為什么和聲能誘發音樂情感？——音樂協和性的作用及其認知機制

張 航 孟 樂 張積家

為什么和聲能誘發音樂情感？——音樂協和性的作用及其認知機制

張 航1孟 樂1張積家2

(1中國人民大學心理學系, 北京 110872) (2廣西師范大學教育學部, 桂林 541004)

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

音樂協和性, 和諧性, 拍頻, 音樂文化, 認知機制

1 引言

音樂是經由人類意識活動產生的聲音組合的高級藝術, 只有對聲音的頻率和節奏等信息進行有意識編排才能夠創造出優美的旋律。因此, 創作、演奏或聆聽音樂是人類具有復雜聲音事件處理能力的重要標志。作為人類的特有才能, 音樂活動貫穿人類文明史的始終?？脊艑W證據顯示, 人類至少在35000年前的舊石器時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(有文字的或無文字的)中(Mehr et al., 2019)。作為情感交流的藝術載體, 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科都重視對音樂基礎理論的研究。在創刊125周年之際, 就將音樂和語言的起源列為125個最具挑戰性的科學問題之一(Kennedy & Norman, 2005)。也以“科學與音樂”為專題, 探討音樂理論與實踐中亟待解決的重要問題, 包括現代和聲音樂學的理論核心——音樂的協和性(musical consonance) (Ball, 2008)。

協和性是音樂構建的基本要素。無論何種音樂形式或題材, 都由音符組成, 音符同時發聲形成和聲(harmony), 相繼發聲構成旋律(melody)。音樂協和性是兩個或兩個以上音符同時演奏時所引發的心理感受(McDermott et al., 2016; Parncutt & Hair, 2011; Zentner & Kagan, 1996)。根據演奏效果, 可以將和聲分為兩類, 聽起來愉悅、穩定或彼此融合的和聲稱作協和音程(consonant interval)或協和和弦(consonant chord), 聽起來不愉悅、不穩定或彼此不融合的和聲稱作不協和音程(dissonant interval)或不協和和弦(dissonant chord) (Harrison & Pearce, 2020; McDermott et al., 2016)。迄今為止, 已經有大量的理論試圖說明音樂中存在協和與不協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)強調音樂刺激的物理屬性, 認為和聲音程的聲學特征是影響音樂協和性的主要因素, 主張總結出人類普遍遵循的數理規律; (2)側重于考察音樂加工的生理屬性和心理屬性, 認為音樂協和感是聲音事件在聽覺通道誘發的情緒體驗, 主張采用生理聲學實驗和心理聲學實驗揭示出這種普遍的聽覺加工機制。這兩種理論不約而同地認為, 音樂協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, 認為音樂協和性知覺是后天形成的審美經驗, 受文化熏陶和音樂訓練影響。本文以上述三種理論為脈胳, 介紹不同學科的成果, 闡明人類音樂協和感的形成原理和認知機制, 為未來的相關研究尤其是中國民族音樂協和性的理論研究提供啟示。

表1 音樂協和性的相關理論

2 音樂協和性的數理之美

音樂是一門藝術, 但當人們研究其原理、分析其性質、發現其規則時, 就成為一門科學。音樂協和性理論的發展正是基于對音樂美學的不懈追求, 這從根本上推動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理關系。從數理角度探討音樂協和性的理論主要包括簡單整數比學說(Small-Integer Ratios Theory)和泛音和諧理論(Harmonicity Theory)。

2.1 簡單整數比學說

音樂協和性的早期研究可以追溯至古希臘時期。畢達哥拉斯是第一個觸及該領域的學者。他發現, 同時撥動的兩條琴弦長度之比越簡單, 和聲效果越協和, 弦長之比越復雜, 和聲效果越不協和(Crocker, 1963; Purves, 2017)。據此, 把弦長關系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和一致的愉悅音程, 并從和諧哲學觀念賦予這些數值以特殊象征含義——“圣十結構” (Tetractys, 10 = 1 + 2 + 3 + 4), 認為美的事物總是有類似簡單且和諧的數學特征, 甚至將“數”視為萬物之源, 宇宙和諧本質上是“數”的和諧(Bowling & Purves, 2015; Crocker, 1963; Primavesi, 2016)。簡單整數比學說提出促進了音樂協和性的數理規律研究。尤其是在文藝復興時期, 大量作曲家在簡單整數比思想指導下探索協和性的規律, 以豐富協和音程與和弦的數量。意大利作曲家扎利諾用“六數列”來說明協和性的產生原則(6 = 1 + 2 + 3 = 1 × 2 × 3), 認為所有的協和音程都由1到6幾個數字組成(Bowling & Purves, 2015; Palisca, 1961; Sukljan, 2020), 從而把原來一直被畢氏學派看作是不協和音程的6: 5 (小三度)、5: 4 (大三度)和5: 3 (大六度)調整至協和音程范疇, 為推動和聲音程系統分類做出重要貢獻(Tenney, 1988)。至此, 現代和聲音樂學中協和音程和不協和音程基本確立。

音樂形式的鼎故革新和音樂種類的豐富多彩表明, 音樂極具有社會歷史性和文化多樣性。但是, 通過比較不同時期甚至是不同地區的研究發現, 人對音程協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比學說, 聽眾普遍地將比值簡單的音符組合評定為協和音程, 將比值復雜的音符組合評定為不協和音程。這說明, 數理思想對解釋協和性仍然具有較強的現實意義。即便在今天, 沒有一種理論能夠像簡單整數比說那樣對音樂藝術產生如此大的影響。由此也引發一個關鍵性的疑問, 為什么比值簡單的和聲聽起來協和？

2.2 泛音和諧理論

聲音科學的誕生為解答和聲協和性提供了新的思考方式。首先, 聲音是一種機械振動, 振動頻率決定音高, 所以, 影響音樂協和性的本質因素是弦振動頻率比而非弦長比(Konoval, 2018)。其次, 泛音(overtones)作為最基本的聲學現象是音樂協和性形成的物理基礎(Pesic, 2014)。因為傳統樂器或人發出的聲音都是復合音, 除了能夠聽到一個響亮的基音音高外, 還能夠聽到一系列相對柔弱卻悅耳協和的“弦外之音” (Dostrovsky, 1975; Konoval, 2018)。以理想的弦振動為例(圖1b), 被撥動的琴弦同時做整段振動和局部振動(二分之一、三分之一、四分之一…), 整段振動產生清楚響亮的基音(fundamental tone), 分段振動產生了一系列整數倍于基音頻率(簡稱基頻, frequency fundamental)的泛音。泛音現象發現為數學和音樂學之間搭建了橋梁, 包括拉莫在內的許多音樂學家主張運用聲學理論而非純粹數學來研究音樂協和性。拉莫認為, 在自然泛音(natural harmonics)中包含許多協和音程, 構成協和音程的泛音列與基音距離更近, 聽起來更清晰, 構成不協和音程的泛音列距離基音較遠, 不容易被察覺(Christensen, 2004; Kieffer, 2016), 如表2所示, 離基音較近的幾個泛音無論是與基音的音程關系還是與前一個泛音的音程關系都非常協和, 表明和諧的泛音列本身就是一個協和和弦(chord)。所以, 簡單整數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, 當兩個音被同時演奏時, 其疊加形成的聲學特征在泛音關系上越和諧, 構成的聲音織體就越協和。

