張 航 孟 樂 張積家

為什么和聲能誘發(fā)音樂情感？——音樂協(xié)和性的作用及其認(rèn)知機(jī)制

張 航1孟 樂1張積家2

(1中國人民大學(xué)心理學(xué)系, 北京 110872) (2廣西師范大學(xué)教育學(xué)部, 桂林 541004)

音樂是高級(jí)意識(shí)活動(dòng)產(chǎn)生的聲音藝術(shù), 對人類的情感表達(dá)和交流具有重要意義。作為連接音樂與情緒的核心要素, 協(xié)和性的形成原理至今仍然未有定論。人類如何加工多個(gè)音符構(gòu)成的和聲？為什么一些和聲聽起來協(xié)和(愉悅), 一些和聲聽起來不協(xié)和(不愉悅)？協(xié)和感究竟是自下而上的聲學(xué)感知還是自上而下的審美體驗(yàn)？從古希臘時(shí)代至今, 這些問題就一直吸引著學(xué)者的目光。物理學(xué)家從協(xié)和與不協(xié)和的聲學(xué)區(qū)別中尋找答案, 生理學(xué)家從聽覺生理機(jī)制方面分析協(xié)和感的產(chǎn)生, 心理學(xué)家研究協(xié)和音程偏好是與生俱來的還是后天形成的。目前, 音樂協(xié)和性的理論內(nèi)容主要以西方音樂為主, 中國傳統(tǒng)民族音樂迫切需要開展相關(guān)的實(shí)證研究。

音樂協(xié)和性, 和諧性, 拍頻, 音樂文化, 認(rèn)知機(jī)制

1 引言

音樂是經(jīng)由人類意識(shí)活動(dòng)產(chǎn)生的聲音組合的高級(jí)藝術(shù), 只有對聲音的頻率和節(jié)奏等信息進(jìn)行有意識(shí)編排才能夠創(chuàng)造出優(yōu)美的旋律。因此, 創(chuàng)作、演奏或聆聽音樂是人類具有復(fù)雜聲音事件處理能力的重要標(biāo)志。作為人類的特有才能, 音樂活動(dòng)貫穿人類文明史的始終。考古學(xué)證據(jù)顯示, 人類至少在35000年前的舊石器時(shí)代就能夠制作并且使用樂器(Conard et al., 2009;Killin, 2018)。作為人類的通用語言, 音樂存在于所有的文明社會(huì)(有文字的或無文字的)中(Mehr et al., 2019)。作為情感交流的藝術(shù)載體, 音樂伴隨著人的一生, 從搖籃曲到葬禮哀樂, 都是人類釋放情感和引發(fā)共鳴的重要方式(Belfi et al., 2021)。音樂對人類的非凡意義使得許多學(xué)科都重視對音樂基礎(chǔ)理論的研究。在創(chuàng)刊125周年之際, 就將音樂和語言的起源列為125個(gè)最具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題之一(Kennedy & Norman, 2005)。也以“科學(xué)與音樂”為專題, 探討音樂理論與實(shí)踐中亟待解決的重要問題, 包括現(xiàn)代和聲音樂學(xué)的理論核心——音樂的協(xié)和性(musical consonance) (Ball, 2008)。

協(xié)和性是音樂構(gòu)建的基本要素。無論何種音樂形式或題材, 都由音符組成, 音符同時(shí)發(fā)聲形成和聲(harmony), 相繼發(fā)聲構(gòu)成旋律(melody)。音樂協(xié)和性是兩個(gè)或兩個(gè)以上音符同時(shí)演奏時(shí)所引發(fā)的心理感受(McDermott et al., 2016; Parncutt & Hair, 2011; Zentner & Kagan, 1996)。根據(jù)演奏效果, 可以將和聲分為兩類, 聽起來愉悅、穩(wěn)定或彼此融合的和聲稱作協(xié)和音程(consonant interval)或協(xié)和和弦(consonant chord), 聽起來不愉悅、不穩(wěn)定或彼此不融合的和聲稱作不協(xié)和音程(dissonant interval)或不協(xié)和和弦(dissonant chord) (Harrison & Pearce, 2020; McDermott et al., 2016)。迄今為止, 已經(jīng)有大量的理論試圖說明音樂中存在協(xié)和與不協(xié)和兩種音響效果的原因, 但都存在著較大的爭議。這些理論可以歸納為三種(見表1)：(1)強(qiáng)調(diào)音樂刺激的物理屬性, 認(rèn)為和聲音程的聲學(xué)特征是影響音樂協(xié)和性的主要因素, 主張總結(jié)出人類普遍遵循的數(shù)理規(guī)律; (2)側(cè)重于考察音樂加工的生理屬性和心理屬性, 認(rèn)為音樂協(xié)和感是聲音事件在聽覺通道誘發(fā)的情緒體驗(yàn), 主張采用生理聲學(xué)實(shí)驗(yàn)和心理聲學(xué)實(shí)驗(yàn)揭示出這種普遍的聽覺加工機(jī)制。這兩種理論不約而同地認(rèn)為, 音樂協(xié)和性的感知能力是人類與生俱來的天賦才能。(3)聚焦音樂的文化屬性, 認(rèn)為音樂協(xié)和性知覺是后天形成的審美經(jīng)驗(yàn), 受文化熏陶和音樂訓(xùn)練影響。本文以上述三種理論為脈胳, 介紹不同學(xué)科的成果, 闡明人類音樂協(xié)和感的形成原理和認(rèn)知機(jī)制, 為未來的相關(guān)研究尤其是中國民族音樂協(xié)和性的理論研究提供啟示。

表1 音樂協(xié)和性的相關(guān)理論

2 音樂協(xié)和性的數(shù)理之美

音樂是一門藝術(shù), 但當(dāng)人們研究其原理、分析其性質(zhì)、發(fā)現(xiàn)其規(guī)則時(shí), 就成為一門科學(xué)。音樂協(xié)和性理論的發(fā)展正是基于對音樂美學(xué)的不懈追求, 這從根本上推動(dòng)了人類使用理性的目光審視其背后的奧秘, 探測隱藏于音符間微妙的數(shù)理關(guān)系。從數(shù)理角度探討音樂協(xié)和性的理論主要包括簡單整數(shù)比學(xué)說(Small-Integer Ratios Theory)和泛音和諧理論(Harmonicity Theory)。

2.1 簡單整數(shù)比學(xué)說

音樂協(xié)和性的早期研究可以追溯至古希臘時(shí)期。畢達(dá)哥拉斯是第一個(gè)觸及該領(lǐng)域的學(xué)者。他發(fā)現(xiàn), 同時(shí)撥動(dòng)的兩條琴弦長度之比越簡單, 和聲效果越協(xié)和, 弦長之比越復(fù)雜, 和聲效果越不協(xié)和(Crocker, 1963; Purves, 2017)。據(jù)此, 把弦長關(guān)系1: 2 (純八度)、2: 3 (純五度)和3: 4 (純四度)的音響組合劃定為協(xié)和一致的愉悅音程, 并從和諧哲學(xué)觀念賦予這些數(shù)值以特殊象征含義——“圣十結(jié)構(gòu)” (Tetractys, 10 = 1 + 2 + 3 + 4), 認(rèn)為美的事物總是有類似簡單且和諧的數(shù)學(xué)特征, 甚至將“數(shù)”視為萬物之源, 宇宙和諧本質(zhì)上是“數(shù)”的和諧(Bowling & Purves, 2015; Crocker, 1963; Primavesi, 2016)。簡單整數(shù)比學(xué)說提出促進(jìn)了音樂協(xié)和性的數(shù)理規(guī)律研究。尤其是在文藝復(fù)興時(shí)期, 大量作曲家在簡單整數(shù)比思想指導(dǎo)下探索協(xié)和性的規(guī)律, 以豐富協(xié)和音程與和弦的數(shù)量。意大利作曲家扎利諾用“六數(shù)列”來說明協(xié)和性的產(chǎn)生原則(6 = 1 + 2 + 3 = 1 × 2 × 3), 認(rèn)為所有的協(xié)和音程都由1到6幾個(gè)數(shù)字組成(Bowling & Purves, 2015; Palisca, 1961; Sukljan, 2020), 從而把原來一直被畢氏學(xué)派看作是不協(xié)和音程的6: 5 (小三度)、5: 4 (大三度)和5: 3 (大六度)調(diào)整至協(xié)和音程范疇, 為推動(dòng)和聲音程系統(tǒng)分類做出重要貢獻(xiàn)(Tenney, 1988)。至此, 現(xiàn)代和聲音樂學(xué)中協(xié)和音程和不協(xié)和音程基本確立。

