不同乐器训练对音乐音高感知的影响

王桂纯，倪 杉，周 莉，胡欣月

(中国地质大学(武汉)艺术与传媒学院，湖北 武汉 430074)

音高作为音乐的基本要素之一，是音乐构成不可或缺的一个重要元素.音高是指音的高低，由发生物体的振动频率决定，频率越高，音调越高，反之则音调越低[1].音高感知是听者感知到不同频率之间引起的声音变化，是音乐中的主要知觉成分.研究表明，音乐训练可以促进听觉系统的快速成熟[2]，一定时间的音乐训练可以提高音高的感知能力.音乐训练包括声乐训练和乐器训练等，对人脑结构和功能有重要的影响[3],能使音乐家将与声音有关的听觉表征和动作表征连接得更加精准[3].长期的乐器训练会引起行为改变以及塑造大脑的结构发育，是一种强烈的、多感官的、运动性的体验[4].

随着素质教育的普及，乐器学习呈现低龄化和长期化的趋势，长期的乐器训练对人的音高感知能力的影响也受到了研究者的关注.有研究通过比较阿拉伯古典音乐听众与西方音乐听众的听觉感知能力，发现声学环境的不同会导致不同听觉感知能力的差异[5]；也有研究通过比较音乐家与非音乐家的音高感知与辨别能力，结果发现，经过多年的音乐训练后，音乐家对音高感知的个体JND阈值(Just Noticeable Difference threshold)显著优于非音乐家[6].然而，部分研究有不同回答.Wayland等[7]为区别音乐家与非音乐家在音高感知方面的不同，进行了纯音识别的实验，结果发现当标准刺激与偏差刺激的频率间隔越大，音乐家与非音乐家对音高辨别的正确率都越高，音乐家对纯音的听觉处理相对更加敏锐；然而，通过多变量分析得出的结果是：在任何频率之间，音乐家的表现并不明显优于非音乐家.一系列以音乐家和非音乐家为被试的实证研究也支持了上述观点.有研究表明，接受音乐训练的音乐家与未接受音乐训练的非音乐家在对简单的声音刺激的辨别上不存在明显差异[8].这可能是由于纯音刺激材料或刺激材料间隔过于简单，导致音乐家与非音乐家两类被试产生“天花板效应”.

乐器训练涉及多个感官与运动通道之间的连接与交互，对听觉感知的促进作用显著[3，9].因此，长期的乐器训练对听觉具有一定的影响.韩宝强[10]通过成对比较法测试不同音分与不同音色对不同专业音乐家的影响，结果发现不同音分差会影响不同专业音乐家的音差分辨能力.

关于音乐训练对音乐音高感知能力的影响，目前的研究主要集中在受过音乐训练的人士与未受过音乐训练的人士的能力比较上，较少有研究从音乐专业人士中针对不同乐器训练对音乐音高感知的影响进行研究.如果从不同乐器训练者的角度，将被试分为固定音高乐器组与无固定音高乐器组，在这种情况下，被试的音高感知能力是否存在差异性？基于此，本研究采用oddball经典范式，以两两刺激对之间相差5 Hz的纯音为实验刺激的音高材料，考察不同乐器训练者在感知微小音高变化时的差异，为合理运用乐器训练来改善受训者的音高感知能力提供重要的参考.

1 实验方法

1.1 被试

无固定音高乐器组：无固定音高乐器指的是如大提琴、小提琴、二胡类等需演奏者根据音高感知能力调节音高位置的乐器.如表1所示，本次实验招募的无固定音高乐器组的被试是来自中国地质大学(武汉)的本科生，共11人，男性6名，女性5名.被试年龄在20～25岁(M=22.73，SD=1.62，M表示均值，SD表示标准差，下同)之间，被试接受乐器训练的时间在9～16 a(M=13.36，SD=2.58)，被试均为右利手，身体健康，无任何脑部疾病及听力损伤，视力或矫正视力正常.在实验前，被试都填写了知情同意书.

固定音高乐器组：固定音高乐器指的是键盘类等无需演奏者调节音高位置的乐器.如表2所示，本次实验招募的固定音高乐器组的被试是来自中国地质大学(武汉)音乐专业的本科生和研究生，共14人，但是由于设备原因，导致其中2名被试的数据没有被记录下来，因此数据分析不包含他们的数据.被试包括钢琴、古筝、吉他等专业的学生，男性4名，女性10名.被试年龄在20～24岁(M=22.93,SD=1.14)之间，接受乐器训练的时间在9～19 a(M=13.36，SD=3.15)，被试均为右利手，身体健康，无任何脑部疾病及听力损伤，视力或矫正视力正常.在实验开始前，被试都填写了知情同意书.

表1 无固定音高乐器组Tab.1 Instrument group of non-definite pitch

表2 固定音高乐器组Tab.2 Instrument group of definite pitch

1.2 实验材料、设备

材料：本实验以435，440以及445 Hz的纯音为音高材料，音高材料由专业制作软件Adobe Audition CC 2015.2制作完成，纯音的采样率为44 100 Hz、采样位数为16 bit，所有纯音的音量标准化到-3 dB、1 000 ms，最后输出.wavs文件.

