的二個聲波合成後，便相互強化產生近似兩倍振幅的聲波，參見圖7-8（b）的情況。如果頻率相近，其合成波仍可看作是正弦波，只是交替地發生強化與干涉，參見圖 7-8（a）的情況。合成波的振幅隨時間發生周期性的變化，這時聽到的聲音叫做拍音（beat sound）。一秒鍾內產生一次完全的強化或完全的干涉為一拍。每秒的拍數V等於兩音頻率的差數：

V＝|V1-V2|

假如將頻率相近的兩個正弦波同時輸入示波器，可以觀察到呈現周期性的強化與干涉的聲音混合的合成圖形。例如，兩聲波分別為136赫與146赫，一秒鍾內會有10次完全的強化，10次完全的干涉，也就是每秒10拍，參見圖7-9。

音調的和諧與否與拍數有密切的關系。當拍數達到70左右時（中音階的C與E音）效果是和諧的。

3.差音與和音

差音（difference tone）是兩個頻率適當的純音同時發聲時，可聽到一個音高為兩個原始純音頻率之差的第三音。差音是一組音，若l表示較低的原始純音頻率，h表示較高的原始純音頻率，D表示差音頻率，則一組差音頻率為：D1=|h-l|，D2=|2l-h|，D3=|3l-2h|，D4=|4l-3h|。和音（summation）是兩個振幅大致相等，頻率相差50赫以上的純音同時作用於聽覺器官，可以聽到頻率分別等於兩原始音的和，即 h＋1，2l＋h， 3l＋2h等一組音。例如，當混合兩個振幅大致相等頻率相差30赫以上的聲音時，我們不僅可以聽到拍音，還可以聽到另外二個音：一個等於兩個頻率差的差音，另一個等於兩個頻率和的和音。差音與拍音不同，因為兩音雖然是同時聽到的，但當聽不到拍音以後，還可以聽到差音。當聽到一個比被混合的一個高頻音更高的音調時，這就是和音的效果。當然混合不同的音階的倍音同樣都可以產生差音與和音，但要把它們從總的音響效果中分辨出來是很困難的，這要具備一定的實驗條件和經過特殊的聽覺訓練才行。和視覺一樣，人類聽覺的潛能是巨大的。

二、聽覺實驗中的各種變數

第二節我們將介紹聽覺現象中的主要屬性及其各自的性質，在此之前，先了解它們各自在心理學實驗中擔任的角色，以及它們充當變數的情況，這是很有必要的。

（一）自變數

自變數（或自變項）是實驗過程中主試有意加以改變的因素，通過它的變化來探尋因變數的變化。自然，因變數即是主試在實驗中要觀察的現象和測定的指標。任何一個自變數或因變數都不能單獨存在，同時某一確定的自變數和因變數又不能離開具體的實驗。某一指標在一個實驗中可以作為自變數，而在另一實驗中卻可以成為因變數。下面，我們通過具體實驗來看看聽覺實驗中的自變數。

聽覺定位（或聲源定位）（auditory localization）是聽覺的方向定位。雙耳是辨別聲音方向的重要器官。圖7-10是用聲籠法來研究聽覺定位的裝置。實驗中，主試將被試雙眼蒙住，以去除掉視線索的作用，然後用固定器固定好被試頭部位置，防止實驗進行中雙耳位置的變化。此時，被試的頭部周圍有三個圓環，一個是矢狀切面的圓環（即圖中的深色環），與矢狀在頂中相交的為冠狀環，而與這兩個環水平相交的為橫向環，這三個環是以被試的雙耳聯線中心為圓心的圓球上的三個圓環。實驗中，將刺激呈現器隨機地在事先選擇好的位置上呈現純音、滴答聲或噪音，讓被試進行聲音方位的判斷，並作相應的記錄。

聽覺定位實驗是一個典型的聽覺實驗。在實驗中，一般取不同種類的聲音刺激（純音、滴答聲和噪音）和不同呈現位置作為自變數，主試通過控制刺激呈現的位置變化和呈現不同的刺激內容來探尋人類在雙盲情況下依據固定的雙耳進行聲音刺激位置判斷的規律。任何一個聽覺實驗，都離不開聲音刺激，聲音刺激可以作為自變數，也可以不作為自變數而作為控制變數。在這個實驗中，當其他條件不變時，我們選用聲音刺激作為自變數。只有主試能控制聲音刺激時，才有可能使被試進行聲音定位判斷，而當聲音刺激成為控制變數而不起變化時，也就談不上進行定位判斷了。此外，聲音刺激能由主試進行良好的操縱，這主要體現在以下幾個方面：

（1）聲音刺激的恆定性：在聲音刺激呈現的時候，只要確定了振幅、頻率（如純音），就可以使音高、響度不變，條件均等。

（2）辨別性：我們選用自變數的聲音刺激，使被試利用雙耳進行方位判斷成為可能。因為根據聲波傳導的時間特性及幾何學原理，人類可以利用雙耳進行方位辨別。

（3）可控性：對於聲音刺激作自變數，主試能較嚴密地進行操作控制。我們既可以利用儀器設備保證自變數的恆定性，同時又能在恰當的范圍內隨意變化自變數。自變數的變化主要有兩個方面，一為量的變化，如某一聲音持續時間的長短；一為質方面的變化，聲音的三個特性中任一個發生變化，就會導致聲音刺激的性質發生變化。對於任何一個實驗，在自變數挑選確定以後，其操作——控制呈現亦是一個至關重要的問題。同一個自變數，不同的呈現方式就有可能導致因變數產生影響。呈現位置一般取自三個圓環上以45°為間隔的各個位置，倘若我們在呈現位置選擇上不合適（如不對稱），則會使我們在進行結果分析時產生差錯；倘若我們對刺激的呈現序列不科學——不隨機化，則被試就會掌握其規律或產生其他錯覺，從而使得整個實驗失去意義。從這個例子中可見，自變數的選擇、控制在聽覺實驗中是非常重要的。