音樂形式的鼎故革新和音樂種類的豐富多彩表明, 音樂極具有社會(huì)歷史性和文化多樣性。但是, 通過比較不同時(shí)期甚至是不同地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn), 人對音程協(xié)和性的感知偏好存在著極高的相似性(圖1a), 且極度符合簡單整數(shù)比學(xué)說, 聽眾普遍地將比值簡單的音符組合評定為協(xié)和音程, 將比值復(fù)雜的音符組合評定為不協(xié)和音程。這說明, 數(shù)理思想對解釋協(xié)和性仍然具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。即便在今天, 沒有一種理論能夠像簡單整數(shù)比說那樣對音樂藝術(shù)產(chǎn)生如此大的影響。由此也引發(fā)一個(gè)關(guān)鍵性的疑問, 為什么比值簡單的和聲聽起來協(xié)和？

2.2 泛音和諧理論

聲音科學(xué)的誕生為解答和聲協(xié)和性提供了新的思考方式。首先, 聲音是一種機(jī)械振動(dòng), 振動(dòng)頻率決定音高, 所以, 影響音樂協(xié)和性的本質(zhì)因素是弦振動(dòng)頻率比而非弦長比(Konoval, 2018)。其次, 泛音(overtones)作為最基本的聲學(xué)現(xiàn)象是音樂協(xié)和性形成的物理基礎(chǔ)(Pesic, 2014)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)樂器或人發(fā)出的聲音都是復(fù)合音, 除了能夠聽到一個(gè)響亮的基音音高外, 還能夠聽到一系列相對柔弱卻悅耳協(xié)和的“弦外之音” (Dostrovsky, 1975; Konoval, 2018)。以理想的弦振動(dòng)為例(圖1b), 被撥動(dòng)的琴弦同時(shí)做整段振動(dòng)和局部振動(dòng)(二分之一、三分之一、四分之一…), 整段振動(dòng)產(chǎn)生清楚響亮的基音(fundamental tone), 分段振動(dòng)產(chǎn)生了一系列整數(shù)倍于基音頻率(簡稱基頻, frequency fundamental)的泛音。泛音現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)為數(shù)學(xué)和音樂學(xué)之間搭建了橋梁, 包括拉莫在內(nèi)的許多音樂學(xué)家主張運(yùn)用聲學(xué)理論而非純粹數(shù)學(xué)來研究音樂協(xié)和性。拉莫認(rèn)為, 在自然泛音(natural harmonics)中包含許多協(xié)和音程, 構(gòu)成協(xié)和音程的泛音列與基音距離更近, 聽起來更清晰, 構(gòu)成不協(xié)和音程的泛音列距離基音較遠(yuǎn), 不容易被察覺(Christensen, 2004; Kieffer, 2016), 如表2所示, 離基音較近的幾個(gè)泛音無論是與基音的音程關(guān)系還是與前一個(gè)泛音的音程關(guān)系都非常協(xié)和, 表明和諧的泛音列本身就是一個(gè)協(xié)和和弦(chord)。所以, 簡單整數(shù)比的音樂審美傾向在一定程度上反映了人類對自然和諧泛音的知覺偏好, 當(dāng)兩個(gè)音被同時(shí)演奏時(shí), 其疊加形成的聲學(xué)特征在泛音關(guān)系上越和諧, 構(gòu)成的聲音織體就越協(xié)和。

圖1 a. 從1898年至2020年間, 來自6個(gè)國家受試者對12個(gè)和聲音程音樂協(xié)和性的等級(jí)排列結(jié)果高度一致。數(shù)據(jù)分別選自：美國(Guernsey, 1928), 日本(Butler & Daston, 1968), 德國(Stumpf, 1898), 英國(Pear, 1911), 新加坡(Bowling & Purves, 2015), 加拿大(Weiss et al., 2020)。b. 吉他琴弦振動(dòng)產(chǎn)生的泛音列。c. 協(xié)和音程(純五度)和不協(xié)和音程(三全音)的頻譜示意圖。綠色實(shí)線代表根音音符A的頻率成分, 基頻是110 Hz, 泛音是220, 330, 440, 550, 660 Hz等。三全音中紅色虛線代表冠音音符Eb, 基頻是156 Hz, 泛音是 312, 468, 624, 780, 936 Hz等。純五度中紅色虛線代表冠音音符E, 基頻是165 Hz, 泛音列是330, 495, 660, 852 Hz等。黑色虛線代表純五度的虛擬音高。d. 基底膜上拍頻效應(yīng)的示意圖。拍頻效應(yīng)通常由泛音列過于接近的不協(xié)和音程引發(fā)。

表2 自然倍音列中基音與泛音之間的協(xié)和關(guān)系

注：C代表協(xié)和英文縮寫“consonance”, D代表不協(xié)和英文縮寫“dissonance”.

人類對和諧泛音的偏好可能是一種適應(yīng)性的加工機(jī)制, 并且有重要的進(jìn)化意義。因?yàn)槿祟惖纳ひ?、大多?shù)動(dòng)物的叫聲以及物體的有規(guī)則振動(dòng)都產(chǎn)生與基音呈倍頻關(guān)系的和諧泛音特征(嗓音稱共振峰, formants), 這些聲音也是社交、擇偶或生存警示意義的凸顯性信號(hào)(Bowling et al., 2017)。所以, 在自然選擇壓力下, 人類進(jìn)化出了一套可以解析和諧泛音的聽覺系統(tǒng), 能夠在紛繁無序的聲音世界中迅速地分辨泛音有序的重要信息。研究發(fā)現(xiàn), 嗓音作為生物學(xué)意義極高的聽覺刺激是有效地預(yù)測音樂協(xié)和性的指標(biāo), 那些與嗓音頻譜特征相似的和弦聽起來更協(xié)和(Bowling et al., 2018; Gill & Purves, 2009), 說明相較于泛音無序的噪音, 人類大腦更容易處理嗓音般的和諧聲響進(jìn)而引發(fā)積極的情緒體驗(yàn)。嗓音被喻為人類的“聽覺面孔”, 聞聲數(shù)秒, 就能夠迅速地獲取對方的性別、身份、情緒、吸引力甚至是體型大小等信息(Pisanski & Feinberg, 2019)。對嗓音相似特征的加工優(yōu)勢(processing advantage)是人腦的預(yù)裝機(jī)制(Bowling & Purves, 2015; Harrison & Pearce, 2020)。不僅如此, Schwartz等人(2003)對上千段語音材料進(jìn)行特征提取后發(fā)現(xiàn), 人類言語信息的振幅?頻率分布模式恰好對應(yīng)于音程協(xié)和度的等級(jí)順序, 表明人類在言語特征上的統(tǒng)計(jì)知覺經(jīng)驗(yàn)訓(xùn)練了人耳對特定頻率比的音程協(xié)和感。和諧泛音偏好也可能發(fā)軔于人類對于大自然和諧音響法則的崇尚與追求。例如, 大三和弦產(chǎn)生就是源于對自然泛音的觀察(Christensen, 2004), 西方五度相生律和中國三分損益律的建立也受自然泛音的啟發(fā), 甚至最初的音樂形式就是人類對大自然聲音律動(dòng)的傾聽和模仿(王小盾, 2017)。《淮南子》中有：“樂生于音, 音生于律, 律生于風(fēng), 此聲之宗也?！贝笞匀坏娘L(fēng)吟雨落、鳥叫蟲鳴極可能是人類形成和諧音響審美法則的最初靈感來源。

