如果说视觉告诉你东西在哪里,那么听觉便告诉你事件发生于什么时候。
听觉对时间的分辨率比视觉对时间的分辨率高得多。在手机、平板、电视等屏幕上,每秒播放 24 帧画面,人就会感觉像连续的画面。但对于听觉而言,1 秒出现 24 次嗒嗒声,听上去依然是一连串嗒嗒声,而不是某个持续的声音。要想感知到连续性,听觉的标准要比视觉的高出不少。
光线到达眼睛之后,会由光感受器通过一个化学过程转化成神经冲动,这一过程较慢。而声音到达耳朵之后,会通过一个机械系统直接而迅速地转化成神经冲动。
虽然光的传播速度是声的几十万倍,但声音在抵达人耳之后的处理速度,比光在抵达眼睛之后的处理速度快。考虑两者的物理传播速度和信号处理速度,我们得到一个“同时性范围”——大约是 10 米,在这个范围内,来自同一地方的声信号和光信号可同时抵达大脑皮层。所以一般而言,对日常生活中的大部分事件(比如动嘴唇和说话的声音),我们都会认为是同步的。除非像闪电的光和打雷的声音,事件离人很远,人才能察觉到时间不同步的差异。
声音通过振动空气(空气疏密变化)经过耳道被听小骨传输到内耳里的精巧结构——耳蜗(外形像蜗牛一样)。
耳蜗对声音的频率分析基于机械原理,而非神经电路。它包含卷曲的基底膜。因其厚度递减,不同频率的声音会在不同位置产生共振。正是在基底膜处,声音信息转化成神经信号。这一转化过程甚至也靠机械的方式完成,而非化学物质。
基底膜上分布着声音感受器——毛细胞。毛细胞为纤毛所覆盖,纤毛反过来连接着神经纤维。当纤毛被基底膜的移动拉扯时,神经纤维随之被拉扯,就像用绳子拉开门一样,神经纤维在纤毛上打开了许多微小通道。组织液中的带电粒子进入毛细胞,使得声音信号转化成电信号,即大脑神经能感知的信号。
对于低频声(最高为 1500-2000 赫兹,1 赫兹等于 1 秒振动 1 次),声音的每个周期都会促发不同组的电子神经冲动。对于更高频率的声音,大脑不会编码单独的周期,而是按照所有周期的平均强度来处理。大脑里接收听觉信息输入的神经元,其放电速度比其他神经元要快很多,高达每秒 500 次。
从客观指标来评估人类听觉系统对声音相位的敏感程度——耳蜗神经的相锁
这种结构意味着,听觉系统对声波里的频率和时间信息高度敏感,相当于实时在做傅立叶变换。
低至 20 赫兹的声音,和高达 20 000 赫兹的声音,都可以被听到。我们对声音中的时间信息也极为敏感,在声音中哪怕只有 1 毫秒(千分之一秒)的空隙,我们都能觉察到。相比之下,你的视觉系统需要视觉图像停留至少 30 毫秒,才能将其传递到意识层面。
我们对声音到达两只耳朵的时间差也非常敏感,哪怕只有 20 微秒(百万分之一秒)。这也是人耳能判断声源方向的主要原因。
虽然在信息冲突的情况下(比如位置判断),和其他感觉相比,视觉会占主导,但考虑耳朵的时刻灵敏度,在判断事件发生的时间上,听觉会主导视觉。
以上转自声学号角!
请登录后查看评论内容