Psychophysics, Physiology and Models of Hearing

Psychophysics, Physiology and Models of Hearing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:World Scientific Publishing Co Pte Ltd
作者:Dau, Torsten; Kollmeier, Birger; Hohmann, Volker
出品人:
页数:304
译者:
出版时间:1999-7-8
价格:GBP 128.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9789810237417
丛书系列:
图书标签:
  • 心理学
  • 实验语音学
  • 语音研究
  • 语音
  • 语言学
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  • 医学与生理
  • Psychophysics
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具体描述

探索声音的奇妙世界:从生物学机制到认知加工 本书旨在带领读者踏上一段引人入胜的旅程,深入探索人类听觉系统的奥秘。我们不仅会审视声音物理学的基础原理,还将深入剖析与之息息相关的生理学机制,并在此基础上探讨当前前沿的计算模型,以期全面理解我们如何感知和解释声音。 一、声音的物理维度:理解听觉的基石 声音作为一种物理现象,其产生、传播和接收都遵循着特定的规律。本书将从声波的本质出发,详细介绍声音的几个关键物理属性: 频率 (Frequency): 决定了声音的音高。我们将解析频率的单位赫兹(Hz),并探讨不同频率范围的声音对人耳的影响,从极低的次声波到极高的超声波。读者将了解到,人耳对特定频率范围的声音最为敏感,这一敏感性是如何在进化过程中形成的,以及它对我们理解声音世界的意义。 振幅 (Amplitude): 决定了声音的响度。本书将解释振幅与声压水平(SPL)之间的关系,并介绍分贝(dB)这一衡量响度的单位。我们还会探讨声音的动态范围,以及人耳在极度安静和嘈杂环境中感知声音的能力。此外,对响度适应和掩蔽效应的深入分析,将帮助理解声音感知的主观性和复杂性。 波形 (Waveform): 决定了声音的音色。不同乐器、不同人声发出的声音,尽管音高和响度可能相同,但其音色却截然不同。本书将揭示波形是如何通过基频和泛音的组合来塑造声音的独特品质,并探讨傅里叶分析等数学工具在解析复杂波形中的作用。 时间特性: 包括声音的持续时间、包络(振幅随时间的变化)以及声纹(声音的随时间变化特征)。我们将讨论这些时间因素如何影响我们对声音的识别,例如短暂声音的辨别能力,以及声音在空间中传播时由于距离、障碍物等因素产生的变化。 二、听觉系统的生理学:从外耳到大脑的转化过程 声音的物理信号如何转化为我们能够理解的感知体验?本书将详细剖析听觉系统的层层结构和精密的生理转化过程: 外耳 (Outer Ear): 包括耳廓和外耳道。耳廓独特的形状如何收集并引导声波进入外耳道,以及外耳道对声音的共振作用,都将得到细致的阐述。 中耳 (Middle Ear): 包括鼓膜、听小骨(锤骨、砧骨、镫骨)和鼓室。我们将深入研究鼓膜的振动如何通过听小骨的杠杆作用传递,并重点分析中耳在阻抗匹配中的关键作用——如何有效地将空气中的声波能量传递到充满液体的内耳。对听小骨肌(镫骨肌和鼓膜张肌)的反射性收缩,即“鼓室肌反射”,在保护内耳免受过大声刺激方面的重要性也会有详细介绍。 