但是, 持信息加工觀點(diǎn)的研究者卻認(rèn)為, 泛音作為物理特征所以引發(fā)協(xié)和性的情緒體驗(yàn)主要與音高的表征機(jī)制有關(guān)(McLachlan et al., 2013)。音高是樂音(物體有規(guī)則振動(dòng)產(chǎn)生)的基本聽覺屬性, 對音高的感知是理解音樂和語言的重要媒介(Norman-Haignere et al., 2019)。通常說來, 音高由基音決定, 但多聲源復(fù)合信號(hào)的音高知覺就變得復(fù)雜并受泛音信息影響(Harrison & Pearce, 2020; Oxenham, 2018; Popham et al., 2018)。呈倍頻關(guān)系的基音和泛音被自動(dòng)地知覺為來自同一聲源, 基音決定音高, 泛音影響音色, 但不具和諧關(guān)系的聲音由于無法被聽覺系統(tǒng)有效地分辨, 會(huì)造成知覺不流暢的不愉悅體驗(yàn)。研究證實(shí), 聽者對協(xié)和音程與不協(xié)和音程的音高知覺水平存在著差異, 大腦對不協(xié)和音程的音高編碼比協(xié)和音程慢36ms (Tabas et al., 2019)。在不協(xié)和音程中完成音高匹配的錯(cuò)誤率更高, 反應(yīng)時(shí)更長, 說明大腦并不擅長處理泛音不和諧的聲音(Seror & Neill, 2015)。甚至在不協(xié)和音樂背景中進(jìn)行Stroop任務(wù)時(shí), 由不一致條件引起的沖突效應(yīng)增加, 表明不和諧泛音會(huì)占用大量的認(rèn)知資源并且影響聽者的執(zhí)行功能(Bonin & Smilek, 2016; Masataka & Perlovsky, 2013; Seror & Neill, 2015)。而且, 模式匹配理論(Pattern Matching Theory)和時(shí)域自相關(guān)理論(Temporal Autocorrelation Theory)還強(qiáng)調(diào), 泛音和諧性影響音高表征的準(zhǔn)確度進(jìn)而引發(fā)音樂協(xié)和性的知覺體驗(yàn)(de Cheveigné, 2005; Harrison & Pearce, 2020; McDermott & Oxenham, 2008)。模式匹配理論認(rèn)為, 長時(shí)記憶儲(chǔ)存和諧泛音的頻譜特征, 如果聽覺信息與之吻合, 即便基音缺失了(fundamental missing), 大腦也能夠自動(dòng)地利用泛音與基音的倍頻關(guān)系補(bǔ)全并感知到音高(Feng & Wang, 2017; Oxenham, 2018)。所以, 和諧泛音的音高知覺起來清晰明確, 不和諧泛音在匹配中會(huì)出現(xiàn)多個(gè)“虛擬音高” (virtual pitch), 從而造成音高不可辨的雜亂音響(Milne et al., 2016; Parncutt & Hair, 2011; Stolzenburg, 2015)。如圖1c所示, 協(xié)和音程P5(純五度)的泛音列和諧度較高, 因而有明確的音高值(F0等于原來兩個(gè)泛音列的最大公約數(shù)), 不協(xié)和音程Tritone (三全音)的泛音列錯(cuò)落不均, 無法被聽覺系統(tǒng)有效地處理, 所以引起不愉悅的體驗(yàn)。因此, 音高知覺流暢性是引起音樂協(xié)和感的重要原因。時(shí)域自相關(guān)理論認(rèn)為, 聽覺系統(tǒng)根據(jù)聲波在時(shí)域上的周期性變化來表征泛音的和諧性, 并且以求最小正周期的方式推測音高值。比值復(fù)雜的不協(xié)和音程由于自相關(guān)系數(shù)低導(dǎo)致泛音列的周期性差。例如, 小二度產(chǎn)生的幾個(gè)虛擬音高值甚至低于人類的樂音感知閾限(30 Hz) (McDermott & Oxenham, 2008)。實(shí)際上, 兩種理論爭論的焦點(diǎn)在于聽覺系統(tǒng)計(jì)算音高的方式, 根據(jù)傅里葉變換原理, 聲波在時(shí)域上的周期性等價(jià)于在頻域上的和諧性, 但兩種理論在音高知覺流暢性是引發(fā)音樂協(xié)和性的觀點(diǎn)上并無分歧。

總的來說, 17世紀(jì)的科學(xué)革命促進(jìn)了物理聲學(xué)發(fā)展, 在實(shí)證主義思想推動(dòng)下, 研究者開始將目光從數(shù)理哲學(xué)轉(zhuǎn)向聲學(xué), 發(fā)現(xiàn)泛音與音樂協(xié)和性的聯(lián)系, 逐漸形成了泛音和諧性理論。

3 音樂協(xié)和性的感知之美

聲學(xué)的物理特征是導(dǎo)致聲音協(xié)和與否的外在條件, 人耳如何感知聲學(xué)線索才是引發(fā)音樂協(xié)和性的關(guān)鍵。協(xié)和性歸根結(jié)底是人類的聽覺體驗(yàn)。所以, 到19世紀(jì), 部分學(xué)者開始研究音樂引起的生理?心理反應(yīng)機(jī)制, 而非只關(guān)注物理現(xiàn)象。赫爾姆霍茲就是這一領(lǐng)域的先驅(qū)者, 他提出的拍頻理論(Beat Theory)目前仍然是現(xiàn)代音樂學(xué)教材中普遍推崇的觀點(diǎn)。

3.1 拍頻理論

在音樂知覺測量中, 赫爾姆霍茲同樣意識(shí)到泛音特征的重要, 但并未像拉莫等人一樣把音程協(xié)和性看作是泛音列的和諧自然, 而是轉(zhuǎn)向研究泛音之間的相互作用及對聽覺系統(tǒng)的影響(Bowling & Purves, 2015)。他認(rèn)為, “自然泛音之和諧只能稱嘆宇宙法則之神奇, 再無它用, 因?yàn)樽匀唤缰忻琅c丑的存在概率相同, 事物的自然性并不足以證明它是精美的。相反, 一些音程之所以不協(xié)和是因?yàn)槁犉饋黼s亂刺耳, 其原理是兩個(gè)頻率相近的聲波相遇時(shí)會(huì)發(fā)生干涉效應(yīng), 出現(xiàn)振幅漲落、強(qiáng)弱不均的拍頻現(xiàn)象, 由此引起基底膜上聽覺感受器的間歇性興奮從而導(dǎo)致不舒服之感” (Helmholtz, 1885)。這種令人不愉悅的體驗(yàn)可以定義為粗糙感(roughness)。粗糙感影響音程協(xié)和性。和聲聽起來協(xié)和是因?yàn)榇植诟胁幻黠@, 聽起來不協(xié)和是因?yàn)榇植诟忻黠@(如圖1d所示, 在不協(xié)和音程三全音中, 頻率相近的泛音列在基底膜相應(yīng)位置引發(fā)了拍頻效應(yīng))。所以, 音程使用應(yīng)該遵循簡單整數(shù)比原則, 防止泛音過于緊湊引起明顯的粗糙感。

拍頻理論提出后, 大量的生理聲學(xué)和心理聲學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都相繼支持了這一假設(shè)。貝凱西的耳蝸振動(dòng)研究對推動(dòng)拍頻生理機(jī)制探索具有里程碑的意義(von Békésy, 1960)?；诼犛X位置理論, 貝凱西發(fā)現(xiàn), 耳蝸基底膜以行波的形式振動(dòng), 不同的聲波頻率分別對應(yīng)于基底膜不同位置的響應(yīng)。這項(xiàng)工作不僅令他獲得了1961年諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng), 更讓大量的心理聲學(xué)數(shù)據(jù)可以直接與基底膜振動(dòng)圖譜數(shù)據(jù)比較(Bowling & Purves, 2015)。在比較中, 研究者發(fā)現(xiàn), 耳蝸就像是一個(gè)天然的分頻濾波器, 上面布滿了一系列相互交疊的負(fù)責(zé)響應(yīng)特定頻率范圍的聽覺感受器, 當(dāng)兩個(gè)聲波頻率相近時(shí), 激勵(lì)的感受器范圍有很大一部分重疊, 這部分重疊區(qū)域就會(huì)受到雙音拍頻效應(yīng)影響引起粗糙感(Greenwood, 1961; Vassilakis, 2005; Schneider 2018)。因此, 研究者將出現(xiàn)粗糙感的頻率差值范圍稱為臨界頻帶(critical bands), 如果兩個(gè)聲波的頻率剛好落在相同臨界頻帶內(nèi)就會(huì)引起粗糙感, 落在臨界頻帶外就不引起粗糙感(Greenwood, 1991; Plomp & Levelt, 1965; Vassilakis, 2005)。例如, 同時(shí)呈現(xiàn)兩個(gè)頻率值為1,2 (1>2)的純音(正弦波), 其疊加形成的信號(hào)可表示為：

