不和諧音程使人感到不和諧的原理是什麼？

謝@Mon1st邀。其實他的答案已經基本回答了這個問題，我換個姿勢來扯一下。

小學音樂教室的牆上有一排大字我印象很深刻：「音樂是世界通用的語言」。即使語言不通，文化不同，拿起樂器，我們也能通過曲調來產生共鳴。除了音樂所帶來的情緒反應，似乎我們對「悅耳」的定義也是共通的。那到底是什麼讓我們覺得「悅耳」呢？為什麼人類有這樣的共通性？這是不是天生的呢？

過去，大多數科學家認為這是天生的，也就是@鄧柯老師的答案，認為是大腦的出廠設置就是將這些音程設置為悅耳的。或說，西方音樂中的這一特徵（有些音程聽起來和諧，有些聽起來不和諧）顯示了聽覺系統中的特殊規則，且是全人類通用的，與文化背景無關？

（這也是很多人為什麼對聽覺神經科學感興趣的原因。音樂本身可以說就是一個很獨特的存在，為什麼要有音樂？在人類文明發展之前，音樂有什麼用？它既不能幫我遮風避雨，也不能讓我逃開危險，更不能強身健體。但音樂的確存在，而且人類在音樂上的天分實在是令人驚訝。音樂的存在，本身就是神經科學中一個很有意思的話題。在此不深談。）

但上個月28號（2016.7.28）的《自然》封面文章 (McDermott et al. 2016) 提供了直接證據：音程是否讓人感到和諧，是後天的文化環境決定的。

所以@鄧柯的答案（「物質決定意識。音程是否讓人感到諧和，是音程自身的自然屬性決定的。」）是不準確的。但這也是情理之中，因為這是才出來的科研結果。鄧老師不是專門研究聽覺神經科學的科研工作者，所以可能在這方面的信息會有延遲是很正常的。其實五月份我在知乎『鹽』上見到鄧老師時，當時我說我想跟您聊一下，就是想聊這個（因為McDermott恰是我們實驗室的合作者）。

鄧老師的答案非常完美地展現了傳統上我們對「這個音程聽起來很協調（consonant）」的理解。相信你去問老師（生物、心理或是音樂），這應該是標準答案。但，科學家的工作就是不斷地質疑之前所得的知識，接受「我的理論需要被人超越」。

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不和諧音程使人感到不和諧的原理是什麼？

首先，什麼是音程？維基百科：「在樂音體系中，音程是指兩個音的高低關係，或兩音之間的音高差距。」

這裡我們研究的主要是『和弦音程』，就是兩個或多個同時發生的音符。

「有些音程聽起來令人愉悅，有些音程卻令人感覺突兀、不悅耳。」

在學術上（聽覺神經科學和音樂心理學上），前者叫做諧和的（consonant），後者叫做不諧和的（dissonant）（見下圖）。

圖1：西方音樂中諧和（consonant）和不諧和（dissonant）的和弦。截圖自 Bones & Christopher 2015.

音樂家們也利用這些特徵來譜寫帶有不同情緒的樂曲。譬如說，諧和的音一般聽起來是愉快的、喜氣洋洋的。譬如說星球大戰主題曲開頭，就使用perfect 5th來創造激昂，充滿鬥志的曲調（非專業，請輕拍）。而不協和的音往往有相反的效果，可以說不諧和的音會讓大腦覺得感到意外，不穩定——這會讓曲調有種『緊張感』。（跪求輕拍）

那到底為什麼有這樣的規律呢？這種「諧和」是不是有生物基礎的呢？換言之，西方音樂中的這一特徵，是不是反映了大腦的一些基本設置，或說其本身就有基礎性的重要性，只是我們只是在音樂中發現了它而已？細思極恐有沒有。因為種種原因，很多科學家認為，這肯定背後有大秘密。

就像@鄧柯所提，這背後有明顯的數學邏輯。而正是因為這個數學邏輯，讓科學家更是堅信，這多半是天生的，絕逼不可能是巧合。

來自MIT的聽覺神經科學家Josh McDermott是在這方面的「優秀答題者」。

***************** 這部分內容中英混雜，還未梳理乾淨，可讀性較低，可以跳過********************

我們現在所猜測的相關原理，在McDermott et al. 2010這篇Current Biology中有一個很好的概括（我懶得翻譯啦！）。反正為了測試到底聲音的什麼特性和諧和性有關，Mcdermott測試了250名美國學生，發現人們認為沒有beats的並且有harmonic spectra的聲音更好聽。但和對諧和的偏好相關的因素只有對harmonic spectra的偏好。同時對harmonic spectra的偏好也被發現與被試者的音樂教育長度相關。

所以，他們總結道，對諧和的感知應該是由「和弦中的音的泛音重疊多少」所決定的 （McDermott et al. 2012）（見圖2）。In the case of the dissonant tritone (A), the harmonics of the combined spectrum are irregularly spaced and therefore inharmonic. In the case of the consonant perfect fifth, the harmonics of the combined spectrum are regularly spaced and in some cases perfectly coincide (violet bars).