圖1 a. 從1898年至2020年間, 來自6個國家受試者對12個和聲音程音樂協和性的等級排列結果高度一致。數據分別選自：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. 吉他琴弦振動產生的泛音列。c. 協和音程(純五度)和不協和音程(三全音)的頻譜示意圖。綠色實線代表根音音符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. 基底膜上拍頻效應的示意圖。拍頻效應通常由泛音列過于接近的不協和音程引發。

表2 自然倍音列中基音與泛音之間的協和關系

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

人類對和諧泛音的偏好可能是一種適應性的加工機制, 并且有重要的進化意義。因為人類的嗓音、大多數動物的叫聲以及物體的有規則振動都產生與基音呈倍頻關系的和諧泛音特征(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(Bowling et al., 2017)。所以, 在自然選擇壓力下, 人類進化出了一套可以解析和諧泛音的聽覺系統, 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。研究發現, 嗓音作為生物學意義極高的聽覺刺激是有效地預測音樂協和性的指標, 那些與嗓音頻譜特征相似的和弦聽起來更協和(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而引發積極的情緒體驗。嗓音被喻為人類的“聽覺面孔”, 聞聲數秒, 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勢(processing advantage)是人腦的預裝機制(Bowling & Purves, 2015; Harrison & Pearce, 2020)。不僅如此, Schwartz等人(2003)對上千段語音材料進行特征提取后發現, 人類言語信息的振幅?頻率分布模式恰好對應于音程協和度的等級順序, 表明人類在言語特征上的統計知覺經驗訓練了人耳對特定頻率比的音程協和感。和諧泛音偏好也可能發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, 甚至最初的音樂形式就是人類對大自然聲音律動的傾聽和模仿(王小盾, 2017)?！痘茨献印分杏校骸皹飞谝? 音生于律, 律生于風, 此聲之宗也?！贝笞匀坏娘L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, 持信息加工觀點的研究者卻認為, 泛音作為物理特征所以引發協和性的情緒體驗主要與音高的表征機制有關(McLachlan et al., 2013)。音高是樂音(物體有規則振動產生)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, 但多聲源復合信號的音高知覺就變得復雜并受泛音信息影響(Harrison & Pearce, 2020; Oxenham, 2018; Popham et al., 2018)。呈倍頻關系的基音和泛音被自動地知覺為來自同一聲源, 基音決定音高, 泛音影響音色, 但不具和諧關系的聲音由于無法被聽覺系統有效地分辨, 會造成知覺不流暢的不愉悅體驗。研究證實, 聽者對協和音程與不協和音程的音高知覺水平存在著差異, 大腦對不協和音程的音高編碼比協和音程慢36ms (Tabas et al., 2019)。在不協和音程中完成音高匹配的錯誤率更高, 反應時更長, 說明大腦并不擅長處理泛音不和諧的聲音(Seror & Neill, 2015)。甚至在不協和音樂背景中進行Stroop任務時, 由不一致條件引起的沖突效應增加, 表明不和諧泛音會占用大量的認知資源并且影響聽者的執行功能(Bonin & Smilek, 2016; Masataka & Perlovsky, 2013; Seror & Neill, 2015)。而且, 模式匹配理論(Pattern Matching Theory)和時域自相關理論(Temporal Autocorrelation Theory)還強調, 泛音和諧性影響音高表征的準確度進而引發音樂協和性的知覺體驗(de Cheveigné, 2005; Harrison & Pearce, 2020; McDermott & Oxenham, 2008)。模式匹配理論認為, 長時記憶儲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), 大腦也能夠自動地利用泛音與基音的倍頻關系補全并感知到音高(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出現多個“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等于原來兩個泛音列的最大公約數), 不協和音程Tritone (三全音)的泛音列錯落不均, 無法被聽覺系統有效地處理, 所以引起不愉悅的體驗。因此, 音高知覺流暢性是引起音樂協和感的重要原因。時域自相關理論認為, 聽覺系統根據聲波在時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。比值復雜的不協和音程由于自相關系數低導致泛音列的周期性差。例如, 小二度產生的幾個虛擬音高值甚至低于人類的樂音感知閾限(30 Hz) (McDermott & Oxenham, 2008)。實際上, 兩種理論爭論的焦點在于聽覺系統計算音高的方式, 根據傅里葉變換原理, 聲波在時域上的周期性等價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音樂協和性的觀點上并無分歧。

總的來說, 17世紀的科學革命促進了物理聲學發展, 在實證主義思想推動下, 研究者開始將目光從數理哲學轉向聲學, 發現泛音與音樂協和性的聯系, 逐漸形成了泛音和諧性理論。

3 音樂協和性的感知之美

聲學的物理特征是導致聲音協和與否的外在條件, 人耳如何感知聲學線索才是引發音樂協和性的關鍵。協和性歸根結底是人類的聽覺體驗。所以, 到19世紀, 部分學者開始研究音樂引起的生理?心理反應機制, 而非只關注物理現象。赫爾姆霍茲就是這一領域的先驅者, 他提出的拍頻理論(Beat Theory)目前仍然是現代音樂學教材中普遍推崇的觀點。

3.1 拍頻理論

在音樂知覺測量中, 赫爾姆霍茲同樣意識到泛音特征的重要, 但并未像拉莫等人一樣把音程協和性看作是泛音列的和諧自然, 而是轉向研究泛音之間的相互作用及對聽覺系統的影響(Bowling & Purves, 2015)。他認為, “自然泛音之和諧只能稱嘆宇宙法則之神奇, 再無它用, 因為自然界中美與丑的存在概率相同, 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和是因為聽起來雜亂刺耳, 其原理是兩個頻率相近的聲波相遇時會發生干涉效應, 出現振幅漲落、強弱不均的拍頻現象, 由此引起基底膜上聽覺感受器的間歇性興奮從而導致不舒服之感” (Helmholtz, 1885)。這種令人不愉悅的體驗可以定義為粗糙感(roughness)。粗糙感影響音程協和性。和聲聽起來協和是因為粗糙感不明顯, 聽起來不協和是因為粗糙感明顯(如圖1d所示, 在不協和音程三全音中, 頻率相近的泛音列在基底膜相應位置引發了拍頻效應)。所以, 音程使用應該遵循簡單整數比原則, 防止泛音過于緊湊引起明顯的粗糙感。

拍頻理論提出后, 大量的生理聲學和心理聲學的實驗結果都相繼支持了這一假設。貝凱西的耳蝸振動研究對推動拍頻生理機制探索具有里程碑的意義(von Békésy, 1960)?；诼犛X位置理論, 貝凱西發現, 耳蝸基底膜以行波的形式振動, 不同的聲波頻率分別對應于基底膜不同位置的響應。這項工作不僅令他獲得了1961年諾貝爾生理與醫學獎, 更讓大量的心理聲學數據可以直接與基底膜振動圖譜數據比較(Bowling & Purves, 2015)。在比較中, 研究者發現, 耳蝸就像是一個天然的分頻濾波器, 上面布滿了一系列相互交疊的負責響應特定頻率范圍的聽覺感受器, 當兩個聲波頻率相近時, 激勵的感受器范圍有很大一部分重疊, 這部分重疊區域就會受到雙音拍頻效應影響引起粗糙感(Greenwood, 1961; Vassilakis, 2005; Schneider 2018)。因此, 研究者將出現粗糙感的頻率差值范圍稱為臨界頻帶(critical bands), 如果兩個聲波的頻率剛好落在相同臨界頻帶內就會引起粗糙感, 落在臨界頻帶外就不引起粗糙感(Greenwood, 1991; Plomp & Levelt, 1965; Vassilakis, 2005)。例如, 同時呈現兩個頻率值為1,2 (1>2)的純音(正弦波), 其疊加形成的信號可表示為：