根據(jù)和差化積公式, 上式也可變?yōu)椋?/p>

當(dāng)雙音之間的頻率差值足夠大時(shí), 聽者知覺到的是公式(1), 此時(shí)仍然是兩個(gè)清晰可辨的頻率為1、2的聲音信號(hào); 但當(dāng)雙音只有較小的頻率差值時(shí), 聽者所知覺到的是公式(2), 這時(shí)疊加信號(hào)以頻率為(1+2)/ 2, 振幅漲落為Δ=1?2的方式振動(dòng)。其中, 較慢的振幅漲落(Δ= 0.1～5 Hz)在響度上不會(huì)被知覺為不愉悅, 甚至聽起來像一個(gè)融合音(fusion), 但快速振蕩的振幅漲落(Δ= 20～ 250 Hz)會(huì)引起忽強(qiáng)忽弱的刺耳抖動(dòng)(Harrison & Pearce, 2020; Shapira & Stone, 2008)。所以, 臨界頻帶范圍實(shí)際就是雙音可辨——粗糙感知覺——雙音完全融合的變化范圍。Plomp和Levelt (1965)計(jì)算, 純音音程的最大協(xié)和度發(fā)生在臨界寬帶值的125%, 極度不協(xié)和音程發(fā)生在臨界寬帶值的25%。后續(xù)的研究也引入了新算法估計(jì)臨界頻帶對復(fù)合音協(xié)和度的影響(Bernini & Talamucci, 2014; Vencovsk?, 2016)。拍頻理論的建立使得音樂審美感受和人耳內(nèi)部生理構(gòu)造及活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了有效的結(jié)合。與泛音和諧論的觀點(diǎn)類似, 拍頻理論也強(qiáng)調(diào)音樂協(xié)和性建立在一般感知水平上并且受聽覺加工系統(tǒng)的約束。

3.2 拍頻理論面臨的挑戰(zhàn)

雖然拍頻理論是上世紀(jì)的主流觀點(diǎn), 但是, 隨著研究的深入, 拍頻理論受到了前所未有的挑戰(zhàn)。首先是該理論的外部效度, 因?yàn)榕念l值受發(fā)生干涉效應(yīng)的聲音頻率成分的振幅和相位影響, 這些因素在不同樂器之間差異很大(Kohlrausch et al., 2000; Plack, 2010), 所以拍頻不是衡量音樂協(xié)和性的可靠線索。其次, 拍頻也不是引發(fā)協(xié)和感的關(guān)鍵原因。采用雙耳分聽(dichotic)方式給被試呈現(xiàn)音樂刺激時(shí), 拍頻效應(yīng)導(dǎo)致的粗糙感被顯著降低了(兩個(gè)聲音分別作用于雙側(cè)耳蝸從而避免了干涉效應(yīng)), 卻未影響音程協(xié)和性的評價(jià), 說明拍頻對音樂協(xié)和性的作用很小(Bidelman & Krishnan, 2009; McDermott et al., 2010)。更為有趣的是, 按照拍頻理論, 構(gòu)成和弦的音符越多, 理應(yīng)造成更明顯的粗糙感, 但三音(triads)甚至四音(tetrads)和弦高于雙音(dyads)協(xié)和性的情況大量存在(Bowling & Purves, 2015)。聽者對純音(不含泛音)、只含少數(shù)泛音的復(fù)合音和含有較多泛音的復(fù)合音在協(xié)和度評價(jià)上沒有顯著差異, 說明泛音的有無及數(shù)量都不影響協(xié)和性知覺(McLachlan et al., 2013), 這顯然與拍頻理論的泛音干涉效應(yīng)的假設(shè)相違。

盡管許多研究者從不同的方面指出了拍頻理論的局限性, 但都未能夠?qū)嵸|(zhì)性地否認(rèn)拍頻對音樂協(xié)和性的作用, 因?yàn)樵谕ǔ５那闆r下, 不協(xié)和音程同時(shí)包含了拍頻較明顯和泛音不和諧兩種特征, 因此很難準(zhǔn)確地計(jì)算某一種因素的貢獻(xiàn), 也就很難拒絕某一種理論假設(shè)。McDermont等人(2010)不但分離了兩種因素的相互影響, 還直接計(jì)算了每種因素與音樂協(xié)和性的相關(guān)。該研究分析了三個(gè)重要的指標(biāo)：(1)對音樂協(xié)和性的偏好, 以被試對協(xié)和音程與不協(xié)和音程的喜好程度差異來衡量; (2)對拍頻的厭惡, 以在雙耳分聽與雙耳同聽條件下對純音喜好程度差異來衡量; (3)對泛音和諧性的偏好, 以對和諧泛音與不和諧泛音(人為進(jìn)行泛音擾動(dòng)處理)喜好程度差異來衡量。結(jié)果表明, 盡管被試并不喜歡拍頻明顯的和聲, 但對拍頻的厭惡與對音樂協(xié)和性的偏好卻沒有相關(guān)性, 對和諧泛音的偏好顯著預(yù)測了對音樂協(xié)和性的偏好, 充分說明影響音樂協(xié)和感的關(guān)鍵性因素并不是拍頻的有無。另外, 對先天性失音癥(congenital amusia)研究表明, 失音癥病人不能像正常被試一樣區(qū)分音程協(xié)和性(Cousineau et al., 2012; Zhou et al., 2019), 但對聽覺粗糙感的知覺評價(jià)卻與正常被試無異, 二者都喜歡拍頻不明顯的刺激而厭惡拍頻明顯的刺激, 說明失音癥的音樂協(xié)和性加工缺陷與拍頻因素?zé)o關(guān)(Cousineau et al., 2012)?？偟膩碚f, 拍頻理論一直強(qiáng)調(diào)沒有粗糙感是導(dǎo)致音程聽起來協(xié)和的原因, 卻忽略了協(xié)和音程本身可能具有的美學(xué)機(jī)理, 正如Bowling和Purves (2015)所評論的, 不苦并不是糖吃起來甜的原因。

4 生物與文化的融合之美

音樂是聲音組合的藝術(shù)。不同國家和民族都能以獨(dú)特的形式自由靈活地創(chuàng)作音樂, 進(jìn)而形成了風(fēng)格迥異、百家齊放的音樂文化。作為音樂審美的核心要素, 音樂協(xié)和性在多大程度上受生物學(xué)因素影響有很大的爭論。許多研究者認(rèn)為, 協(xié)和性偏好是由于人類聽覺系統(tǒng)對協(xié)和音程的聲學(xué)物理特征存在加工優(yōu)勢, 這是鑲嵌在人類認(rèn)知系統(tǒng)的先天適應(yīng)性機(jī)制(Bidelman, 2013; Bowling et al., 2017; Virtala & Tervaniemi, 2017)。但是, 民族音樂學(xué)家(ethnomusicologist)和作曲家反對這一觀點(diǎn), 認(rèn)為音樂協(xié)和性是后天習(xí)得的審美經(jīng)驗(yàn), 存在較大的文化差異和個(gè)體差異(Brown & Jordania, 2013; McDermott et al., 2016; Popescu et al., 2019)。由此, 引發(fā)了音樂協(xié)和性起源的先天與后天之爭。

4.1 生物決定論

持生物決定論觀點(diǎn)的學(xué)者認(rèn)為, 音樂協(xié)和性知覺是人類與生俱來的天賦才能。首先, 發(fā)展心理學(xué)的證據(jù)表明, 19到40個(gè)月大的兒童對不同協(xié)和程度的音樂刺激表現(xiàn)出明顯的偏好差異, 他們花費(fèi)更長的時(shí)間探索那些發(fā)出協(xié)和音樂聲響的玩具(di Stefano et al., 2017)。6個(gè)月(Crowder et al., 1991; Trainor & Heinmiller, 1998)、 4個(gè)月(Trainor et al., 2002; Zentner & Kagan, 1996)甚至2個(gè)月大的嬰兒(Trainor et al., 2002)也都展現(xiàn)出音樂協(xié)和性的知覺反應(yīng)能力和偏好行為。Zentner和Kagan (1996)采用轉(zhuǎn)頭偏好范式考察了4個(gè)月大嬰兒的音樂協(xié)和性知覺能力, 發(fā)現(xiàn)在播放協(xié)和音樂時(shí), 嬰兒表現(xiàn)出更少的頭部運(yùn)動(dòng)并且對聲源刺激方向注視更長的時(shí)間。父母是聾啞人的嬰兒對協(xié)和音程產(chǎn)生強(qiáng)烈的喜愛, 說明音樂知覺經(jīng)驗(yàn)不是導(dǎo)致嬰兒形成協(xié)和感的主要因素, 這就排除了教養(yǎng)或環(huán)境暴露等學(xué)習(xí)效應(yīng)的影響(Masataka, 2006)。一些神經(jīng)科學(xué)研究甚至發(fā)現(xiàn), 新生兒就已經(jīng)具有音樂協(xié)和感, 這無疑為音樂審美先天論的觀點(diǎn)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)(Perani et al., 2010; Virtala et al., 2013)。但是, 近期采用轉(zhuǎn)頭偏好范式的研究卻未能夠重復(fù)以往的實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 只發(fā)現(xiàn)了熟悉性對協(xié)和性知覺的影響, 因此質(zhì)疑早期使用類似范式的研究可能混淆了刺激材料的熟悉性和新異性(Plantinga & Trehub, 2014)。但不管怎樣, 這些對兒童早期的實(shí)證研究至少說明音樂協(xié)和性知覺產(chǎn)生與人類的生物學(xué)基礎(chǔ)存在著很大的關(guān)聯(lián)。

