冷知识为什么唱歌时自己听到的声音和录 [复制链接]

声乐那些事儿

｜以音乐的名义讲述有温度的故事

本文部分内容转载自知乎-科研君

为什么我们的声音听起来和录音设备中的不一样？

这是听觉领域中一个非常接地气的问题，当然，我们首先想到的回答一定是——“都怪这个录音设备太low，明明我的声音这么好听，唱的这么洋气，怎么录出来的声音这么土，这一定不是我的问题！”

你这么安慰自己呢是可以的，但这并不是主要的因素，因为大多数情况下别人都会无情的告诉你事实，而且别人在听的你的声音是和录音机里的声音是一样的。

那么这到底是为什么呢？

抛开录音技术里的各种高难度的操作（毕竟有那种大神级的录音师），今天我们就从生物学机理上，通过听觉神经系统来揭开这个奥秘。

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No.1

听觉传导通路

首先，我们想要搞清楚为什么自己的声音和录音中自己的声音不一样，就必须要弄明白我们自己是怎样听到，换句你们高逼格的话就是：搞清楚听觉传导通路。

1.听觉传导通路

1.1声波通过空气传导介导的听觉传导通路

许多声源都会使空气压强产生周期性变化，那这种空气压强的振动是怎样转化为神经活动的呢？首先我们看下面的解剖图（见图1）：

图1.外耳、中耳和内耳。

如图所示，由皮肤覆盖软骨所形成的类似漏斗妆的耳廓（pinna）使得我们收集声音更集中，耳廓以内的所有的结构都是耳的组成成分，包括外耳（耳廓至耳膜）、中耳（鼓膜和听小骨）、内耳（卵圆窗内侧部分，包括耳蜗和耳迷路）。

声音从外耳传递到中耳，声波使鼓膜产生运动，当气压推动鼓膜时，使三块听小骨（锤骨、砧骨和镫骨）发挥出杠杆作用，进而使镫骨底板在卵圆窗（ovalwindow）处向内推进。通过改变作用力和表面积使得卵圆窗上的压强大于鼓膜压强，让声音导致的鼓膜大幅运动被转换成卵圆窗上小幅却更有力的震动（卵圆窗上的压力比鼓膜的压力提高大约20倍），这为之后顺利使内耳的液体产生运动提供了方便（如图2）：

图2.中耳。

如图中箭头所示，当气压推动鼓膜时，锤骨的底部也被往里推，听小骨的杠杆作用使得镫骨底板在卵圆窗处向内推进。由于镫骨底板的面积远小于卵圆窗的表面积，使得卵圆窗上的压力远大于鼓膜上的压力。

接着就道路听觉传导通路中非常精彩的一环了。刚才提到卵圆窗在听小骨的作用下发生运动，卵圆窗内侧的部分紧接着就是耳蜗，耳蜗再将声音转化成神经信号的过程非常重要。耳蜗（cochlea），顾名思义，就是个形似蜷缩在壳中的蜗牛，前庭阶中液体叫外淋巴，而中阶充满内淋巴，这些液体在听觉传导过程中非常重要（如图3）：

图3.耳蜗的3个小室

从横切面看，耳蜗含有3个平行小室。这些小室由前庭膜分隔开。科蒂氏器官含有听觉感受器官，位于基底膜上，而为盖膜所覆盖。

特别是，位于基底膜上又一个含有听觉感受神经元的器官，称为科蒂氏器官（organofCorti，也称螺旋器），它包括毛细胞（将机械能转化为膜电位极性的听觉感受器细胞）、科蒂氏杆和各种支持细胞。毛细胞被夹在基底膜和网状板之间，它分为外毛细胞和内毛细胞，外毛细胞的尖端终止于凝胶状的盖膜中，而内毛细胞终止于盖膜下。（如图4）：

图4.科蒂氏器官

基底膜支持的组织包括内、外毛细胞和刚性的科蒂氏杆。盖膜从骨性蜗轴上一直延伸到毛细胞上突出的静毛上，并将其覆盖住。

好了，下面总结上述的内容，划重点了：声波在卵圆窗处推动镫骨底板，使得外淋巴在前庭阶移动而内淋巴在中阶移动，内淋巴的运动使基底膜在基底部发生弯曲，由于基底膜、科蒂氏杆、网状板和毛细胞都是刚性链接的，这些结构呈一体化运动，会形成对盖膜的轴向运动，因为盖膜支撑着外毛细胞静纤毛的底部，网状板与盖膜相对的侧向运动使得外毛细胞的静纤毛发生朝向某一方向的倾斜（如图5）。这样，这个神奇的器官就将正弦波震动变成了左右震动。