根據和差化積公式, 上式也可變為：

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

3.2 拍頻理論面臨的挑戰

雖然拍頻理論是上世紀的主流觀點, 但是, 隨著研究的深入, 拍頻理論受到了前所未有的挑戰。首先是該理論的外部效度, 因為拍頻值受發生干涉效應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和性的可靠線索。其次, 拍頻也不是引發協和感的關鍵原因。采用雙耳分聽(dichotic)方式給被試呈現音樂刺激時, 拍頻效應導致的粗糙感被顯著降低了(兩個聲音分別作用于雙側耳蝸從而避免了干涉效應), 卻未影響音程協和性的評價, 說明拍頻對音樂協和性的作用很小(Bidelman & Krishnan, 2009; McDermott et al., 2010)。更為有趣的是, 按照拍頻理論, 構成和弦的音符越多, 理應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)、只含少數泛音的復合音和含有較多泛音的復合音在協和度評價上沒有顯著差異, 說明泛音的有無及數量都不影響協和性知覺(McLachlan et al., 2013), 這顯然與拍頻理論的泛音干涉效應的假設相違。

盡管許多研究者從不同的方面指出了拍頻理論的局限性, 但都未能夠實質性地否認拍頻對音樂協和性的作用, 因為在通常的情況下, 不協和音程同時包含了拍頻較明顯和泛音不和諧兩種特征, 因此很難準確地計算某一種因素的貢獻, 也就很難拒絕某一種理論假設。McDermont等人(2010)不但分離了兩種因素的相互影響, 還直接計算了每種因素與音樂協和性的相關。該研究分析了三個重要的指標：(1)對音樂協和性的偏好, 以被試對協和音程與不協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(人為進行泛音擾動處理)喜好程度差異來衡量。結果表明, 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和性的偏好卻沒有相關性, 對和諧泛音的偏好顯著預測了對音樂協和性的偏好, 充分說明影響音樂協和感的關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分音程協和性(Cousineau et al., 2012; Zhou et al., 2019), 但對聽覺粗糙感的知覺評價卻與正常被試無異, 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和性加工缺陷與拍頻因素無關(Cousineau et al., 2012)?？偟膩碚f, 拍頻理論一直強調沒有粗糙感是導致音程聽起來協和的原因, 卻忽略了協和音程本身可能具有的美學機理, 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。不同國家和民族都能以獨特的形式自由靈活地創作音樂, 進而形成了風格迥異、百家齊放的音樂文化。作為音樂審美的核心要素, 音樂協和性在多大程度上受生物學因素影響有很大的爭論。許多研究者認為, 協和性偏好是由于人類聽覺系統對協和音程的聲學物理特征存在加工優勢, 這是鑲嵌在人類認知系統的先天適應性機制(Bidelman, 2013; Bowling et al., 2017; Virtala & Tervaniemi, 2017)。但是, 民族音樂學家(ethnomusicologist)和作曲家反對這一觀點, 認為音樂協和性是后天習得的審美經驗, 存在較大的文化差異和個體差異(Brown & Jordania, 2013; McDermott et al., 2016; Popescu et al., 2019)。由此, 引發了音樂協和性起源的先天與后天之爭。

4.1 生物決定論

持生物決定論觀點的學者認為, 音樂協和性知覺是人類與生俱來的天賦才能。首先, 發展心理學的證據表明, 19到40個月大的兒童對不同協和程度的音樂刺激表現出明顯的偏好差異, 他們花費更長的時間探索那些發出協和音樂聲響的玩具(di Stefano et al., 2017)。6個月(Crowder et al., 1991; Trainor & Heinmiller, 1998)、 4個月(Trainor et al., 2002; Zentner & Kagan, 1996)甚至2個月大的嬰兒(Trainor et al., 2002)也都展現出音樂協和性的知覺反應能力和偏好行為。Zentner和Kagan (1996)采用轉頭偏好范式考察了4個月大嬰兒的音樂協和性知覺能力, 發現在播放協和音樂時, 嬰兒表現出更少的頭部運動并且對聲源刺激方向注視更長的時間。父母是聾啞人的嬰兒對協和音程產生強烈的喜愛, 說明音樂知覺經驗不是導致嬰兒形成協和感的主要因素, 這就排除了教養或環境暴露等學習效應的影響(Masataka, 2006)。一些神經科學研究甚至發現, 新生兒就已經具有音樂協和感, 這無疑為音樂審美先天論的觀點提供了強有力的證據(Perani et al., 2010; Virtala et al., 2013)。但是, 近期采用轉頭偏好范式的研究卻未能夠重復以往的實驗結果, 只發現了熟悉性對協和性知覺的影響, 因此質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證研究至少說明音樂協和性知覺產生與人類的生物學基礎存在著很大的關聯。

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至少能夠分辨240個音高, 在原則上應該有大量的音階用來創作音樂, 但是, 無論是西方古典音樂、現代流行音樂、中國傳統民樂及其它文化的音樂都只使用5到7個相似的音階音級(Bowling et al., 2017; Gill & Purves, 2009), 并且不約而同地構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音階, 修繕后竟然還能演奏出協和音響(Conard et al., 2009; Killin, 2018)。這充分說明, 先天的生物學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, 兩種主流的音樂協和性理論都支持音樂審美先天論的假設。泛音和諧論認為, 人腦預裝有自然泛音特征識別器, 加工與之吻合的有簡單頻率比的協和音程時會引起流暢的愉悅體驗, 加工與之不吻合的有復雜聲學特征的不協和音程會引起負性體驗。拍頻論認為, 聽覺器官的生理構造是導致復雜不協和音程引起粗糙感的原因。所以, 二者都強調音樂協和性是先天聽覺機制在處理特定聲音刺激時引發的情感效應, 只不過前者認為該過程發生在大腦的神經系統, 后者認為該過程發生在耳蝸的基底膜。因此, 人類的音樂協和性知覺可能是一種先天的音樂才能。

4.2 文化決定論

民族音樂學家和作曲家把音樂協和性看作一種審美經驗, 認為文化背景和后天音樂訓練塑造了個體的音樂協和性知覺。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)音樂在演奏時產生非常明顯的拍頻效應, 這種引起粗糙感的音樂形式在當地十分盛行(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亞等地區, 人們更是主動追求器樂乃至聲樂間的拍頻復調(beat diaphony), 說明拍頻在這些文化中被視為令人愉悅的協和音樂元素(Ambrazevi?ius, 2017; Harrison, 2021; Vassilakis, 2005)。事實上, 拍頻效應的文化差異被民族音樂學家廣泛考證, 但許多研究者在撰寫結論時往往忽略了這些因素(Plantinga & Trehub, 2014)。其次, 聽者對音樂協和性的知覺評價也受接觸程度影響。Meyer (1903)報告說, 被試初次接觸微分音樂(microtonal music)時會感到很不協和, 重復播放了12到15遍后, 大多數參與者都自發地表示聽起來還不錯。Valentine (1914)指出, 當把一些不協和音程重復聽33遍, 被試會認為它是協和的。不過, 這些早期的研究報告并未考慮純粹接觸效應(mere exposure)的影響(Montoya et al., 2017)。后來的研究發現, 僅僅是短暫的實驗室訓練就能夠顯著地提高被試對協和音程的偏好效應(McLachlan et al., 2013), 對受過專業訓練的音樂家來說, 偏好效應更加顯著(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, 對音樂協和性的知覺也會提高(Weiss et al., 2020)。這些來自跨文化、音樂訓練和畢生發展的研究結果都向音樂協和性的生物本能論發起了挑戰。