不同文化對音階(scale)的使用也佐證了這一猜測。人類在中等音閾范圍內(nèi)至少能夠分辨240個(gè)音高, 在原則上應(yīng)該有大量的音階用來創(chuàng)作音樂, 但是, 無論是西方古典音樂、現(xiàn)代流行音樂、中國傳統(tǒng)民樂及其它文化的音樂都只使用5到7個(gè)相似的音階音級(jí)(Bowling et al., 2017; Gill & Purves, 2009), 并且不約而同地構(gòu)成了相似的和聲音程(Bowling et al., 2017; Bowling & Purves, 2015), 甚至不同國家出土的早期樂器也都只含有這幾個(gè)音階, 修繕后竟然還能演奏出協(xié)和音響(Conard et al., 2009; Killin, 2018)。這充分說明, 先天的生物學(xué)因素約束了人類對音階的選擇, 也約束了和聲音程的知覺加工。最后, 兩種主流的音樂協(xié)和性理論都支持音樂審美先天論的假設(shè)。泛音和諧論認(rèn)為, 人腦預(yù)裝有自然泛音特征識(shí)別器, 加工與之吻合的有簡單頻率比的協(xié)和音程時(shí)會(huì)引起流暢的愉悅體驗(yàn), 加工與之不吻合的有復(fù)雜聲學(xué)特征的不協(xié)和音程會(huì)引起負(fù)性體驗(yàn)。拍頻論認(rèn)為, 聽覺器官的生理構(gòu)造是導(dǎo)致復(fù)雜不協(xié)和音程引起粗糙感的原因。所以, 二者都強(qiáng)調(diào)音樂協(xié)和性是先天聽覺機(jī)制在處理特定聲音刺激時(shí)引發(fā)的情感效應(yīng), 只不過前者認(rèn)為該過程發(fā)生在大腦的神經(jīng)系統(tǒng), 后者認(rèn)為該過程發(fā)生在耳蝸的基底膜。因此, 人類的音樂協(xié)和性知覺可能是一種先天的音樂才能。

4.2 文化決定論

民族音樂學(xué)家和作曲家把音樂協(xié)和性看作一種審美經(jīng)驗(yàn), 認(rèn)為文化背景和后天音樂訓(xùn)練塑造了個(gè)體的音樂協(xié)和性知覺。首先, 和聲音樂的審美觀念在不同文化之間差異較大。例如, 巴厘島甘美蘭(Gamelan)音樂在演奏時(shí)產(chǎn)生非常明顯的拍頻效應(yīng), 這種引起粗糙感的音樂形式在當(dāng)?shù)厥质⑿?Harrison & Pearce, 2020; Plantinga & Trehub, 2014)。在中東、印度北部、立陶宛、波斯尼亞以及巴布亞新幾內(nèi)亞等地區(qū), 人們更是主動(dòng)追求器樂乃至聲樂間的拍頻復(fù)調(diào)(beat diaphony), 說明拍頻在這些文化中被視為令人愉悅的協(xié)和音樂元素(Ambrazevi?ius, 2017; Harrison, 2021; Vassilakis, 2005)。事實(shí)上, 拍頻效應(yīng)的文化差異被民族音樂學(xué)家廣泛考證, 但許多研究者在撰寫結(jié)論時(shí)往往忽略了這些因素(Plantinga & Trehub, 2014)。其次, 聽者對音樂協(xié)和性的知覺評價(jià)也受接觸程度影響。Meyer (1903)報(bào)告說, 被試初次接觸微分音樂(microtonal music)時(shí)會(huì)感到很不協(xié)和, 重復(fù)播放了12到15遍后, 大多數(shù)參與者都自發(fā)地表示聽起來還不錯(cuò)。Valentine (1914)指出, 當(dāng)把一些不協(xié)和音程重復(fù)聽33遍, 被試會(huì)認(rèn)為它是協(xié)和的。不過, 這些早期的研究報(bào)告并未考慮純粹接觸效應(yīng)(mere exposure)的影響(Montoya et al., 2017)。后來的研究發(fā)現(xiàn), 僅僅是短暫的實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練就能夠顯著地提高被試對協(xié)和音程的偏好效應(yīng)(McLachlan et al., 2013), 對受過專業(yè)訓(xùn)練的音樂家來說, 偏好效應(yīng)更加顯著(Brattico et al., 2009; Dellacherie et al., 2011; McDermott et al., 2010)。即便是未受過音樂教育的兒童, 隨著年齡的增長, 對音樂協(xié)和性的知覺也會(huì)提高(Weiss et al., 2020)。這些來自跨文化、音樂訓(xùn)練和畢生發(fā)展的研究結(jié)果都向音樂協(xié)和性的生物本能論發(fā)起了挑戰(zhàn)。

把這場爭論推向高潮的是2016年刊登在雜志的封面文章(McDermott et al., 2016)。該文系統(tǒng)考察了協(xié)和音程偏好在多大程度上是受現(xiàn)代和聲音樂文化影響。作者選取了玻利維亞熱帶雨林中仍然過著原始狩獵采摘生活的提斯曼人(Tsimane)和生活在城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)過著現(xiàn)代生活的玻利維亞人以及完全生活在西方和聲音樂文化下的美國人(音樂家和非音樂家)。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 雖然提斯曼人在聲音情感知覺和音樂粗糙度的分辨能力上與對照組相差不大, 但提斯曼人卻給予協(xié)和與不協(xié)和音程以相同等級(jí)的愉悅度評價(jià)。相反, 生活在城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)的玻利維亞人卻顯著地偏好協(xié)和音程, 偏好程度依次低于美國的非音樂家和音樂家。這說明, 音樂協(xié)和感的形成與接觸現(xiàn)代和聲音樂文化的程度有關(guān)。如果一個(gè)地區(qū)完全沒有被和聲音樂影響, 這里的人們就可能就缺乏音樂協(xié)和性知覺。所以, 音樂協(xié)和性不是先天的知覺偏好反應(yīng), 文化因素在音樂審美方面起到了巨大作用。提斯曼人沒有聆聽或演奏和聲音樂的經(jīng)歷, 他們的音樂屬于僅有一條旋律線的單音音樂(Monophony), 是最簡單的音樂形式, 西方和聲音樂至少有兩條以上的旋律線交織, 所以, 提斯曼人沒有形成音樂協(xié)和感可能是缺乏對縱向多線程音樂的知覺經(jīng)驗(yàn)(McDermott et al., 2016; McPherson et al., 2020)。知覺磁體效應(yīng)(perceptual magnet effect)也能夠說明這一現(xiàn)象。嬰兒早期能夠分辨大量的語音范疇, 但所處的語言環(huán)境如果缺少對某些聲音的分辨要求(例如日語中的“r”和“l(fā)”), 在特定的年齡后對這些聲音的分辨能力就會(huì)消失(Werker & Hensch, 2015), 表明人類的聽覺系統(tǒng)會(huì)根據(jù)環(huán)境的需要進(jìn)行調(diào)整。一些音樂加工模型也認(rèn)為, 文化和經(jīng)驗(yàn)通過塑造大腦的皮層獎(jiǎng)賞環(huán)路影響音樂獎(jiǎng)賞系統(tǒng)(Zatorre & Salimpoor, 2013)。所以, 音樂協(xié)和性的形成極可能是神經(jīng)系統(tǒng)與文化長期相互作用的產(chǎn)物, 而不是單方面的因素所致。

4.3 比較心理學(xué)的介入

音樂協(xié)和性起源問題所以懸而未決, 一個(gè)重要原因是無法完全避免先天生物學(xué)因素和后天環(huán)境變量的相互影響, 因?yàn)橐匀祟悶楸辉嚨难芯繜o法真正做到長期隔絕一切聲音刺激。比較心理學(xué)研究動(dòng)物行為, 能夠提供有效控制后天環(huán)境接觸的手段(Harrison & Pearce, 2020; Toro & Crespo- Bojorque, 2017)。在實(shí)驗(yàn)室條件下, 動(dòng)物在出生前就被隔絕外部聲音刺激, 所以, 動(dòng)物表現(xiàn)出來的任何行為偏好都可以排除后天接觸特定聽覺信息(如自然泛音接觸)的影響。動(dòng)物不具有產(chǎn)生音樂的能力, 因此, 任何音樂偏好性反應(yīng)都可以視作是生物普遍性的一般聽覺加工, 而不是音樂特有的認(rèn)知加工。因此, 比較心理學(xué)是考察音樂協(xié)和性究竟是先天性行為還是習(xí)得性行為的重要方法, 也是理解音樂初始狀態(tài)以及這種初始狀態(tài)如何被相關(guān)經(jīng)驗(yàn)塑造的重要途徑(Toro & Crespo-Bojorque, 2017)。