图5.基底膜的向上运动所造成的纤毛倾斜

（a）静息时，毛细胞位于网状板和基底膜之间，外毛细胞的静纤毛尖端连与盖膜。

（b）当声音使基底膜向上倾斜时，网状板向上移动，进入蜗轴，从而使得纤毛向外倾斜。

接着，神奇的事情又发生了，因为毛细胞上的钾离子通道是机械打开的（很特别有木有！），当纤毛倾斜时，静纤毛顶端钾离子通道开启，引起毛细胞感受器点位的变化，并且毛细胞只在一个方向上打开离子通道，而在相反方向则使通道关闭（如图6a）。k+流入毛细胞导致细胞去极化，继而激活钙离子通道，钙离子的流入使得神经递质释放，进而激活了毛细胞突触后的螺旋神经纤维（如图6b）：

图6.毛细胞的去极化

（a）当链接静纤毛的剪短伸展时，静纤毛尖端的钾通道开发。

（b）钾离子的流入使毛细胞发生去极化，从而打开电压门控的Ca2+通道。Ca2+的流入导致神经递质从突触囊泡中释放，然后弥散至突触后螺旋神经节细胞的突起。

来自螺旋神经节的传入神经，通过听-前庭神经进入脑干，向耳蜗核投射，然后再到上橄榄（superiorolive），接着是下丘（inferiorcolliculus），丘脑，最后是听皮层，然后皮层的信息整合分析后，最后让我们“听到了声音”（如图7）：

图7.听觉通路

从螺旋神经节导听觉皮层的神经信号传递有多种途径。此处给出（a）主要通路的框架图和（b）通过脑干的横切面。注意，只给出了一侧的连接。

1.2小结：声波通过空气传导介导的听觉传导通路

声波→耳廓→外耳道→鼓膜→三块听小骨，起杠杆作用，放大信号20倍→耳蜗，耳朵里面有液体，会随震动而震动→基底膜会随液体震动而震动，膜上有内/外毛细胞→正弦波震动改变成左右震动→毛细胞上的钾离子通道是机械打开的，内毛细胞只超过一个方向才会打开离子通道→产生动作电位→脑干（耳蜗核）→上橄榄（binauralprocessing）→下丘（ingeriorcolliculus）→丘脑→听觉皮层

我们的听觉通路相对于视觉通路还是挺复杂的，下面我们再谈谈另一个听觉通路：骨传导（boneconduction）。

1.3声波通过骨头传导介导的听觉传导通路

声音的本质是机械的波，是有机械震动在介质中传播形成的。所以，声音的传播需要介质，而传播介质并不是只有空气，液体和固体也可以是介质，甚至声音在固体中传输的速度比在空气中的更快，也就是说声波也是可以通过颅骨来传播的。声波传到骨头，骨头产生震动，内外毛细胞发生倾斜，然后机械性打开钾离子通道，导致毛细胞去极化进而激活电压门控的钙离子通道，最后使得神经递质释放，继而激活了毛细胞突触后的螺旋神经节纤维，来自螺旋神经节的传入神经经过多级传送最后到达听觉皮层。

其实生活中骨传导的例子还是很多的，比如你有没有发现你自己吃脆苹果的时候感觉声音很响，但是其实别人可能并没听到什么声音；你将上下牙合紧时发出的响声你旁边的人可能一点都听不到，但是你自己却能听的很清楚。

另外，我们的贝多芬大神，在听觉受损的状态下，学会了将木棒一头抵在钢琴上，然后自己用牙咬着木棒另一头。当演奏时，钢琴的震动通过木棒传到下颌骨，由于头骨的骨头之间都是相连的，下颌骨的震动可以传到颞骨，然后不经过外耳中耳直接传入内入。

1.4小结：声波通过骨头传导介导通路

声波→颅骨→耳蜗，耳蜗内有液体，会随震动而震动→基底膜会随液体震动而震动，膜上有内/外毛细胞→正弦波震动改变成左右震动→毛细胞上的钾离子通道是机械打开的，内毛细胞只超过一个方向才会打开离子通道→产生动作电位→脑干（耳蜗核）→上橄榄（binauralprocessing）→下丘（ingeriorcolliculus）→丘脑→听觉皮层

所以说，跟经过空气传导的通路相比，骨传导显得更加“简单粗暴”，所以它的优点也是很明显的：速度快、能量衰减小、音色变化小。

No.2

为什么我们的声音听起来和录音中不一样

通过上面的长篇大论，大家对两种声音传导模式有了一定的概念，我相信大家也知道我们要用骨传导来解释这个问题了。

大家之前肯定也在百度上搜索过类似的问题，也知道骨传导这么回事，但今天我们不会仅仅肤浅的从骨传导来告诉为什么会有声音的差异，还会从大脑里面的调节机制在其中所起的作用，来向你解释这个问题。

