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声音的辨别敏感性

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2024-10-30 02:24

一、Weber定律

早在19世纪初时Weber（韦伯）便观察到当辨别两物体的重量时，如果两物体分别重0.5 kg 和1kg（相差为 0.5kg）时，辨别起来非常容易。而当两物体分别重 50 kg 和 50.5kg（相差同样为0.5 kg）`时辨别起来则不是那么容易。经过长年的观察和实验，Weber 和Fechner 指出机体感觉系统辨别敏感性遵循以下定律:

△S/S =k

公式中k为常数，‘△S为能分辨出两刺激量有所不同时所需要的最小差异，也就是差阈，S为两刺激量中较小者的值,，△S/S 又称为 Weber 比值（Weber fraction)，上式便是心理物理学上广为接受的 Weber 定律（Weber's law)。

声信号有3个主要的声学参数：频率、强度和时程。本节将进一步探讨听觉系统对声音频率及强度辨别的敏感性，以及这一敏感性是否遵循 Weber 定律。

二、频率差阀

声音频率上的改变在心理声学上体现为音调的变化。频率辨别敏感度，也即频率差阈(frequency difference limen,DLF)，指的是人耳能够听出两个声音音调不同所需要的最小频率差异。频率差阈的测量是让受试者听两个间隔时程很小（即第一个声音结束后，间隔一段很短的时间，开始播放第二个声音）的声音（配对声音），两个声音在频率上有细微的差异，受试者的任务是指出哪个声音的音调较高。

我们可以选定一个标准频率的声音作为参考声,然后取不同频率的声音与这个参考声组成配对，使其频差按一定等级排列（比如可使其频率差异分别为2H2、4Hz、6 Hz、8 Hz、10 Hz、12 Hz 等），各个频差的配对声随机呈现,但呈现的总次数相等。具体到每组配对声，两声音呈现的先后次序均为随机分配。

对某个特定频差的配对，如果受试者的回答正确率为75%，我们则可把这时的频差作为差阈。我们说过阳性反应率为50%时可作为阈值，那么这里为什么不选正确率为50%时的频差作为差阈呢？这在第一节选项测试法的最后给出了解释，由于这里用的是二选一的选项测试，答对的机会概率为50%。如果对于某个特定频差的回答正确率为50%，不能说明受试者刚好能够辨别这两个频率有所不同，而只能说明受试者完全无法区分这两个频率的声音而基本靠猜。

不同的曲线代表不同的刺激强度（分别为5 dB SL、10 dB SL、20 dB SL、40 dB SL和80 dB SL）。当声强接近听阈时（5 dB SL及 10 dB SL)，频率辨别能力较差，Weber 比值明显高于声强较大时（≥20 dB SL）的 Weber 比值，对于 20~80 dB SL的强度水平，频率辨别能力彼此无显著差异，且在这样一个强度范围内，中频段（400~2000 Hz）的Weber 比值几乎恒定，遵循 Weber 定律，但在低频或高频时 Weber 比值却不在一个水平。在频率辨别敏感性较高的中频段，Weber 比值在 0.002（0.2%）左右，这意味着对于 1 kHz的纯音，人耳能分辨与之相差1~2Hz的另一纯音的音调。

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