相關(guān)的研究主要集中在分類能力和偏好行為上(圖2)。研究表明, 部分鳥類和靈長類動(dòng)物經(jīng)過訓(xùn)練以后能夠準(zhǔn)確地區(qū)分協(xié)和音程和不協(xié)和音程, 如爪哇禾雀(Watanabe et al., 2005)、黑頂山雀(Hoeschele et al., 2012)、歐洲椋鳥(Hulse et al., 1995)和日本獼猴(Izumi, 2000), 并且能夠?qū)⑦@種分類能力遷移至新的音樂刺激。猴子的初級(jí)聽覺皮層(Fishman et al., 2001)以及貓的聽神經(jīng)(Tramo et al., 2001)和下丘(McKinney et al., 2001)對協(xié)和與不協(xié)和音程的神經(jīng)反應(yīng)有顯著差異, 說明一般性的聽覺機(jī)制是導(dǎo)致某些動(dòng)物掌握音樂協(xié)和性分類能力的重要原因。研究還發(fā)現(xiàn), 一些動(dòng)物幼崽能夠立即表現(xiàn)出音樂協(xié)和性的偏好行為。例如, 剛孵化的小雞會(huì)對播放有協(xié)和旋律的視覺印記表現(xiàn)出明顯的接近行為(Chiandetti & Vallortigara, 2011)。黑猩猩幼崽也更喜歡通過連接在它胳膊上的裝置播放協(xié)和音樂旋律, 提示人類可能與同在系統(tǒng)發(fā)育上接近的黑猩猩共享音樂協(xié)和性的進(jìn)化起源(Sugimoto et al., 2010)。但是, 當(dāng)使用孤立的和聲音程為刺激時(shí), 棉花頂面絹毛猴在V型迷宮中并未在協(xié)和音程附近逗留更的長時(shí)間(Koda et al., 2013)。與之相反, 人類的音樂協(xié)和性偏好不僅在完整旋律條件下顯著, 也在孤立和聲的情況下存在(McDermott et al., 2010; Toro & Crespo-Bojorque, 2017), 說明較少的音樂信息對比可能不足以引起某些非類人猿靈長類動(dòng)物的音樂協(xié)和性知覺。

圖2 不同物種對協(xié)和與不協(xié)和音樂的分辨能力和偏好反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)

為了排除動(dòng)物自身叫聲的影響, 研究者采用嚙齒類動(dòng)物如褐家鼠為研究對象(Crespo-Bojorque & Toro, 2015; Postal et al., 2020)。因?yàn)榕c大多數(shù)常發(fā)出和諧泛音叫聲的動(dòng)物不同, 褐家鼠的叫聲一般不具有和諧泛音特征, 在多數(shù)情況下是純音樣的超聲波, 這就為驗(yàn)證泛音和諧性的知覺接觸理論控制了自身叫聲這一混淆變量。研究發(fā)現(xiàn), 即便褐家鼠在強(qiáng)化訓(xùn)練下習(xí)得了分辨協(xié)和音程與不協(xié)和音程的能力, 但不能泛化至其他新的音程刺激, 也不能遷移至倍頻轉(zhuǎn)換(octave transpositions)音程條件, 說明褐家鼠只是暫時(shí)記住了音程間的絕對頻率差異。導(dǎo)致褐家鼠不具有音樂協(xié)和性知覺能力的原因可能是缺乏和聲音樂或和諧泛音的接觸經(jīng)驗(yàn)(Crespo-Bojorque & Toro, 2015; Toro & Crespo-Bojorque, 2017)。未來研究可以讓褐家鼠自出生前就暴露在這些聲學(xué)線索中, 以考察接觸經(jīng)驗(yàn)是否對音樂協(xié)和性偏好有塑造作用。總之, 比較心理學(xué)是理解音樂知覺如何受后天文化環(huán)境熏陶的重要手段。而且, 音樂協(xié)和性也并非為人類所特有, 一些動(dòng)物與人類在發(fā)音?聽覺系統(tǒng)可能存在相似的進(jìn)化起源。

4.4 多因素混合理論

為了彌合音樂協(xié)和性理論中的先天論與后天論之爭, 一些研究者提出了整體性概念結(jié)構(gòu)理論, 認(rèn)為生物學(xué)因素與文化因素共同影響音樂協(xié)和性知覺。其中, 和諧泛音列是引起協(xié)和感的主要因素, 拍頻效應(yīng)是導(dǎo)致不協(xié)和感體驗(yàn)的主要原因, 經(jīng)驗(yàn)和文化通過審美觀念自上而下地調(diào)節(jié)音樂協(xié)和性知覺(Friedman et al., 2021; Parncutt & Hair, 2011; Parncutt et al., 2019)。Bowling等人(2017)認(rèn)為, 忽視生物因素或環(huán)境信息的任何一方都無法準(zhǔn)確說明音樂協(xié)和性的產(chǎn)生, 所以多因素混合理論是解釋音樂協(xié)和性產(chǎn)生的最佳方式。最有說服力的證據(jù)來自Harrison和Pearce (2020)歸納的混合計(jì)算模型。他們重新評估了此前分別基于泛音和諧性、拍頻效應(yīng)以及文化特征三種因素理論的幾種經(jīng)典模型的預(yù)測力, 發(fā)現(xiàn)盡管依據(jù)不同理論建立的模型在預(yù)測力上存在著差異, 但三種因素都是衡量音樂協(xié)和性的有效指標(biāo)。而且, 重新擬合一個(gè)同時(shí)包含這些因素的混合計(jì)算模型以后, 預(yù)測力提高至88.95%, 顯著大于此前所有的單因素計(jì)算模型。作者還利用音樂語料庫分析法, 考察了過去千年間的10000部古典、爵士和流行音樂作品的和弦流行性(chord prevalence)。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 泛音和諧性對和弦流行性的預(yù)測有顯著的正相關(guān), 拍頻效應(yīng)與和弦流行性呈顯著的負(fù)相關(guān), 說明一直以來作曲家都更青睞在創(chuàng)作中添加泛音和諧的音樂元素, 盡量避免使用那些可能引發(fā)聽眾不愉悅情緒的粗糙感元素, 再次證實(shí)音樂協(xié)和性同時(shí)受到拍頻效應(yīng)和泛音協(xié)和性影響。綜上, 音樂協(xié)和性是由多種因素引起的音樂審美知覺, 未來研究應(yīng)該試圖分離這些因素的相互作用, 以確定加工這些信息是否存在共享的神經(jīng)通路。

5 音樂協(xié)和性的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制

近20年來, 隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展, 借助神經(jīng)電生理(如ERP)和腦成像(如fMRI)等技術(shù), 研究者在解析音樂協(xié)和性的認(rèn)知加工機(jī)制方面取得重要進(jìn)展。大量的證據(jù)表明, 人腦對和聲音程的加工遵循自下而上的加工模式, 與音樂協(xié)和性相關(guān)的音高信息在傳入高級(jí)皮層之前就已經(jīng)被初步處理, 這些初期感覺編碼形式遵循高水平的音樂層級(jí)規(guī)則, 而非簡單的聲學(xué)物理特征, 說明音樂協(xié)和性的認(rèn)知體驗(yàn)基于感覺水平的神經(jīng)活動(dòng)(Bidelman, 2013; Bidelman & Grall, 2014; Bidelman & Heinz, 2011; Bidelman & Krishnan, 2009; Bones et al., 2014; Itoh et al., 2010; Kim et al., 2017)。在早期注意階段, 初級(jí)和次級(jí)聽覺皮層負(fù)責(zé)音高信息的抽象表征(Bidelman & Grall, 2014; Itoh et al., 2010), 在更早期的前注意階段(pre-attentive stages), 皮層下組織結(jié)構(gòu)(如腦干和聽神經(jīng))中神經(jīng)元群的鎖相活動(dòng)是編碼音高信息的認(rèn)知通路起源(Bidelman, 2013; Bidelman & Heinz, 2011; Bidelman & Krishnan, 2009; Bones et al., 2014;Kim et al., 2017)。因此, 音樂協(xié)和性認(rèn)知偏好在皮層和皮層下水平均具有生物學(xué)基礎(chǔ)。Itoh等人(2010)利用ERP技術(shù)驗(yàn)證腦電信號(hào)反應(yīng)與音樂協(xié)和性的等級(jí)順序存在緊密關(guān)聯(lián), 該實(shí)驗(yàn)任務(wù)是向被試隨機(jī)呈現(xiàn)跨度分布范圍在0～13個(gè)半音的和聲音程, 發(fā)現(xiàn)200～300 ms左右誘發(fā)的N2成分顯著地受音程協(xié)和性高低調(diào)節(jié), 不協(xié)和音程相較于協(xié)和音程誘發(fā)了波幅更大的N2, 構(gòu)成和聲音程的兩個(gè)音符音高之比越簡單, 誘發(fā)的N2波幅就越小, 極度符合簡單頻率比學(xué)說的預(yù)測, 說明大腦皮層的神經(jīng)活動(dòng)對音程中的音高關(guān)系非常敏感, 表征這些音程信息的方式與標(biāo)準(zhǔn)音樂實(shí)踐的協(xié)和性分類原則一致。由音高線索引發(fā)的瞬態(tài)特異性神經(jīng)信號(hào)——音高起始反應(yīng)(pitch onset response)的波幅變化也與行為結(jié)果及音樂協(xié)和性的等級(jí)順序一致, 再次證明音樂協(xié)和性知覺建立在低水平的神經(jīng)反應(yīng)上, 而且早期編碼形式就已經(jīng)采用了高水平的音樂組織原則(Bidelman & Grall, 2014)。言語加工過程的語音編碼(phonetic code)模式也與之相似, 初級(jí)聽覺皮層及其鄰近區(qū)域?qū)ρ哉Z信息的早期加工同樣遵循語音信息的高級(jí)抽象規(guī)則而非簡單的聲學(xué)特征(Scharinger et al., 2011), 提示音樂和語言可能共享特定的神經(jīng)基礎(chǔ)。