圖2：諧和的感知應該是由「和弦中的音的泛音重疊多少」所決定的（取自我自己的周會ppt）

來自諾丁漢大學的Bones et al. 2014進一步發現，腦幹中的inferior colliculus在編譯泛音上有重要作用（The

harmonic structure of a chord is temporally coded in the inferior colliculus.）。並且，this

neural temporal coding of harmonic structure predicts individual differences in

the perception of consonance in young normal hearing subjects.

雖然有些沒頭沒尾的，但針對consonance的研究其實比較有限，比較靠譜的研究都還停駐於心理物理學上。腦電圖和核磁共振成像方面似乎還沒有？

***************************可以從這裡繼續閱讀********************

但這種普遍性會不會是因為大多數的（有話語權的）科學家本身都是聽西方音樂長大的，而且所接觸到的被試者，都是聽著西方音樂的長大呢？

如果這個諧和的感知是天生的，那麼無論有沒有聽過西方音樂，人們聽到perfect fifth就會覺得好聽，聽到tritone就會覺得不好聽。

但隨著戰爭和殖民、以及現在的全球化，很難找到一個「完全沒有受到西方音樂的影響」的群體。人類學家Ricardo Godoy發現馬遜的一個超級封閉的小村莊Tsimane里，當地人都沒有受到西方音樂的影響。他們的音樂非常單調，而且只有單音演奏，從來不會多人同時和聲。

這樣的群體，對於測試「音程的諧和性是否是天生的」簡直是完美的文化control組！所以McDermott設計了一個非常簡單的實驗（我敢打賭，這應該是這幾年發表在自然上最簡單的一個實驗了）：給被試者放不同音程的聲音，然後讓他們評分到底「悅耳不悅耳」。結果也很清晰，在美國長大的被試者們（對照組）在聽這些聲音時，不諧和的聲音明顯就是不悅耳，諧和的聲音就是悅耳的，但Tsimane的村民認為這些聲音的悅耳性都一樣，沒有區別——說明諧和性是受音樂背景所影響的——這是後天的。

圖3：測試Tsimane居民的「實驗環境」。McDermott提供。右邊那個男的不是mcdermott，應該是Godoy。

也就是說，你聽到這個音悅不悅耳，是由你從小到大所聽的音樂所決定的。那到底大腦是怎麼決定諧和性的，神經科學上還不清楚。

如果你是普通讀者，閱讀到此即可。這個結果非常直接簡單，沒必要貼圖來讓你覺得「好科學啊，但看不懂」。

如果你想了解更多，請閱讀原文（McDermott et al. 2016）。這個研究非常的簡單也非常的優雅。他們設計了一系列的實驗來控制對照組。會不會Tsimane的居民對harmony的感知有問題呢——檢查了，並沒有問題。會不會Tsimane居民對聲音的情緒理解與我們不同呢？——測試了，沒有問題。等等等。。。

我非常非常仔細地閱讀了這篇論文，真的是無懈可擊。（其實從Mcdermott平時不苟言笑就能猜到出來他是多麼的嚴謹）。

你要是懶得看原論文，你也可以下載我為周會做的ppt，我快速地在備註欄里寫了些筆記（錯別字很多，請包涵），你可以對照著筆記看ppt。

百度網盤下載地址：https://pan.baidu.com/s/1i5fQCPR

寫完了之後發現網上已經有不少相關的科普文了，請大家參考：

The Surprising Musical Preferences of an Amazon Tribe

Music is universal

Culture, not biology, decides the difference between music and noise

我已經把這篇論文的封面作為手機封面，每天舔屏。（導師看到後說我是個變態粉絲。）

這答案沒頭沒尾的，沒有結構，以後看到了相關論文，再來更新。

參考文獻：

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. Nature advance online publication. doi:10.1038/nature18635（這個就是上面提到的新文章）

McDermott, J.H., Lehr, A.J., Oxenham, A.J., 2010. Individual Differences Reveal the Basis of Consonance. Curr Biol 20, 1035–1041. doi:10.1016/j.cub.2010.04.019

Fritz, T., Jentschke, S., Gosselin, N., Sammler, D., Peretz, I., Turner, R., Friederici, A.D., Koelsch, S., 2009. Universal Recognition of Three Basic Emotions in Music. Current Biology 19, 573–576. doi:10.1016/j.cub.2009.02.058

Marin, M.M., Thompson, W.F., Gingras, B., Stewart, L., 2015. Affective evaluation of simultaneous tone combinations in congenital amusia. Neuropsychologia 78, 207–220. doi:10.1016/j.neuropsychologia.2015.10.004

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