2016-11-30

聽覺心理學(心理聲學)心理物理的一支

聽覺心理學,也叫心理聲學,屬於心理物理的一支,主要研究人對聲音的感受。從名字上,人們大抵會覺得這門學科挺玄乎,不是什麼「硬科學」。其實,雖然是研究人的主觀感受,聽覺心理學是一門相當嚴謹的科學。舉一個例子,同一個聲源,聲壓越強,我們會感到響度越強。這裡,聲壓是一個聲源的物理性質,而響度是一個對於該聲源的主觀感受。心理聲學的研究旨在量化聲音的物理性質和主觀感受之間的關係,並將其表述為數學模型。
當然,不是所有的聽覺現象都像響度和聲壓一樣,可以簡單的用一個單調函數來描述。比如說,一個比較強的聲音(掩蔽聲)可以使一個較弱的聲音(探測聲)難以被聽到。這個現象叫做掩蔽現象。但並不是說,掩蔽聲越強,探測聲就越難被聽到。掩蔽效應的強弱和這兩個聲音的頻譜相關:如果兩個聲音沒有頻率上的重疊,即便掩蔽聲很強,掩蔽效應也會很弱。也就是說,對於一個正弦波探測聲, 我們可以想像存在一個帶通濾波器,並以探測聲的頻率為中心。掩蔽聲攜帶的能量如果在此濾波器以內,那麼,它將會使信噪比降低,使探測聲更難聽到。相對的,如果掩蔽聲攜帶的能量如果在此濾波器以外,它將會被濾波器濾出,從而對信噪比沒有什麼影響。聽覺心理學的實驗表明,掩蔽現象可以用一組帶通濾波器在模擬,每個濾波器的中心頻率各不相同,覆蓋從20到20000赫茲。濾波器的通帶隨中心頻率的增加而增加,在1000赫茲以上,兩者基本是比例一定。就是因為發展出了掩蔽效應的模型,對於任何一個聲音,我們可以計算這個聲音的哪些部分是可以被聽到的,而哪些部分是聽不到的。我們經常接觸到的mp3壓縮格式就是應用了這個模型,並將那些聽不到的 部分去處,從而節省了存儲容量。另外,我們還可以在聲音信號裡有意的加入「聽不到」的信號,達到「聲音水印」的效果。
帶通濾波器模型描述了聽覺系統在頻率上的分辨率。一些聽覺心理學裡其他重要的課題該包括:時域的分辨率,響度,音高,音色,雙耳效應,聲場分析等。這些課題在上個世紀的後半被相當嚴謹細緻的研究,並促進了音頻壓縮,音頻處理,現代助聽器,人工耳蝸等領域的長足發展。作為聽覺心理學最重要的刊物,美國聲學學會會刊(Journal of the Acoustical Society of America,或JASA)記錄了聽覺心理學這個學科的發展歷程。目前,聽覺心理學已經有非常豐富的文獻基礎,非常成型的實驗方法,和一些被廣泛接受的理論模型。從每年美國聲學學會的年會來看,生理與心理聲學部是整個聲學學會裡第二到第三大的部(其他部還包括理論聲學,建築聲學,音樂聲學,水聲,信號處理等),每次與會的研究者都有上百人之多。可以說聽覺心理學已經形成了成熟、穩定的研究群體。
不過,時代的變化讓聽覺心理學在當今的科學界逐步成為了尷尬的存在,其主要原因在於它橫跨幾個大的學科,卻在這幾個大學科裡又不屬於最搶眼的。比如可以說,聽覺心理學可以算在聲學裡,也就可以算在物理底下。然而在物理學家眼裡,和「心理學」著邊的學科都是「軟科學」,所以只有極少數的聽覺心理學研究者是在物理系裡工作。另一方面,最適合聽覺心理學生存的環境是心理系。在聽覺心理學發展的最初階段,大部分的實驗室都是在各學校的心理系下的。然而,聽覺心理學的學科文化使得它在心理學裡越來越不吃香。聽覺心理學家經常過分的嚴謹和小心,JASA的審稿人的苛刻程度遠遠高於其他心理學期刊。