内耳 (Inner Ear): 这是听觉信息处理的核心区域。 耳蜗 (Cochlea): 这是一个螺旋状的充满液体的结构,其中包含着至关重要的毛细胞 (Hair Cells)。我们将详细讲解频率调谐的机制,即科氏力(Traveling Wave)如何在基底膜上产生,并将不同频率的声音信号映射到耳蜗的不同位置。基底膜的机械振动如何导致毛细胞的运动,并最终转化为神经电信号,这一过程中的电生理学机制将是重点。 毛细胞的转导机制: 介绍机械门控离子通道如何在毛细胞的纤毛(Stereocilia)运动时打开,从而引发钙离子内流,释放神经递质,激活听神经元。 听神经 (Auditory Nerve): 负责将内耳处理后的信息传递到大脑。我们将探讨听神经纤维的编码方式,包括频率编码(速率编码和时间编码)和强度编码。 听觉通路 (Auditory Pathway): 从听神经发出,信号将经过一系列中继站,包括耳蜗核 (Cochlear Nuclei)、上橄榄体 (Superior Olivary Complex)、下丘 (Inferior Colliculus)、内侧膝状体 (Medial Geniculate Nucleus),最终到达听觉皮层 (Auditory Cortex)。本书将逐一分析这些中枢神经系统区域的功能,包括声音的定位、识别、整合等。 声音定位: 详细介绍双耳听觉在判断声音方向和距离方面的作用,例如声时差 (Interaural Time Differences - ITD)和声强差 (Interaural Level Differences - ILD)的编码机制。 听觉皮层的处理: 介绍不同听觉皮层区域(如A1, A2, Belt, Parabelt区域)在特征提取(如音高、音色、节奏)和声音模式识别中的作用。 三、认知与心理物理学模型:理解听觉的感知和解释 除了生理学基础,人的听觉体验还受到认知过程和心理物理学规律的深刻影响。本书将深入探讨这些方面: 心理物理学定律: 介绍韦伯-费希纳定律和史蒂文斯幂律等,用于描述刺激强度与主观感知强度之间的关系,特别是响度感知和音高感知的规律。 听觉感知模型: 信号检测论 (Signal Detection Theory): 介绍该理论如何用于分析和理解个体在噪声背景下检测和辨别声音的能力,区分“信号”和“噪声”。 感知分组 (Auditory Grouping) 和模式识别: 探讨人耳如何将分散的声音信息组织成有意义的感知单元,例如普适性原则(如相似性、邻近性、闭合性)在声音组织中的应用。 注意力的作用: 分析听觉注意力如何影响我们对特定声音的感知和处理,以及如何过滤掉不重要的声音信息。 记忆与联想: 探讨声音如何与记忆和情绪产生联系,形成我们对声音的个人化体验和意义赋予。 计算模型: 生理学模型: 基于神经生理学发现,构建模拟耳蜗、听神经和听觉通路信息处理过程的模型,例如耳蜗模型(如奥里奇模型)和神经动力学模型。 感知模型: 模拟人类在声音识别、语音理解、音乐感知等方面的认知过程,例如联结主义模型(如神经网络)和统计学习模型。 机器学习在听觉研究中的应用: 介绍如何利用深度学习等技术分析大量的听觉数据,发现隐藏的规律,并构建更复杂的听觉模型,例如用于语音识别、音乐分类或噪声抑制的算法。 听觉失常与康复: 简要介绍常见的听觉障碍(如听力损失、耳鸣、中枢听觉处理障碍)的生物学和认知机制,并探讨基于模型的研究如何指导听力康复技术的开发,例如助听器和人工耳蜗的设计与优化。 本书将通过严谨的科学论证、翔实的案例分析以及对前沿研究的梳理,为读者提供一个关于听觉系统全面而深入的理解。无论您是从事听觉科学研究的学者,还是对人类感知世界充满好奇的普通读者,本书都将为您打开一扇通往声音奇妙世界的大门。