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)。該文系統考察了協和音程偏好在多大程度上是受現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)和生活在城市和鄉鎮過著現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)。結果發現, 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和與不協和音程以相同等級的愉悅度評價。相反, 生活在城市及鄉鎮的玻利維亞人卻顯著地偏好協和音程, 偏好程度依次低于美國的非音樂家和音樂家。這說明, 音樂協和感的形成與接觸現代和聲音樂文化的程度有關。如果一個地區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和性知覺。所以, 音樂協和性不是先天的知覺偏好反應, 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和感可能是缺乏對縱向多線程音樂的知覺經驗(McDermott et al., 2016; McPherson et al., 2020)。知覺磁體效應(perceptual magnet effect)也能夠說明這一現象。嬰兒早期能夠分辨大量的語音范疇, 但所處的語言環境如果缺少對某些聲音的分辨要求(例如日語中的“r”和“l”), 在特定的年齡后對這些聲音的分辨能力就會消失(Werker & Hensch, 2015), 表明人類的聽覺系統會根據環境的需要進行調整。一些音樂加工模型也認為, 文化和經驗通過塑造大腦的皮層獎賞環路影響音樂獎賞系統(Zatorre & Salimpoor, 2013)。所以, 音樂協和性的形成極可能是神經系統與文化長期相互作用的產物, 而不是單方面的因素所致。

4.3 比較心理學的介入

音樂協和性起源問題所以懸而未決, 一個重要原因是無法完全避免先天生物學因素和后天環境變量的相互影響, 因為以人類為被試的研究無法真正做到長期隔絕一切聲音刺激。比較心理學研究動物行為, 能夠提供有效控制后天環境接觸的手段(Harrison & Pearce, 2020; Toro & Crespo- Bojorque, 2017)。在實驗室條件下, 動物在出生前就被隔絕外部聲音刺激, 所以, 動物表現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。動物不具有產生音樂的能力, 因此, 任何音樂偏好性反應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知加工。因此, 比較心理學是考察音樂協和性究竟是先天性行為還是習得性行為的重要方法, 也是理解音樂初始狀態以及這種初始狀態如何被相關經驗塑造的重要途徑(Toro & Crespo-Bojorque, 2017)。

相關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物經過訓練以后能夠準確地區分協和音程和不協和音程, 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), 并且能夠將這種分類能力遷移至新的音樂刺激。猴子的初級聽覺皮層(Fishman et al., 2001)以及貓的聽神經(Tramo et al., 2001)和下丘(McKinney et al., 2001)對協和與不協和音程的神經反應有顯著差異, 說明一般性的聽覺機制是導致某些動物掌握音樂協和性分類能力的重要原因。研究還發現, 一些動物幼崽能夠立即表現出音樂協和性的偏好行為。例如, 剛孵化的小雞會對播放有協和旋律的視覺印記表現出明顯的接近行為(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和音樂旋律, 提示人類可能與同在系統發育上接近的黑猩猩共享音樂協和性的進化起源(Sugimoto et al., 2010)。但是, 當使用孤立的和聲音程為刺激時, 棉花頂面絹毛猴在V型迷宮中并未在協和音程附近逗留更的長時間(Koda et al., 2013)。與之相反, 人類的音樂協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物的音樂協和性知覺。

圖2 不同物種對協和與不協和音樂的分辨能力和偏好反應的實驗結果總結

為了排除動物自身叫聲的影響, 研究者采用嚙齒類動物如褐家鼠為研究對象(Crespo-Bojorque & Toro, 2015; Postal et al., 2020)。因為與大多數常發出和諧泛音叫聲的動物不同, 褐家鼠的叫聲一般不具有和諧泛音特征, 在多數情況下是純音樣的超聲波, 這就為驗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。研究發現, 即便褐家鼠在強化訓練下習得了分辨協和音程與不協和音程的能力, 但不能泛化至其他新的音程刺激, 也不能遷移至倍頻轉換(octave transpositions)音程條件, 說明褐家鼠只是暫時記住了音程間的絕對頻率差異。導致褐家鼠不具有音樂協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驗(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線索中, 以考察接觸經驗是否對音樂協和性偏好有塑造作用?？傊? 比較心理學是理解音樂知覺如何受后天文化環境熏陶的重要手段。而且, 音樂協和性也并非為人類所特有, 一些動物與人類在發音?聽覺系統可能存在相似的進化起源。

4.4 多因素混合理論

為了彌合音樂協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構理論, 認為生物學因素與文化因素共同影響音樂協和性知覺。其中, 和諧泛音列是引起協和感的主要因素, 拍頻效應是導致不協和感體驗的主要原因, 經驗和文化通過審美觀念自上而下地調節音樂協和性知覺(Friedman et al., 2021; Parncutt & Hair, 2011; Parncutt et al., 2019)。Bowling等人(2017)認為, 忽視生物因素或環境信息的任何一方都無法準確說明音樂協和性的產生, 所以多因素混合理論是解釋音樂協和性產生的最佳方式。最有說服力的證據來自Harrison和Pearce (2020)歸納的混合計算模型。他們重新評估了此前分別基于泛音和諧性、拍頻效應以及文化特征三種因素理論的幾種經典模型的預測力, 發現盡管依據不同理論建立的模型在預測力上存在著差異, 但三種因素都是衡量音樂協和性的有效指標。而且, 重新擬合一個同時包含這些因素的混合計算模型以后, 預測力提高至88.95%, 顯著大于此前所有的單因素計算模型。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)。結果發現, 泛音和諧性對和弦流行性的預測有顯著的正相關, 拍頻效應與和弦流行性呈顯著的負相關, 說明一直以來作曲家都更青睞在創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聽眾不愉悅情緒的粗糙感元素, 再次證實音樂協和性同時受到拍頻效應和泛音協和性影響。綜上, 音樂協和性是由多種因素引起的音樂審美知覺, 未來研究應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通路。