2.1原因一：骨传导

在1中的听觉传导通路中讲过空气传导和骨传导的传导通路，骨传导中，声音不经过外耳和中耳（不经过耳道鼓膜等）直接传入内耳，声音的速度更快，能量衰减小，音色变化更小。当我们唱歌时，自己听到的声音其实一般都是既有空气传导又有骨传导，是这两种声音传播方式叠加的效果，根据音量的大小以及声音位置和传送与否，自己听到的空气传导和骨传导产生的声音所占比例也不同，。然而，当别人听你唱歌时，只产生了空气传导这一听觉传导通路，而只有空气传导的话会使声音能量大大衰减，音色也发生改变，所以自然我们听自己的声音和别人听到的或者说录音机里面的声音就不一样了（如图9）：

图9.空气传导和骨传导的区别。

2.2原因二：大脑的调节作用

简单的结论就是：我们的发声系统在歌唱过程中可以调节听觉皮层。

首先，当我们自己唱歌或者发音时，我们的听觉皮层中的神经元是被抑制的，甚至，在我们没开口前，我们的听觉皮层神经元已经被抑制了（如图10）：

另外，我们唱歌时是需要反馈的，这才能使自己调节自己的声音，也就是说我们的听觉系统对我们说话的声音是有反馈监控作用的，这种self-monitoring在区分自我和外界产生的声音输入是很重要的，并且可以帮助我们检测我们发声的错误。

这也就是为什么我么会觉得在满是吸音板的房间特别难唱，觉得声音特别干，唱的十分废劲，已经在大型室外舞台上一定需要监听或者返送音箱，不然我么的反馈机制就会出现错误。

有研究发现，当狨猴发生频率发生改变时，此时声音的反馈（feedback）使听觉皮层中神经元的抑制状态发生改变（如图11）：

再举个简化的例子，当我突然对身边的小明说“你今天好漂亮哇”，小明静静的站在那里，于是我的声音通过空气传导到达小明的大脑听觉皮层，让小明听到“你今天好漂亮哇”这句话，在这个过程中，小明的闹钟不会提前产生对这句话的前馈调节。而对我来说，我的大脑里又一个forwardmodel来通过vocalmodulation调节我的听觉皮层的，我真实的vocalfeedback（你今天好漂亮哇）和我脑中这句话期待的或者说预测的声音状态会进行比较，来发现是否有vocalerror，如果我的这句话符合我的预期，可能在这个动态调控过程中我不会再调整这句话的发音、语速、语调等等。但是如果我的这句话语音语调，或者分贝值沣不符合我的预期，大脑会进行调控，让我说的这句”你今天好漂亮哇“向预期的状态调整。

所以在一个优秀的声音老师，第一必备前提是有一对灵敏的耳朵。在声乐学习中，有一对别人的好耳朵来帮助自己听，给自己指出错误是十分重要的。声乐演唱过程中，真的是有种”当局者迷，旁观者清“的意思。

No.3

总结

为什么自己的声音和录音中自己的声音不一样？

第一，骨传导。当我们唱歌时，自己听到的声音其实是由空气传导和骨传导混合组成的，是这两种声音传播方式的叠加效果，然而当别人听你说话时，只产生了空气传导这一个听觉通路，而只有空气传导会使得声音的能量大大衰弱，音色也会发生改变，所以自然我们听自己的声音和别人听到的或者录音机里面的声音就不一样。

第二，发声系统在说话过程中可以调节听觉皮层（如图12）/p>

No.4

应对办法

1.通过扩大空气传导的音量，调整自己听辨声音时，两种传导模式的比例。

方法一：给自己加一个“扩大监听”

就像下面这样，这是歌唱家在录音时常用的方法，通过夸大空气传导发射音量的监听，平衡空气传导和骨传导传输到大脑皮层的信号，来做出反应，调节声音。

方法二：在演奏厅或者音乐厅演唱来听自己的声音

在欧洲的学校，老师多会鼓励学生在大一些或者回声效果好一些的屋子里练习，如果条件允许，在演奏厅和音乐厅里练习是最佳的选择。音乐本身空间良好的声场效果会扩大声音在空气中传导的共鸣，增大声音反射效果，自己判断的会更清晰。

2.对声音正确的观念与追求

无论什么样的唱法或者方法，我们最后所追求的声音都一定是自然、传送、动听、舒适的，其中声音“传不传”很重要。声音不传的时候，自己的内耳听觉音量会增加，会给自己一种自己声音非常雄伟的假象，而自己声音传的时候，可能自己听上去不是那么的辉煌，但其实这才是正确的。

我们可以通过自己一些随身的录音设备对自己的声音有一个认识和了解，在学习过程中逐步的进行改观和适应。

3.找一对好耳朵帮自己听

当局者迷，旁听者清。我们可以让老师或者同学来帮助我们听，纠正我们的错误，逐渐找到哪个正确的道路，并走下去。

End

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