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读后感

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《Psychophysics, Physiology and Models of Hearing》这个书名,本身就散发着一种严谨且引人入胜的气息,仿佛是一把钥匙,将开启通往人类最神秘感知领域之一——听觉——的大门。作为一个对声音世界充满好奇的普通读者,我一直被我们如何从空气中的振动中解读出意义、情感甚至是故事所吸引。这本书恰好承诺了从多角度、深层次地剖析这一过程。 心理物理学部分,我期待它能详细阐述我们如何感知声音的响度、音高、音色以及空间位置。例如,它是否会解释为什么我们的耳朵对不同响度的声音感知不同,以及为什么我们能够分辨出不同乐器的独特音色?我希望作者能够运用清晰的实验范例,如阈值测量、辨别任务等,来阐释这些概念,让我能够理解这些抽象的心理测量是如何量化我们主观的听觉体验。

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“模型”这一词,则让我预见了这本书将带领我进入科学的抽象与理论层面。我期待它能介绍一些用于解释听觉现象的数学模型或计算模型。例如,是否会有模型能够解释声音适应性,或者模拟我们在复杂声场中分离特定声音的能力?我希望能理解这些模型是如何帮助科学家们量化和预测听觉行为的。 我尤其想知道,这些模型是否能够揭示听觉系统内在的一些普遍性原理。例如,是否存在某种“通用”的模型,能够解释从低等生物到人类听觉感知中的某些共性?我希望作者能够以一种易于理解的方式,引导我领略科学家们如何运用抽象的思维来构建我们对听觉世界的认知框架。

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生理学部分,则更是将我的好奇心引向了声音信号的物理路径。我渴望了解,从声波进入外耳,经过中耳的机械放大,到内耳耳蜗中感受器的激活,再到最终在大脑中被解码,这一系列复杂且精密的转化过程。我希望书中能够细致描绘耳蜗中毛细胞如何将机械振动转化为电信号,以及听神经如何将这些信号传递到大脑。 我特别期待了解,不同的频率是如何在耳蜗的不同位置被编码的,以及我们大脑是如何利用这些信息来区分音高的。同时,我也想知道,在大脑中,声音信息是如何被进一步处理和整合的,例如,我们如何从左右耳接收到的声音信息中判断声源的方向。如果书中能提及一些与听觉相关的神经可塑性,或者大脑如何应对听力损失的补偿机制,那将是锦上添花。

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翻阅这本书时,我脑海中浮现的画面是,它将如同一个精密显微镜,将人类听觉这个看似简单实则无比复杂的生理和心理过程,一一剖析,呈现在我眼前。我曾多次在嘈杂的咖啡馆里,努力分辨朋友的低语;也曾在寂静的夜晚,被微弱的虫鸣声惊醒。这些日常的体验,都让我对听觉的强大能力和其内在机制充满了好奇。这本书的名字,恰好点燃了我探索这些好奇的火花。 我期待这本书能从心理物理学的角度,详尽地阐述我们是如何感知声音的强度、音高、音色以及声源方向的。比如,它是否会解释为什么我们会觉得某些音乐“悦耳”,而另一些则“刺耳”?它是否会探讨声音的响度感知是如何随着声音的物理强度变化而变化的,以及是否存在一个“感知的饱和点”?更重要的是,它是否会深入到听觉适应性、掩蔽效应以及各种听觉错觉的心理学解释?我希望这些内容能够借助清晰的图示和生动的案例,让我更容易理解。

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而“模型”这个词,则预示着这本书将超越单纯的描述,进入到科学解释的层面。我理解模型是科学家们用来理解复杂现象的工具,它们可以帮助我们预测、模拟甚至操控某些过程。在听觉领域,模型可能涉及到数学方程、计算模拟,甚至是基于神经科学原理的理论框架。我希望作者能够介绍一些经典的听觉模型,比如描述声音感知与物理刺激之间关系的各种函数,或者解释大脑如何整合来自双耳的信息以实现空间定位的模型。 对我而言,理解这些模型将是一种智力上的挑战,但也是一种巨大的满足感。我希望作者能循序渐进地引导我,从基本的概念开始,逐步建立起对这些模型工作原理的认识。例如,了解这些模型是如何解释我们对声音的适应性反应,或者它们如何帮助我们设计更有效的助听设备。我非常期待能够通过这些模型,看到隐藏在听觉现象背后的普遍规律和普适性原理。

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从生理学的层面,我迫切想要了解声音信号是如何从外界被捕捉,经过耳朵的机械传导,最终转化为神经脉冲,并在大脑中被解码成我们所能理解的听觉体验。耳蜗中的毛细胞,无疑是听觉转导的关键环节,我希望这本书能详细描述它们的结构和功能,以及它们如何精确地响应不同频率和振幅的声波。此外,听神经的传导通路,以及声音信息在大脑皮层的各个区域如何被进一步处理和整合,也都是我非常感兴趣的部分。 我希望书中能够解释,为什么某些频率的声音对我们的听力损伤影响更大,以及我们的大脑是如何在一定程度上补偿受损的听力功能的。例如,关于听觉神经的可塑性,或者大脑如何通过“增强”某些频率来弥补听力下降,如果书中有所提及,那将大大增加其价值。我也期待它能涉及一些与听觉相关的疾病,比如耳鸣或突发性耳聋,从生理机制上解释这些现象的产生原因。