5 音樂協和性的認知神經機制

近20年來, 隨著認知神經科學的發展, 借助神經電生理(如ERP)和腦成像(如fMRI)等技術, 研究者在解析音樂協和性的認知加工機制方面取得重要進展。大量的證據表明, 人腦對和聲音程的加工遵循自下而上的加工模式, 與音樂協和性相關的音高信息在傳入高級皮層之前就已經被初步處理, 這些初期感覺編碼形式遵循高水平的音樂層級規則, 而非簡單的聲學物理特征, 說明音樂協和性的認知體驗基于感覺水平的神經活動(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, 初級和次級聽覺皮層負責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), 皮層下組織結構(如腦干和聽神經)中神經元群的鎖相活動是編碼音高信息的認知通路起源(Bidelman, 2013; Bidelman & Heinz, 2011; Bidelman & Krishnan, 2009; Bones et al., 2014;Kim et al., 2017)。因此, 音樂協和性認知偏好在皮層和皮層下水平均具有生物學基礎。Itoh等人(2010)利用ERP技術驗證腦電信號反應與音樂協和性的等級順序存在緊密關聯, 該實驗任務是向被試隨機呈現跨度分布范圍在0～13個半音的和聲音程, 發現200～300 ms左右誘發的N2成分顯著地受音程協和性高低調節, 不協和音程相較于協和音程誘發了波幅更大的N2, 構成和聲音程的兩個音符音高之比越簡單, 誘發的N2波幅就越小, 極度符合簡單頻率比學說的預測, 說明大腦皮層的神經活動對音程中的音高關系非常敏感, 表征這些音程信息的方式與標準音樂實踐的協和性分類原則一致。由音高線索引發的瞬態特異性神經信號——音高起始反應(pitch onset response)的波幅變化也與行為結果及音樂協和性的等級順序一致, 再次證明音樂協和性知覺建立在低水平的神經反應上, 而且早期編碼形式就已經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, 初級聽覺皮層及其鄰近區域對言語信息的早期加工同樣遵循語音信息的高級抽象規則而非簡單的聲學特征(Scharinger et al., 2011), 提示音樂和語言可能共享特定的神經基礎。

在皮層下水平, 研究者以頻率跟隨響應(frequency-following response, FFR)為指標發現音樂協和性的認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產生的聽覺腦干穩態響應, 反映腦干神經元群對周期性聲音刺激時間細節結構(temporal fine structure)的同步鎖相活動, 因此, 利用FFR能夠清晰地記錄和比較腦干對不同協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)。研究發現, 協和音程比不協和音程誘發更穩健且同步性水平更高的相位鎖定信號(協和音程在基頻和倍頻處誘發的頻譜能量幅度更大且更集中), 信號幅值與被試的評定結果及音樂協和性的等級程度顯著相關, 說明腦干神經元群的鎖相活動中儲存了關于音樂協和性音高等級關系的感覺信息, 并以此作為最初的編碼模式(Bidelman & Krishnan, 2009)。動物研究發現, 腦干(Tramo et al., 2001)和下丘(McKinney et al., 2001)等區域對協和音程表現出更穩健的同步鎖相活動, 并且能夠有效地預測動物的音程偏好行為。所以, 人類和動物的研究都表明, 協和音程在聽覺系統中存在編碼優勢。這也說明, 相較于周期性不規則的不協和音程, 皮層下神經元群對協和音程聲學特征的同步鎖相能力更強, 這在很大程度上降低了大腦的計算負荷。換言之, 音樂協和性知覺偏好差異反映了聽覺系統對音高層級信息表征能力的神經生物學差異?？傊? 發生在皮層水平的更高級的音樂愉悅感體驗建立在皮層下水平的神經反應基礎上。

大腦的高級認知區域也參與音樂協和性的知覺加工。Minati等人(2009)表明, 協和和弦比不協和和弦在額葉中下回(inferior and middle frontal gyri)、前運動皮層 (premotor cortex)和頂下葉(inferior parietal lobule)等區域誘發更強的血氧動力學信號響應, 非音樂家被試的激活水平表現出明顯的右側化優勢, 音樂家未表現出明顯的偏側化。但是, Foss等人(2007)的研究卻發現相反的音樂協和性效應, 不協和音程比協和音程在非音樂家的右側額下回以及音樂家的前扣帶回(anterior cingulate cortex)、顳上回(superior temporal gyrus)、左側額葉中下回和頂下葉等區域的激活水平更強。導致這種不一致的結果可能是實驗任務和刺激材料不同, 前者采用四音和弦為刺激, 并要求被試判斷每個和弦的協和性(Minati et al., 2009), 后者使用雙音和聲, 被試只需要被動地聽(Foss et al., 2007)。此外, 在一項系統平衡了音符數量、音色、節奏及旋律輪廓的研究中, 不協和音程比協和音程在內側前額葉(medial prefrontal cortex)和前扣帶回喙部等區域的激活水平更高(Bravo et al., 2020)。有趣的是, 這些腦區是負責沖突檢測及評估負性情緒和恐懼相關信息的腦區, 而且在不協和條件下, 雙側初級聽覺皮層與扣帶回之間的功能連接更強, 說明大腦在處理不協和音樂時需要更多的信息資源參與, 也證實了不協和音程具有明顯的負性效價信息特征。與之相反, 協和音程引發的正性愉悅體驗有極高的獎賞價值(Gold et al., 2019; Zatorre & Salimpoor, 2013)。一項采用預測獎賞錯誤(reward prediction errors)范式的研究發現, 以協和音程結尾的音樂令被試產生動機性學習行為, 并且像美食和金錢一樣激活中腦多巴胺獎賞系統的核心——伏隔核(nucleus accumbens)(Gold et al., 2019)。因此, 大腦高級皮層對協和音程與不協和音程的加工可能存在著不同的認知通路。

以上的研究表明, 音樂協和性信息既能夠誘發皮層下前注意水平的基礎神經反應, 也能夠調動高級水平的認知資源參與, 甚至能夠激活獎賞系統和影響執行功能。兩種認知水平的表征均受音樂訓練影響(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, 音樂經驗對音樂協和性的知覺加工具有塑造作用。未來研究應該探討不同音樂文化背景如何自上而下的調節音樂協和性的神經機制。

6 研究展望

音樂具有傳情達意的作用, 能夠引起聽者強烈的情緒體驗。音樂協和性是連接音樂與情緒的關鍵元素。相關文獻已經在理論觀點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)什么樣的聲學特征導致和聲音程被認為是協和的？(2)人類如何進化出加工這些特征的能力？(3)為什么人類把這些聲學特征賦予了相應的審美屬性？

針對問題一, 最值得關注的是泛音和諧性與拍頻效應的理論之爭。然而, 二者并非不可調和, 近期的研究結果都相繼支持了多因素混合理論的假設, 認為二者共同決定音樂協和性知覺(Friedman et al., 2021; Harrison & Pearce, 2020)。但這也引發了諸多疑問。譬如, 兩種認知活動對音樂協和性的影響哪一個作用更大？二者引起的協和性知覺效果是否截然相反, 即前者主要負責引發協和感, 后者主要導致不協和感？最初的信息編碼形式是發生在神經系統還是發生在基底膜？未來研究應該尋找新的范式分離這兩個因素。針對問題二, 語音相似性假設和比較心理學證據都提供了較好的回答, 對協和音程偏好反映了聽覺系統對自然和諧泛音特征以及同類嗓音相似性特征的神經生物學傾向, 但對不協和音程排斥的生物學原因還并不清楚。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和音程在誘發負性情緒方面是否遵循相似的演化規律和認知模式。問題三要比前兩個問題更加復雜, 因為音樂協和性知覺是否在人類社會中普遍存在尚有爭議, 除了受先天因素約束外, 經驗塑造及文化熏陶同樣扮演著重要角色, 甚至有人認為, 人類根本就沒有進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代和聲音樂規范影響的結果。一些未接觸過西方音樂文化的群體就未表現出協和性的審美偏好(McDermott et al., 2016), 一些地區甚至盛行不協和的拍頻復調音樂(Ambrazevi?ius, 2017; Vassilakis, 2005)。所以, 人類為何將一些聲學特征賦予相應的審美屬性仍然值得進一步思考。此外, 中國傳統民族音樂具有偏重旋律變化而輕視和聲作用的特點, 在樂器樣式、音樂形式和文化內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形成當前的和聲音樂審美特征。而且, 中國是一個民族眾多的國家, 蘊含著大量多聲部音樂形態的少數民族音樂文化, 如侗族大歌和壯族山歌等, 這些多聲部音樂在音程協和性的表現手法上是否與西方和聲音樂存在著異曲同工之妙？相應的, 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合開展的喜馬拉雅山脈干城章嘉峰科考項目發現, 影響音樂協和性的關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(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民族音樂, 有利于闡明文化對音樂協和性審美觀念的塑造作用。