在皮層下水平, 研究者以頻率跟隨響應(yīng)(frequency-following response, FFR)為指標(biāo)發(fā)現(xiàn)音樂協(xié)和性的認(rèn)知通路可能起源于腦干(Bidelman, 2013; Bidelman & Heinz, 2011; Bidelman & Krishnan, 2009; Bones et al., 2014)。FFR是周期性聲音刺激誘發(fā)產(chǎn)生的聽覺腦干穩(wěn)態(tài)響應(yīng), 反映腦干神經(jīng)元群對周期性聲音刺激時(shí)間細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)(temporal fine structure)的同步鎖相活動(dòng), 因此, 利用FFR能夠清晰地記錄和比較腦干對不同協(xié)和程度音樂刺激的同步鎖相能力差異(Bidelman, 2013; Bidelman & Krishnan, 2009; Bones et al., 2014; Coffey et al., 2016)。研究發(fā)現(xiàn), 協(xié)和音程比不協(xié)和音程誘發(fā)更穩(wěn)健且同步性水平更高的相位鎖定信號(hào)(協(xié)和音程在基頻和倍頻處誘發(fā)的頻譜能量幅度更大且更集中), 信號(hào)幅值與被試的評定結(jié)果及音樂協(xié)和性的等級(jí)程度顯著相關(guān), 說明腦干神經(jīng)元群的鎖相活動(dòng)中儲(chǔ)存了關(guān)于音樂協(xié)和性音高等級(jí)關(guān)系的感覺信息, 并以此作為最初的編碼模式(Bidelman & Krishnan, 2009)。動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn), 腦干(Tramo et al., 2001)和下丘(McKinney et al., 2001)等區(qū)域?qū)f(xié)和音程表現(xiàn)出更穩(wěn)健的同步鎖相活動(dòng), 并且能夠有效地預(yù)測動(dòng)物的音程偏好行為。所以, 人類和動(dòng)物的研究都表明, 協(xié)和音程在聽覺系統(tǒng)中存在編碼優(yōu)勢。這也說明, 相較于周期性不規(guī)則的不協(xié)和音程, 皮層下神經(jīng)元群對協(xié)和音程聲學(xué)特征的同步鎖相能力更強(qiáng), 這在很大程度上降低了大腦的計(jì)算負(fù)荷。換言之, 音樂協(xié)和性知覺偏好差異反映了聽覺系統(tǒng)對音高層級(jí)信息表征能力的神經(jīng)生物學(xué)差異。總之, 發(fā)生在皮層水平的更高級(jí)的音樂愉悅感體驗(yàn)建立在皮層下水平的神經(jīng)反應(yīng)基礎(chǔ)上。

大腦的高級(jí)認(rèn)知區(qū)域也參與音樂協(xié)和性的知覺加工。Minati等人(2009)表明, 協(xié)和和弦比不協(xié)和和弦在額葉中下回(inferior and middle frontal gyri)、前運(yùn)動(dòng)皮層 (premotor cortex)和頂下葉(inferior parietal lobule)等區(qū)域誘發(fā)更強(qiáng)的血氧動(dòng)力學(xué)信號(hào)響應(yīng), 非音樂家被試的激活水平表現(xiàn)出明顯的右側(cè)化優(yōu)勢, 音樂家未表現(xiàn)出明顯的偏側(cè)化。但是, Foss等人(2007)的研究卻發(fā)現(xiàn)相反的音樂協(xié)和性效應(yīng), 不協(xié)和音程比協(xié)和音程在非音樂家的右側(cè)額下回以及音樂家的前扣帶回(anterior cingulate cortex)、顳上回(superior temporal gyrus)、左側(cè)額葉中下回和頂下葉等區(qū)域的激活水平更強(qiáng)。導(dǎo)致這種不一致的結(jié)果可能是實(shí)驗(yàn)任務(wù)和刺激材料不同, 前者采用四音和弦為刺激, 并要求被試判斷每個(gè)和弦的協(xié)和性(Minati et al., 2009), 后者使用雙音和聲, 被試只需要被動(dòng)地聽(Foss et al., 2007)。此外, 在一項(xiàng)系統(tǒng)平衡了音符數(shù)量、音色、節(jié)奏及旋律輪廓的研究中, 不協(xié)和音程比協(xié)和音程在內(nèi)側(cè)前額葉(medial prefrontal cortex)和前扣帶回喙部等區(qū)域的激活水平更高(Bravo et al., 2020)。有趣的是, 這些腦區(qū)是負(fù)責(zé)沖突檢測及評估負(fù)性情緒和恐懼相關(guān)信息的腦區(qū), 而且在不協(xié)和條件下, 雙側(cè)初級(jí)聽覺皮層與扣帶回之間的功能連接更強(qiáng), 說明大腦在處理不協(xié)和音樂時(shí)需要更多的信息資源參與, 也證實(shí)了不協(xié)和音程具有明顯的負(fù)性效價(jià)信息特征。與之相反, 協(xié)和音程引發(fā)的正性愉悅體驗(yàn)有極高的獎(jiǎng)賞價(jià)值(Gold et al., 2019; Zatorre & Salimpoor, 2013)。一項(xiàng)采用預(yù)測獎(jiǎng)賞錯(cuò)誤(reward prediction errors)范式的研究發(fā)現(xiàn), 以協(xié)和音程結(jié)尾的音樂令被試產(chǎn)生動(dòng)機(jī)性學(xué)習(xí)行為, 并且像美食和金錢一樣激活中腦多巴胺獎(jiǎng)賞系統(tǒng)的核心——伏隔核(nucleus accumbens)(Gold et al., 2019)。因此, 大腦高級(jí)皮層對協(xié)和音程與不協(xié)和音程的加工可能存在著不同的認(rèn)知通路。

以上的研究表明, 音樂協(xié)和性信息既能夠誘發(fā)皮層下前注意水平的基礎(chǔ)神經(jīng)反應(yīng), 也能夠調(diào)動(dòng)高級(jí)水平的認(rèn)知資源參與, 甚至能夠激活獎(jiǎng)賞系統(tǒng)和影響執(zhí)行功能。兩種認(rèn)知水平的表征均受音樂訓(xùn)練影響(Andermann et al., 2020; Bidelman & Heinz, 2011; Foss et al., 2007; Itoh et al., 2010; Minati et al., 2009; Pagès-Portabella & Toro, 2020; Proverbio et al., 2016), 這說明, 音樂經(jīng)驗(yàn)對音樂協(xié)和性的知覺加工具有塑造作用。未來研究應(yīng)該探討不同音樂文化背景如何自上而下的調(diào)節(jié)音樂協(xié)和性的神經(jīng)機(jī)制。

6 研究展望

音樂具有傳情達(dá)意的作用, 能夠引起聽者強(qiáng)烈的情緒體驗(yàn)。音樂協(xié)和性是連接音樂與情緒的關(guān)鍵元素。相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)在理論觀點(diǎn)和研究方法上有了較大的突破, 但仍然存在著許多尚需解決的問題：(1)什么樣的聲學(xué)特征導(dǎo)致和聲音程被認(rèn)為是協(xié)和的？(2)人類如何進(jìn)化出加工這些特征的能力？(3)為什么人類把這些聲學(xué)特征賦予了相應(yīng)的審美屬性？