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在生理学方面,我非常渴望了解声音是如何从空气中的声波转化为我们大脑能够理解的神经信号的。耳朵内部复杂的结构,比如耳蜗,一定隐藏着令人惊叹的机械和生物化学过程。我希望这本书能详细介绍鼓膜的振动如何传递到中耳的听小骨,再如何驱动内耳中的基底膜,以及毛细胞是如何将这些机械运动转化为电信号的。更进一步,这些电信号又是如何沿着听神经传播,并最终在大脑皮层被加工和解释的,这对我来说是最大的谜团之一。 我期待书中能深入探讨不同频率的声音是如何在耳蜗的不同部位被激活的,以及我们如何通过这种空间编码来分辨音高。此外,对声音响度是如何被编码的,例如通过神经发放率的改变,或者参与的神经元数量的增多,我也非常好奇。如果书中还能提及一些与听觉损伤相关的生理机制,例如耳鸣或听力损失的原因,那将是极好的,因为这能让我更深刻地理解听觉系统的脆弱性以及它对我们生活质量的重要性。

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这本书的书名《Psychophysics, Physiology and Models of Hearing》在我眼中,仿佛是一张通往声音世界内部结构的详尽地图,我迫不及待地想要根据这张地图进行一次深入的探索。作为一个对人类感知能力充满敬畏的读者,我对声音是如何被我们捕捉、处理,最终演变成我们所理解的音乐、语言乃至环境声音的整个过程感到无比着迷。 我期望在心理物理学的章节中,能够深入理解我们如何感知声音的强度、音高、音色和空间位置。例如,它是否会解释为什么我们会觉得同样强度的声音,在不同频率下感知到的响度会有所不同?它是否会通过具体的实验例子,比如辨别不同音高的能力测试,来展示这些心理测量是如何量化我们主观的听觉体验?我希望能够借此了解,究竟是什么样的心理机制让我们能够区分不同的声音,甚至识别出我们熟悉的人的声音。

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这本书的标题《Psychophysics, Physiology and Models of Hearing》在我刚看到的时候就深深地吸引了我。我是一名对声音的奥秘充满好奇的普通读者,虽然不是专业的声学工程师或神经科学家,但我一直对人类如何感知声音、声音在大脑中如何被处理以及这些过程是否可以用数学模型来解释感到着迷。这本书的名字承诺了一个全面而深入的探索,涵盖了从我们如何“听到”声音(心理物理学)到声音信号如何在我们的身体,特别是耳朵和大脑中被生理性地传递和转化(生理学),再到科学家们如何尝试构建这些复杂过程的理论框架(模型)。 我期待的是,这本书能够用一种清晰易懂的方式,为我揭示听觉系统运作的精妙之处。我希望它能解释为什么有些人对某些声音特别敏感,而另一些人则会觉得同样的频率或响度令人不适。心理物理学部分,我猜想会涉及到各种听觉现象的实验,比如阈值测量、辨别能力、声音的感知大小与物理强度之间的关系,以及音色、音高这些主观感受是如何产生的。我希望作者能够通过生动的例子,让我体会到这些抽象概念是如何与我们的日常生活紧密相连的。例如,理解了听觉的动态范围,就能更好地解释为什么我们在嘈杂的环境中仍然能够捕捉到微弱的对话。

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“模型”部分,我理解它是对听觉系统复杂运作进行概括和抽象的理论工具。我希望这本书能够介绍一些经典的听觉模型,比如用于描述声音感知与物理刺激之间关系的数学模型,或者是解释声音定位机制的模型。我猜想,这些模型可能涉及到傅立叶变换、统计信号处理,甚至是基于神经网络的计算模型。 我渴望理解,这些模型是如何帮助科学家们量化听觉的各种感知属性,以及它们如何模拟大脑在处理声音信息时的决策过程。比如,是否存在一个模型能够预测我们在嘈杂环境中听到特定声音的概率?或者,是否存在一个模型能够解释为什么我们的听觉系统对某些模式的声音特别敏感?我希望作者能够用一种非技术性但又不失严谨的方式,来阐述这些模型的核心思想,让我能够领略到科学的力量。

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