國內對音樂協和性的研究主要集中在史實描述、作品分析和審美思辨等方面, 具有較強的主觀性和個人風格, 幾乎很難見到實證性的文章, 主要原因與國內音樂學與其它學科的交流度不高有關。相較之下, 國外對音樂協和性的研究成果頗豐富, 涉及聲學分析、畢生發展、音樂訓練、文化經驗以及動物行為等多方面的實證性考察, 并結合認知神經科學探索音樂協和性的腦與認知神經機制, 為理解音樂的基本原理提供了極豐富的資料。事實上, 中國早在春秋時期就建立了與古希臘相似的簡單整數比的音樂思想(陳思, 陳其射, 2019; 薛冬艷, 2018)。甚至在律學方面, 明代的朱載堉率先利用自制的八十一檔雙排大算盤計算出“十二平均律”, 這比歐洲的同樣成果早了近半個世紀。令人遺憾的是, 朱載堉的成果在當時并未引起重視, 而十二平均律在西方一經提出就迅速得到了推廣, 并革新了樂器制造工藝技術和相應的作曲理論(Chow, 2020; 孫鏗亮, 2017)。所以, 現代西方樂器具有律制規整, 泛音協調, 音響統一的特點。中國民族樂器卻在音響上個性鮮明, 聲學復雜, 且缺少低音樂器, 因而不適合進行大規模的交響合奏。直至今日, 中國民樂也未能夠形成完整的音樂協和性理論。我們應當正視這種差距。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了一些“全盤西化”的極端做法(唐樸林, 2010), 當然也存在反對的聲音, 認為中國音樂具有獨特的審美價值, 不應該以西方的標準來評價, 民樂追求的就應當是曲高和寡、高山流水的意境。但是, 科學不分東西, 西方交響音樂發展也是改革的結果, 但改革的方向卻是受實證科學的牽引, 通過大量的心理聲學和生理聲學的實證研究建立了相應的音樂協和性理論, 并且廣泛地應用于實際創作(Bennett, 2018; Chan et al., 2019)。需要強調的是, 本文只從音樂協和性這一基本聽覺音樂現象角度指出科學研究的必要性, 不對音樂形式和藝術手法提出任何看法。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展的必經之路。

陳思, 陳其射. (2019). 《老子》“一二三”的音樂闡微.(6), 125–134.

孫鏗亮. (2017). “十二平均律”：從理論提出到鍵盤實踐——j.s.巴赫對鋼琴藝術的歷史貢獻.,(6), 255–256.

唐樸林. (2010). “樂改”何從？(2), 1–6.

王小盾. (2017). 上古中國人的用耳之道——兼論若干音樂學概念和哲學概念的起源.(4), 149–183.

薛冬艷. (2018). 聲生于日, 律生于辰——闡發先秦、兩漢二分、三分生律思維.(2), 64–72.

Ambrazevi?ius, R. (2017). Dissonance/roughness and tonality perception in Lithuanian traditional Schwebungs diaphonie.(1&2), 39–53.

Andermann, M., Patterson, R. D., & Rupp, A. (2020). Transient and sustained processing of musical consonance in auditory cortex and the effect of musicality.(4), 1320–1331.

Arnal, L. H., Flinker, A., Kleinschmidt, A., Giraud, A.-L., & Poeppel, D. (2015). Human screams occupy a privileged niche in the communication soundscape.(15), 2051–2056.

Ball, P. (2008). Facing the music.(7192), 160–162.

Belfi, A. M., Moreno, G. L., Gugliano, M., & Neill, C. (2021). Musical reward across the lifespan., 1–8.

Bennett, W. R., & Holland, C. K. (Eds). (2018).Switzerland, Cham: Springer Nature Switzerland AG.

Bernini, A., & Talamucci, F. (2014). Consonance of complex tones with harmonics of different intensity.(2), 78–89.

Bidelman, G. M. (2013). The role of the auditory brainstem in processing musically relevant pitch., 264.

Bidelman, G. M., & Grall, J. (2014). Functional organization for musical consonance and tonal pitch hierarchy in human auditory cortex., 204–214.

Bidelman, G. M., & Heinz, M. G. (2011). Auditory–nerve responses predict pitch attributes related to musical consonance–dissonance for normal and impaired hearing.(3), 1488–1502.

Bidelman, G. M., & Krishnan, A. (2009). Neural correlates of consonance, dissonance, and the hierarchy of musical pitch in the human brainstem.(42), 13165–13171.

Bones, O., Hopkins, K., Krishnan, A., & Plack, C. J. (2014). Phase locked neural activity in the human brainstem predicts preference for musical consonance., 23–32.

Bonin, T., & Smilek, D. (2016). Inharmonic music elicits more negative affect and interferes more with a concurrent cognitive task than does harmonic music.(3), 946–959.

Bowling, D. L., Hoeschele, M., Gill, K. Z., & Fitch, W. T. (2017). The nature and nurture of musical consonance.(1), 118–121.

Bowling, D. L., & Purves, D. (2015). A biological rationale for musical consonance.(36), 11155–11160.

Bowling, D. L., Purves, D., & Gill, K. Z. (2018). Vocal similarity predicts the relative attraction of musical chords.(1), 216–221.

Brattico, E., Pallesen, K. J., Varyagina, O., Bailey, C., Anourova, I., J?rvenp??, M., ... Tervaniemi, M. (2009). Neural discrimination of nonprototypical chords in music experts and laymen: An MEG study.(11), 2230–2244.

Bravo, F., Cross, I., Hopkins, C., Gonzalez, N., Docampo, J., Bruno, C., & Stamatakis, E. A. (2020). Anterior cingulate and medial prefrontal cortex response to systematically controlled tonal dissonance during passive music listening.(1), 46–66.

Brown, S., & Jordania, J. (2013). Universals in the world’s musics.(2), 229–248.

Butler, J. W., & Daston, P. G. (1968). Musical consonance as musical preference: A cross-cultural study.(1), 129–142.

Chan, P. Y., Dong, M., & Li, H. (2019). The science of harmony: A psychophysical basis for perceptual tensions and resolutions in music.,, 2369041.

Chiandetti, C., & Vallortigara, G. (2011). Chicks like consonant music.(10), 1270– 1273.

Chow, S. (2020). A localised boundary object: Seventeenth- century western music theory in China., 75–113.

Christensen, T. (2004). Rameau and musical thought in the Enlightenment. In I. Bent, (general ed.),Cambridge: Cambridge University Press.