針對問題一, 最值得關(guān)注的是泛音和諧性與拍頻效應(yīng)的理論之爭。然而, 二者并非不可調(diào)和, 近期的研究結(jié)果都相繼支持了多因素混合理論的假設(shè), 認(rèn)為二者共同決定音樂協(xié)和性知覺(Friedman et al., 2021; Harrison & Pearce, 2020)。但這也引發(fā)了諸多疑問。譬如, 兩種認(rèn)知活動(dòng)對音樂協(xié)和性的影響哪一個(gè)作用更大？二者引起的協(xié)和性知覺效果是否截然相反, 即前者主要負(fù)責(zé)引發(fā)協(xié)和感, 后者主要導(dǎo)致不協(xié)和感？最初的信息編碼形式是發(fā)生在神經(jīng)系統(tǒng)還是發(fā)生在基底膜？未來研究應(yīng)該尋找新的范式分離這兩個(gè)因素。針對問題二, 語音相似性假設(shè)和比較心理學(xué)證據(jù)都提供了較好的回答, 對協(xié)和音程偏好反映了聽覺系統(tǒng)對自然和諧泛音特征以及同類嗓音相似性特征的神經(jīng)生物學(xué)傾向, 但對不協(xié)和音程排斥的生物學(xué)原因還并不清楚。此前的研究表明, 粗糙感極為明顯的尖叫聲音能夠直擊大腦的恐懼中樞——杏仁核(Arnal et al., 2015), 人類很可能把厭惡情緒泛化至所有具有明顯粗糙感的聲音特征。未來研究可以分析不協(xié)和音程在誘發(fā)負(fù)性情緒方面是否遵循相似的演化規(guī)律和認(rèn)知模式。問題三要比前兩個(gè)問題更加復(fù)雜, 因?yàn)橐魳穮f(xié)和性知覺是否在人類社會(huì)中普遍存在尚有爭議, 除了受先天因素約束外, 經(jīng)驗(yàn)塑造及文化熏陶同樣扮演著重要角色, 甚至有人認(rèn)為, 人類根本就沒有進(jìn)化出任何音樂審美能力, 對音程的喜愛或排斥只是長期受西方現(xiàn)代和聲音樂規(guī)范影響的結(jié)果。一些未接觸過西方音樂文化的群體就未表現(xiàn)出協(xié)和性的審美偏好(McDermott et al., 2016), 一些地區(qū)甚至盛行不協(xié)和的拍頻復(fù)調(diào)音樂(Ambrazevi?ius, 2017; Vassilakis, 2005)。所以, 人類為何將一些聲學(xué)特征賦予相應(yīng)的審美屬性仍然值得進(jìn)一步思考。此外, 中國傳統(tǒng)民族音樂具有偏重旋律變化而輕視和聲作用的特點(diǎn), 在樂器樣式、音樂形式和文化內(nèi)涵等方面都與西方音樂存在較大差異。研究者可以基于音樂庫分析法, 考察中國民族音樂在未接觸西方音樂前具有怎樣的和聲知覺觀念, 這或許有助于理解人類為何會(huì)形成當(dāng)前的和聲音樂審美特征。而且, 中國是一個(gè)民族眾多的國家, 蘊(yùn)含著大量多聲部音樂形態(tài)的少數(shù)民族音樂文化, 如侗族大歌和壯族山歌等, 這些多聲部音樂在音程協(xié)和性的表現(xiàn)手法上是否與西方和聲音樂存在著異曲同工之妙？相應(yīng)的, 民族文化又如何塑造這些群體的音樂審美特征？近期, 由意大利和尼泊爾政府聯(lián)合開展的喜馬拉雅山脈干城章嘉峰科考項(xiàng)目發(fā)現(xiàn), 影響音樂協(xié)和性的關(guān)鍵因素是音樂文化熏陶, 與海拔高度、人口特征及民族身份無關(guān)(Prete et al., 2020)。因此, 深入探究一些音樂文化較為濃厚的多聲部少數(shù)民族音樂, 有利于闡明文化對音樂協(xié)和性審美觀念的塑造作用。

國內(nèi)對音樂協(xié)和性的研究主要集中在史實(shí)描述、作品分析和審美思辨等方面, 具有較強(qiáng)的主觀性和個(gè)人風(fēng)格, 幾乎很難見到實(shí)證性的文章, 主要原因與國內(nèi)音樂學(xué)與其它學(xué)科的交流度不高有關(guān)。相較之下, 國外對音樂協(xié)和性的研究成果頗豐富, 涉及聲學(xué)分析、畢生發(fā)展、音樂訓(xùn)練、文化經(jīng)驗(yàn)以及動(dòng)物行為等多方面的實(shí)證性考察, 并結(jié)合認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)探索音樂協(xié)和性的腦與認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制, 為理解音樂的基本原理提供了極豐富的資料。事實(shí)上, 中國早在春秋時(shí)期就建立了與古希臘相似的簡單整數(shù)比的音樂思想(陳思, 陳其射, 2019; 薛冬艷, 2018)。甚至在律學(xué)方面, 明代的朱載堉率先利用自制的八十一檔雙排大算盤計(jì)算出“十二平均律”, 這比歐洲的同樣成果早了近半個(gè)世紀(jì)。令人遺憾的是, 朱載堉的成果在當(dāng)時(shí)并未引起重視, 而十二平均律在西方一經(jīng)提出就迅速得到了推廣, 并革新了樂器制造工藝技術(shù)和相應(yīng)的作曲理論(Chow, 2020; 孫鏗亮, 2017)。所以, 現(xiàn)代西方樂器具有律制規(guī)整, 泛音協(xié)調(diào), 音響統(tǒng)一的特點(diǎn)。中國民族樂器卻在音響上個(gè)性鮮明, 聲學(xué)復(fù)雜, 且缺少低音樂器, 因而不適合進(jìn)行大規(guī)模的交響合奏。直至今日, 中國民樂也未能夠形成完整的音樂協(xié)和性理論。我們應(yīng)當(dāng)正視這種差距。盡管民樂從未停止過交響化的嘗試與探索, 但在樂器改革的熱潮下卻出現(xiàn)了一些“全盤西化”的極端做法(唐樸林, 2010), 當(dāng)然也存在反對的聲音, 認(rèn)為中國音樂具有獨(dú)特的審美價(jià)值, 不應(yīng)該以西方的標(biāo)準(zhǔn)來評價(jià), 民樂追求的就應(yīng)當(dāng)是曲高和寡、高山流水的意境。但是, 科學(xué)不分東西, 西方交響音樂發(fā)展也是改革的結(jié)果, 但改革的方向卻是受實(shí)證科學(xué)的牽引, 通過大量的心理聲學(xué)和生理聲學(xué)的實(shí)證研究建立了相應(yīng)的音樂協(xié)和性理論, 并且廣泛地應(yīng)用于實(shí)際創(chuàng)作(Bennett, 2018; Chan et al., 2019)。需要強(qiáng)調(diào)的是, 本文只從音樂協(xié)和性這一基本聽覺音樂現(xiàn)象角度指出科學(xué)研究的必要性, 不對音樂形式和藝術(shù)手法提出任何看法。中西方音樂各具特色, 但多線程的和聲音樂無疑是未來音樂發(fā)展的必經(jīng)之路。

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Why musical emotion can be induced by harmony? The effect and cognitive mechanism of musical consonance

ZHANG Hang1, MENG Le1, ZHANG Jijia2

(1Department of Psychology, Renmin University of China, Beijing 110872, China)(2Faculty of Education, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China)

Music is an advanced activity of human cognition and one of the universal ways of emotional expression in life. As the core element connecting music and emotion, the rationale for simultaneous consonance is still unsolved. The core of this problem is how our brain possesses musical chords composed of several tones and why some tone combinations sound relatively pleasant (consonance) while others sound unpleasant (dissonance). This question has fascinated scholars since the ancient Greeks. Physicists have been trying to find answers to the differences between acoustic features of consonance and dissonance harmony. Biologists argue that consonance perception is the basic emotional experience evoked by sound events in the auditory system. Psychologists are more inclined to examine whether musical consonance perception is nature or nurture. Although musical consonance has been researched mainly using western theoretical perspectives, studying musical consonance in Chinese traditional music culture is urgently needed.

musical consonance, harmonicity, beating, musical culture, cognitive mechanism

2021-04-17

孟樂為共同第一作者。

張積家, E-mail: Zhangjj1955@163.com

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