即便是這樣,這些學者還是一味的投JASA而較少選擇高影響因子期刊。這一學科文化有兩個結果:一,在JASA上發表一篇聽覺心理學的論文很難而且週期很長;二,聽覺心理學的圈子逐漸的有封閉的趨勢,其他學科的人對它逐漸的感到難以接觸和瞭解。這和做視覺研究的心理學同行相比,有著截然的反差。在當今以神經科學和神經成像研究為主流的心理學系,聽覺心理學顯得很沒有賣點。所以,在近些年,即便是一個做聽覺心理學的教授在一個心理系退休,新進補充的教授往往是做視覺研究的。聽覺心理學正在慢慢的退離心理系。
幾十年前,一個叫做言語聽力的學科建制逐漸在美國的大學裡發展起來。言語聽力系的存在主要是培養職業的言語康復師和聽力師。其中,要獲取聽力師的資質,要通過三到四年研究生的學習。其間的課程包括耳生理學,聽力學,聽覺心理學,職業規範教育,和臨床實習等。美國言語語言聽力協會(ASHA)是頒發聽力師資質的機構,它規定了聽力學研究生學位必須包含的課程,聽覺心理學被列入其中。這當然並不偶然,因為聽力學裡的很多行為測試方法是來自聽覺心理學研究,而且聽力學最前沿的研究運用的也是聽覺心理學的實驗方法。這裡需要區分一下,聽覺心理學(Psychoacoustics)主要研究的是人類的聽覺感受,而聽力學(Audiology)主要是以臨床研究為主,研究的是如何幫助聽障患者(通過驗配助聽器或人工耳蝸)有更滿意的言語理解能力。由於ASHA對於聽力師資質的要求,每一個言語聽力系一般都配有一個聽覺心理學專家。這使得聽覺心理學研究者們在言語聽力專業下扎根,也使得近期的一些聽覺心理學研究和聽力學聯繫得越來越緊密。很多近期的研究是關於在複雜和嘈雜的聲學環境中的言語理解能力。
除去以上這個原因,研究經費的來源也驅使聽覺心理學向聽力學靠攏。在美國,聽覺心理學的經費主要來自於衛生部(NIH)下屬的國家耳聾和交流障礙研究所(NIDCD)。這個機構同時支持和聽覺相關的其他研究,包括聽覺神經科學,聽力學,毛細胞再生,平衡障礙等。從NIDCD申請基金,和從NIH其他機構申請基金一樣,需要明確的將研究計劃和臨床應用聯繫起來。沒有明顯臨床應用前景的研究,經常不被看好,起碼是不容易被理解和接受。在近些年,隨著人工耳蝸的廣泛普及,NIDCD對人工耳蝸的研究投入相當大。很多聽覺心理學的研究者都開始投入到人工耳蝸的臨床效果研究中。其中比較重要的課題包括:各種信號處理方法的效果研究,人工耳蝸用戶在嘈雜和多音源環境下的言語理解能力,聾兒是否越早植入人工耳蝸越理想,如何將殘存的低頻聽力和人工耳蝸送入的高頻電聲信號相結合以取得更好的效果,增強人工耳蝸用戶的音高識別能力和音樂體驗,雙耳人工耳蝸是否可以還原正常的雙耳效應,和人工耳蝸在抑制耳鳴中的應用等。 
綜上所述,聽力學研究,特別是人工耳蝸的研究,可以說是聽覺心理學理論和方法的應用。它既符合言語聽力學科建設的要求,又符合NIDCD經費分配的偏重。所以,它吸引了眾多聽覺心理學家投入其中。相比之下,聽覺心理學的基礎研究,特別是新理論的構建,開始放緩。那麼,是否聽覺心理學將會在未來和聽力學融合,從而不再作為以行為實驗和數學建模相結合的實驗心理學的一支而存在?聽覺心理學和聽力學同為比較新的學科,所以它們的未來走向還很難預料。就像幾十年前人工耳蝸的出現改變了兩個學科的走向一樣,也許隨著毛細胞再生技術的成熟,它們在不可預知的未來將經歷再一次的革新。作者 沈翌