Coffey, E. B. J., Herholz, S. C., Chepesiuk, A. M. P., Baillet, S., & Zatorre, R. J. (2016). Cortical contributions to the auditory frequency–following response revealed by MEG., 11070.

Conard, N. J., Malina, M., & Münzel, S. C. (2009). New flutes document the earliest musical tradition in southwestern Germany.(7256), 737–740.

Cousineau, M., McDermott, J. H., & Peretz, I. (2012). The basis of musical consonance as revealed by congenital amusia.(48), 19858–19863.

Crespo-Bojorque, P., & Toro, J. M. (2015). The use of interval ratios in consonance perception by rats (rattus norvegicus) and humans (homo sapiens).(1), 42–51.

Crocker, R. L. (1963). Pythagorean mathematics and music.(2), 189–198.

Crowder, R. G., Reznick, J. S., & Rosenkrantz, S. L. (1991). Perception of the major/minor distinction: V. Preferences among infants.(3), 187–188.

de Cheveigné, A. (2005). Pitch perception models. In C. J. Plack & A. J. Oxenham (Eds.),(pp. 169–233). New York: Springer.

Dellacherie, D., Roy, M., Hugueville, L., Peretz, I., & Samson, S. (2011). The effect of musical experience on emotional self-reports and psychophysiological responses to dissonance.(3), 337–349.

di Stefano, N., Focaroli, V., Giuliani, A., Formica, D., Taffoni, F., & Keller, F. (2017). A new research method to test auditory preferences in young listeners: Results from a consonance versus dissonance perception study.(5), 699–712.

Dostrovsky, S. (1975). Early vibration theory: Physics and music in the seventeenth century.(3), 169–218.

Feng, L., & Wang, X. (2017). Harmonic template neurons in primate auditory cortex underlying complex sound processing.(5), E840–E848.

Fishman, Y. I., Volkov, I. O., Noh, M. D., Garell, P. C., Bakken, H., Arezzo, J. C., ... Steinschneider, M. (2001). Consonance and dissonance of musical chords: Neural correlates in auditory cortex of monkeys and humans.(6), 2761–2788.

Foss, A. H., Altschuler, E. L., & James, K. H. (2007). Neural correlates of the Pythagorean ratio rules.(15), 1521–1525.

Friedman, R. S., Kowalewski, D. A., Vuvan, D. T., & Neill, W. T. (2021). Consonance preferences within an unconventional tuning system.(3), 313–330.

Gill, K. Z., & Purves, D. (2009). A biological rationale for musical scales.(12), e8144.

Gold, B. P., Mas–Herrero, E., Zeighami, Y., Benovoy, M., Dagher, A., & Zatorre, R. J. (2019). Musical reward prediction errors engage the nucleus accumbens and motivate learning.(8), 3310–3315.

Greenwood, D. D. (1961). Auditory masking and the critical band.(4), 484–502.

Greenwood, D. D. (1991). Critical bandwidth and consonance in relation to cochlear frequency–position coordinates.(2), 164–208.

Guernsey, M. (1928). The role of consonance and dissonance in music.,(2), 173–204.

Harrison, P., & Pearce, M. T. (2020). Simultaneous consonance in music perception and composition.(2), 216–244.

Harrison, P. M. (2021). Three questions concerning consonance perception.(3), 337–339.

Helmholtz, H. (1885).. 2nd ed (A. J. Ellis, Trans). New York: Dover

Hoeschele, M., Cook, R. G., Guillette, L. M., Brooks, D. I., & Sturdy, C. B. (2012). Black-capped chickadee (Poecile atricapillus) and human (Homo sapiens) chord discrimination.(1), 57–67.

Hulse, S. H., Bernard, D. J., & Braaten, R. F. (1995). Auditory discrimination of chord-based spectral structures by European starlings (Sturnus vulgaris)., 409–423.

Itoh, K., Suwazono, S., & Nakada, T. (2010). Central auditory processing of noncontextual consonance in music: An evoked potential study.(6), 3781–3787.

Izumi, A. (2000). Japanese monkeys perceive sensory consonance of chords.(6), 3073–3078.

Kennedy, D., & Norman, C. (2005). What don’t we know.(5731), 75.

Kieffer, A. (2016). Riemann in France: Jean marnold and the “modern” music-theoretical ear.,(1), 1–15.

Killin, A. (2018). The origins of music: Evidence, theory, and prospects., 2059204317751971.

Kim, S. G., Lepsien, J., Fritz, T. H., Mildner, T., & Mueller, K. (2017). Dissonance encoding in human inferior colliculus covaries with individual differences in dislike of dissonant music.(1), 5726.

Koda, H., Basile, M., Olivier, M., Remeuf, K., Nagumo, S., Blois–Heulin, C., & Lemasson, A. (2013). Validation of an auditory sensory reinforcement paradigm: Campbell’s monkeys (Cercopithecus campbelli) do not prefer consonant over dissonant sounds.(3), 265–271.

Kohlrausch, A., Fassel, R., & Dau, T. (2000). The influence of carrier level and frequency on modulation and beat–detection thresholds for sinusoidal carriers.(2), 723–734.

Konoval, B. (2018). Pythagorean pipe dreams? Vincenzo galilei, marin mersenne, and the pneumatic mysteries of the pipe organ.(1), 1–51.

Masataka, N. (2006). Preference for consonance over dissonance by hearing newborns of deaf parents and of hearing parents.(1), 46–50.

Masataka, N., & Perlovsky, L. (2013). Cognitive interference can be mitigated by consonant music and facilitated by dissonant music., 2028.

McDermott, J. H., Lehr, A. J., & Oxenham, A. J. (2010). Individual differences reveal the basis of consonance.(11), 1035–1041.

McDermott, J. H., & Oxenham, A. J. (2008). Music perception, pitch, and the auditory system.(4), 452–463.

McDermott, J. H., Schultz, A. F., Undurraga, E. A., & Godoy, R. A. (2016). Indifference to dissonance in native Amazonians reveals cultural variation in music perception.(7613), 547–550.

McKinney, M., Tramo, M., & Delgutte, B. (2001). Neural correlates of musical dissonance in the inferior colliculus. In D. J. Breebaart, A. J. M. Houtsma, A. Kohlrausch, V. F. Prijs, & R. Schoonhoven, (Eds.),(pp.83–89). Maastricht, the Netherlands: Shaker Publishing.

McLachlan, N., Marco, D., Light, M., & Wilson, S. (2013). Consonance and pitch.(4), 1142–1158.

McPherson, M. J., Dolan, S. E., Durango, A., Ossandon, T., Valdés, J., Undurraga, E. A., ... McDermott, J. H. (2020). Perceptual fusion of musical notes by native Amazonians suggests universal representations of musical intervals.(1), 2786.

Mehr, S. A., Singh, M., Knox, D., Ketter, D. M., Pickens–Jones, D., Atwood, S., ... Glowacki, L. (2019). Universality and diversity in human song.(6468).

Meyer, M. (1903). Experimental studies in the psychology of music.(3/4), 192–214.

Milne, A. J., Laney, R., & Sharp, D. B. (2016). Testing a spectral model of tonal affinity with microtonal melodies and inharmonic spectra.(4), 465–494.

Minati, L., Rosazza, C., D'Incerti, L., Pietrocini, E., Valentini, L., Scaioli, V., ... Bruzzone, M. G. (2009). Functional MRI/event-related potential study of sensory consonance and dissonance in musicians and nonmusicians.(1), 87–92.