（二）因變數

在心理實驗中，主試在確定好自變數以後，接下來就是考慮因變數了，因為了解因變數（或依變項）的變化規律是實驗的目的所在。就上述實驗而言，根據聲音刺激出現在不同的十七個位置點時，被試對聲音定位的正誤判斷，實驗者就可進行統計分析，可以得出被試對位於左右方向（即冠狀面）聲音刺激的辨別正確率明顯高於前後方向（即矢狀面）；而當分別用純音和噪音作刺激呈現時，則噪音作自變數時的判斷正確率（任何位置）都要高於純音。當然，對這一實驗結果還可以進行深入的研究。如我們可以對第一個結果的因變數記錄進行數量化，即不僅只用正誤判斷，而改用偏離正確定位的角度記錄，於是得到表7-3。表中的數據反映了聲音刺激偏離矢狀面的角度與相應位置判斷偏離的平均角度數。從這不同的實驗結果中，我們可以看出，不同的自變數變化可以產生不同的因變數變化，而相同的自變數變化亦產生不同的因變數結果。

表7-3 聲音位置與聲音定向的關系

（采自張 翔等， 1990）

針對任一確定的自變數，如何確定因變數和利用其變化來產生所需的各種變化，完全在於主試如何確定相應的因變數指標。首先，主試要挑選能反映實驗目的和要求的指標。就上例而言，主試若以反應時的長短為指標，則不能說明被試在判斷方位準確性方面的情況，而僅能反映速度方面的規律。其次，主試所挑選的指標在用指導語進行解釋時，要言簡意賅，前後統—，使得任何一名被試能有一致的客觀標准。如果不同的被試對反應方式或實驗方法不能很好掌握，無疑會使實驗結果產生各種誤差，從而得不到真實的實驗結果。再次，對於因變數的客觀指標，要力求能進行明確的辨別和准確的測量。對於能夠數量化的因變數，要力求用數字表示，以便於對自變數與因變數之間的關系進行定量研究。對於性質辨別（如是否判斷）也應力求客觀化，以避免主觀因素的影響作用。這些心理學研究的共同原則，都適用於聽覺實驗。

（三）控制變數

聽覺實驗的控制變數，主要有機體變數和操作變數。對於機體變數的控制，如被試的性別、年齡、智力等特徵，可以通過實驗設計的安排來進行控制，而情緒狀況、健康狀況等指標則可在對被試的選擇時進行適當的剔選，以保證實驗結果的可靠。

對於操作變數的控制，主試要適當地運用嫻熟的實驗技術來對實驗條件和實驗過程進行良好的調節。聽覺實驗多為室內實驗，這就對實驗環境提出了一些特殊要求，尤其是進行聽力測量等實驗，必須具備相對無噪音的環境——隔音室。隔音室亦稱作消聲室，它的主要用途是建立可以控制的自由聲場，以便進行語言、聽覺有關的測試、研究工作；測定機器和其他聲源的發聲特性，或其他需要避免反射聲、外來聲干擾和模擬自由聲場的工作。例如聲波的衍射、干涉等現象。隔音室內的情況接近自由聲場，它除了採用必要的隔音措施抑制外來噪音的干擾外，室內的六個表面（即四壁、地板、天花板）上都敷以吸音系數特別大的結構。通常尖劈結構用得較為普遍，相對地說，此構造比較簡單，效果亦比較好。通常使用的尖劈為長 1m底部 20×20cm2，尖劈內裝松亂的玻璃纖維，為了達到最佳的消音效果，玻璃纖維的密度也有一定的規定。

在聽覺實驗中，儀器也是一個十分重要的因素。例如在人耳聽力的測量中，是用聽力計發出頻率、振幅通過電壓加在耳機上來進行刺激的呈示。由於電子儀器能對聲音刺激的頻率、振幅進行隨意選擇，且能保持先後呈示的一致性，因而是一種較好的呈示裝置，便於主試進行控制。對於一些較難重復的刺激，如言語、機械聲、噪音等等，則可藉助於錄音機，進行再現和控制。對於實驗中如何確定被試接受的刺激方式，則必須根據具體實驗而定。如果是聽覺定向實驗，被試必然要運用雙耳聽覺，否則實驗就無法完成，而且用揚聲器和用耳機的效果是不同的。若是用單耳進行距離判斷實驗，則單耳的選擇亦須十分小心，因為人的左右兩耳在聽力方面是有差別的，猶如雙眼在視力上也常常是有差異的。

5. 音響和報警裝置的設計原則是什麼

音響信號必須保證使位於信號接收范圍內的人員能夠識別並按照規定的方式作出反應。

印象信號必須易於識別，特別是有雜訊干擾時，印象信號必須能夠明顯地聽到，並可與其他的雜訊和信號區別。

報警裝置

是指表示發生故障、事故或危險情況的信息顯示裝置。按使用的代碼特點和接收信息的感覺通道的性質，可分為視覺報警器、聽覺報警器、觸覺報警器和嗅覺報警器等。其設計要求：顯不的報警信號有足夠的強度，容易引起人的不隨意注意，或在性狀上具有明顯的特異性。

為加強顯示的可靠性。有時採取雙重顯示，如用視覺信號和聽覺信號同時顯示某種故障或事故的發生。