实验开始前，选择与标准音构成±1～±9 Hz的频率差值，为避免“地板效应”与“天花板效应”，选取15名不参与正式实验的被试进行前测，经过15名不同乐器专业的被试进行频率差值的筛选，最终选取标准音以及标准音上下拓展5 Hz的音频作为实验样本.

设备：本实验使用一台Lenovo笔记本电脑播放测试程序，被试者头戴AKG监听耳机聆听测试音高.

1.3 实验程序

图1 实验流程示意图Fig.1 Experimental flow chart

实验在安静的环境下进行，正式实验开始前，有一个实验练习的block，被试先听到数次标准音的启动刺激后，目标刺激随机呈现.在练习实验中，被试可以根据自己的聆听偏好调整音量大小，练习包含15个试次.实验试次通过E-prime 2.0软件进行呈现，如图1所示.首先，在电脑屏幕中心出现一个500 ms的黑色加粗注视点“+”和300 ms空屏，表示标准刺激(440 Hz)即将出现.靶刺激(445 Hz或435 Hz)在标准刺激呈现数次后随机出现，这时，被试需要尽可能快而准确地判断靶刺激是偏高还是偏低于标准刺激，并作出按键反应.

1.4 实验设计

本研究采用2×3混和设计，实验的自变量为音高和专业.音高为被试内变量，包含3个水平：435 Hz，440 Hz以及445 Hz；专业为被试间变量，包含2个水平：固定音高乐器组和无固定音高乐器组.因变量取反应时和正确率两个指标.实验采用SPSS 20.0对数据进行统计分析.

2 实验结果

2.1 正确率的统计结果

图2 固定音高乐器组与无固定音高乐器组的音高判断正确率Fig.2 Pitch judgment accuracy rate of definite pitch and non-definite instrument group

本研究预期无固定音高乐器组的正确率高于固定音高乐器组的，通过卡方检验，得到p值均大于0.05(p=0.103>0.05，p=0.804>0.05)，与预期效果无显著性差异.以专业和音高为自变量，正确率为因变量进行统计分析.研究结果如图2所示，无固定音高乐器组的表现明显优于固定音高乐器组的.无固定音高乐器组的正确率(M=98.5%)高于固定音高乐器组的(M=94.2%)，专业类别的主效应非常显著(p<0.01).

2.2 反应时的统计结果

不同专业组的反应时的统计结果表明，固定音高乐器组与无固定音高乐器组在反应时方面无显著差异，然而，与预期结果相反的是，无固定音高乐器组(M=611.95 ms)的表现没有优于固定音高乐器组的(M=611.65 ms)，不同专业组的被试的平均反应时几乎没有差别.

3 实验结论

3.1 不同乐器训练者对微小音高差别的感知存在差异

实验结果表明，无固定音高乐器组对5 Hz微小音高差别感知的正确率明显高于固定乐器组的，先前的研究[6]表明音乐家与非音乐家在接受纯音识别任务中并无明显差异，这可能是由于刺激材料的间隔过于简单，导致音乐家与非音乐家都能明显识别音高差异.与先前的研究不同的是，本研究的对象针对的是同样接受过音乐训练的不同专业的学习者.无固定音高乐器组的被试长期通过音高感知能力来判断乐器的音高位置，这会导致该类乐器训练者的音高感知能力比固定音高乐器训练者的更强，本研究结果也证实了这一观点.

以往的研究也有对接受不同乐器训练的被试的音高感知能力进行研究，通过不同音高与不同音色考察不同专业被试的音差分辨能力.本研究结果与韩宝强[9]的研究结果一致，其研究结果发现，大提琴与小提琴专业的被试对4音分音差就已具有分辨能力，而钢琴专业的被试对8音分音差才有分辨能力.这与本研究无固定音高乐器组的音高感知能力优于固定音高乐器组的结论一致.

3.2 不同乐器训练者对音高感知的反应时不存在显著差异

实验结果表明，接受不同乐器训练的被试对音高感知的反应时并不存在显著差异，甚至固定音高乐器组的平均反应时略优于固定音高乐器组的.这说明无论接受哪种乐器训练，对人对音高感知的反应时的影响程度几乎是相同的.

综上所述，不同乐器训练对人类的音乐音高感知能力具有一定的影响.通常情况下，不同乐器训练者对微小音高感知的能力存在一定的差异性，无固定音高乐器组在纯音识别任务中的正确率明显高于固定音高乐器组，但在对音高的反应时上两组没有明显的差异.

本研究也存在几点不足：(1)本研究实验样本材料过于单一，增加不同音色对不同专业被试的音高感知能力是否存在差异，还有待进一步细化研究；(2)由于疫情原因，招募到的被试较少，对研究结果的代表性有一定的影响.