Montoya, R. M., Horton, R. S., Vevea, J. L., Citkowicz, M., & Lauber, E. A. (2017). A re-examination of the mere exposure effect: The influence of repeated exposure on recognition, familiarity, and liking.(5), 459–498

Norman-Haignere, S. V., Kanwisher, N., McDermott, J. H., & Conway, B. R. (2019). Divergence in the functional organization of human and macaque auditory cortex revealed by fMRI responses to harmonic tones.(7), 1057–1060.

Oxenham, A. J. (2018). How we hear: The perception and neural coding of sound., 27–50.

Pagès‐Portabella, C., & Toro, J. M. (2020). Dissonant endings of chord progressions elicit a larger ERAN than ambiguous endings in musicians.(2), e13476.

Palisca, C. V. (1961). Scientific empiricism in musical thought. In H. H. Rhys (Eds.),(Vol. 2361, pp. 91–137). Princeton University Press.

Parncutt, R., & Hair, G. (2011). Consonance and dissonance in music theory and psychology: Disentangling dissonant dichotomies.(2), 119–166.

Parncutt, R., Reisinger, D., Fuchs, A., & Kaiser, F. (2019). Consonance and prevalence of sonorities in Western polyphony: Roughness, harmonicity, familiarity, evenness, diatonicity.(1), 1–20.

Pear, T. H. (1911). The experimental examination of some differences between the major and the minor chord.(1), 56–88.

Perani, D., Saccuman, M. C., Scifo, P., Spada, D., Andreolli, G., Rovelli, R., ... Koelsch, S. (2010). Functional specializations for music processing in the human newborn brain.(10), 4758–4763.

Pesic, P. (2014).. Cambridge, Massachusetts: MIT Press.

Pisanski, K., & Feinberg, D. R. (2019). Vocal attractiveness. In S. Frühholz & P. Belin (Eds.),(pp. 607–625). New York: Oxford University Press.

Plack, C. J. (2010). Musical consonance: The importance of harmonicity.(11), R476–R478.

Plantinga, J., & Trehub, S. E. (2014). Revisiting the Innate Preference for Consonance.(1), 40–49.

Plomp, R., & Levelt, W. J. M. (1965). Tonal consonance and critical bandwidth.(4), 548–560.

Popescu, T., Neuser, M. P., Neuwirth, M., Bravo, F., Mende, W., Boneh, O., ... Rohrmeier, M. (2019). The pleasantness of sensory dissonance is mediated by musical style and expertise.(1), 1–11.

Popham, S., Boebinger, D., Ellis, D. P. W., Kawahara, H., & McDermott, J. H. (2018). Inharmonic speech reveals the role of harmonicity in the cocktail party problem.(1), 2122

Postal, O., Dupont, T., Bakay, W., Dominique, N., Petit, C., Michalski, N., & Gourévitch, B. (2020). Spontaneous mouse behavior in presence of dissonance and acoustic roughness.588834.

Prete, G., Bondi, D., Verratti, V., Aloisi, A. M., Rai, P., & Tommasi, L. (2020). Universality vs experience: A cross-cultural pilot study on the consonance effect in music at different altitudes., e9344.

Primavesi, O. (2016). Empedocles’ cosmic cycle and the pythagorean tetractys.(1), 5–29.

Proverbio, A. M., Orlandi, A., & Pisanu, F. (2016). Brain processing of consonance/dissonance in musicians and controls: A hemispheric asymmetry revisited.(6), 2340–2356.

Purves, D. (2017).Cambridge: Harvard University Press.

Scharinger, M., Idsardi, W. J., & Poe, S. (2011). A comprehensive three-dimensional cortical map of vowel space.(12), 3972– 3982.

Schneider, A. (2018). Pitch and pitch perception. In R. Bader (Eds.),(pp. 605–685). Berlin, Heidelberg: Springer.

Schwartz, D. A., Howe, C. Q., & Purves, D. (2003). The statistical structure of human speech sounds predicts musical universals.(18), 7160–7168.

Seror, G. A., & Neill, W. T. (2015). Context dependent pitch perception in consonant and dissonant harmonic intervals.(5), 460–469.

Shapira, L. I., & Stone, L. (2008). Perception of musical consonance and dissonance: An outcome of neural synchronization.(29), 1429–1434.

Stolzenburg, F. (2015). Harmony perception by periodicity detection.(3), 215– 238.

Stumpf, C. (1989). Konsonanz and dissonanz., 91–107.

Sugimoto, T., Kobayashi, H., Nobuyoshi, N., Kiriyama, Y., Takeshita, H., Nakamura, T., & Hashiya, K. (2010). Preference for consonant music over dissonant music by an infant chimpanzee.(1), 7–12.

Sukljan, N. (2020). Renaissance music between science and art.(2), 183–206.

Tabas, A., Andermann, M., Schuberth, V., Riedel, H., Balaguer-Ballester, E., & Rupp, A. (2019). Modeling and MEG evidence of early consonance processing in auditory cortex.(2), e1006820.

Tenney, J. (1988).. New York: Excelsior Music Publishing.

Toro, J. M., & Crespo-Bojorque, P. (2017). Consonance processing in the absence of relevant experience: Evidence from nonhuman animals., 33–44.

rainor, L. J., & Heinmiller, B. M. (1998). The development of evaluative responses to music:: Infants prefer to listen to consonance over dissonance.(1), 77–88.

Trainor, L. J., Tsang, C. D., & Cheung, V. H. (2002). Preference for sensory consonance in 2–and 4–month–old infants.(2), 187–194.

Tramo, M. J., Cariani, P. A., Delgutte, B., & Braida, L. D. (2001). Neurobiological foundations for the theory of harmony in western tonal music.(1), 92–116.

Valentine, C. W. (1914). The method of comparison in experiments with musical intervals and the effect of practice on the appreciation of discords.(1), 118–135.

Vassilakis, P. N. (2005). Auditory roughness as a means of musical expression., 119–144.

Vencovsk?, V. (2016). Roughness prediction based on a model of cochlear hydrodynamics.(2), 189–201.

Virtala, P., Huotilainen, M., Partanen, E., Fellman, V., & Tervaniemi, M. (2013). Newborn infants' auditory system is sensitive to Western music chord categories., 492.

Virtala, P., & Tervaniemi, M. (2017). Neurocognition of major–minor and consonance–dissonance.(4), 387–404.

von Békésy, G. (1960).. New York: McGraw Hill.

Watanabe, S., Uozumi, M., & Tanaka, N. (2005). Discrimination of consonance and dissonance in Java sparrows.(2), 203–208.

Weiss, M. W., Cirelli, L. K., McDermott, J. H., & Trehub, S. E. (2020). Development of consonance preferences in Western listeners.(4), 634–649.

Werker, J. F., & Hensch, T. K. (2015). Critical periods in speech perception: New directions., 173–196.

Zatorre, R. J., & Salimpoor, V. N. (2013). From perception to pleasure: Music and its neural substrates.(Suppl. 2), 10430– 10437.

Zentner, M. R., & Kagan, J. (1996). Perception of music by infants.(6595), 29–29.

Zhou, L., Liu, F., Jiang, J., & Jiang, C. (2019). Impaired emotional processing of chords in congenital amusia: Electrophysiological and behavioral evidence., 103577.

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

B842, B845