音乐训练经验与节奏变化空间表征的关系：基于SMARC 效应的检验

陈 睿 陈玉田 李 鹏 张舒琦 陈麒伊

（云南师范大学教育学部，昆明 650500）

1 引 言

当一种刺激特征能产生空间表征时，能观察到个体对特定空间方位具有反应优势。此类优势的一个典型例子是空间数字关联效应（SNARC），该效应表现为当呈现小数值/大数值时，个体对左键/右键的按键反应时显著短于右键/左键（Dehaene et al.，1993）。与数值的空间表征类似，已有研究表明个体同样可以依据音乐所包含的基本要素（音调、响度、节奏）产生空间方位的表征，该现象被称为空间—音乐反应关联（spatial-musical association of response codes，SMARC）效应。部分研究认为，音乐刺激特征必然导致SMARC 效应的产生（Pitteri et al.，2020），但另有研究则认为音乐训练经验是SMARC 效应产生的主要原因（Prpic，2018）。若SMARC 效应受音乐训练经验的影响，则可认为对音乐的空间表征能力是可通过练习提升的。

最初，Rusconi 等人（2006）采用八个不同音调的钢琴纯音（E3、F3#、G3#、A3#、D4、E4、F4#、G4#）与一个参考音调（C4）作为听觉材料以探讨被试是否能对音乐刺激形成空间方位表征。结果发现，个体在高音调（高于C4）/低音调（低于C4）下对右键/左键的按键反应时显著短于左键/ 右键，该结果也得到了众多研究的支持（Lega et al.，2020；Pitteri et al.，2020）。Lidji 等人（2007）的研究则证实了音调与垂直空间方位也存在SMARC 效应，具体表现为在高/低音调下，个体对上键/下键的按键反应时显著短于下键/上键。该实验结果同样获得了其他研究的支持（Puigcerver et al.，2019）。上述研究结果显示，高/低不同音调与左/右、上/下空间方位存在SMARC 效应。有研究指出，由于音乐训练可以促进个体的视觉空间表征能力（Bishop，2014），因此相对于无经验者，有经验者表现出了更显著的SMARC 效应（Jiang&Ariga，2020）。除了对音调空间表征的研究之外，也有研究者探讨了音乐响度的空间表征，他们的研究发现，在强/弱响度下，个体对右键/ 左键的按键反应时显著短于左键/ 右键（Hartmann&Mast，2017），对上键/下键的按键反应时显著短于下键/上键（Bruzzi et al.，2017）。由此表明，强/弱不同响度与左/右、上/下空间方位也存在SMARC 效应。但是目前对音乐训练经验能否影响音乐响度与空间方位的SMARC 效应还缺乏研究（Bruzzi et al.，2017）。

音乐的基本听觉特征除了音调和响度外，还应包含声音连续性变化的特征。这就涉及声音在一段时间内的音调、响度和节奏的变化等。其中音乐节奏是指以节拍数为单位，每分钟内音乐播放的速度（Navarro et al.，2018）。音乐节奏每个节拍间隔时间较短时节奏速度较快，反之则节奏较慢。快节奏下，人们对时距的知觉较短；慢节奏下，人们对时距的知觉较长（Prpic et al.，2013，Bouwer et al.，2016）。在对时间的空间方位表征研究中发现，较短与较长的时距分别与左/右空间方位相对应（Ishihara et al.，2008），因此，若节奏的快慢也能产生空间表征的话，可能会与时距的长短的空间表征具有类似的特征（Vallesi et al.，2008）。在对时间空间方位表征研究的基础上，有研究开始探讨节奏快慢与空间方位之间的表征关系，结果发现，在音乐的渐慢/渐快节奏变化下，个体对左/右键的按键反应时显著短于右/左键（Prpic et al.，2013），表明音乐节奏与空间方位也存在SMARC效应。另外，对视觉刺激的空间方位认知维度除左/右外还有远/近方位。已有对节奏影响个体步行速度的研究发现，较快的节奏会使个体加速前行，其位移接近远方位；而较慢的节奏则会减缓个体前行速度，其位移更接近近方位（Franek，2013），对这种现象的解释是较快的背景音乐节奏促使个体离开现有环境（逃避行为），而较慢的节奏则使个体更愿意与现有环境产生联系（接近行为）（Marek et al.，2014）。也就是说，较快的节奏能诱发个体向远方移动；较慢的节奏则诱发个体向近方位移动。依据上述研究可发现，快/慢节奏可以影响个体前行速度。但若能够在个体无身体运动的情况下也观察到快/ 慢节奏与空间方位的SMARC 效应，才能作为音乐节奏形成空间表征的足够强的证据。此外，在对SNARC 效应的研究中，有研究者认为实验任务中被试的按键反应会因为手动带来无关变量（司继伟 等人，2013），而采用眼动记录可以在自由选择任务下观察到无干 扰 的SMARC 效 应（Fernández，et al.，2011）。前人对婴儿眼动研究发现，听到强响度声音时婴儿对上方位的注视时间显著长于下方位，而听到弱响度声音时，婴儿对下方位的注视时间显著长于上方位（Walker et al.，2010）。另有研究运用眼动仪发现相对于无音乐训练经验个体，有音乐训练经验个体不仅可以伴随不同音乐节奏同步敲击手指，其眼球运动也可以与音乐节奏变化同步，且同步性比手指敲击更高（Hornof & Vessey，2011）。上述研究为在SMARC 效应研究中采用眼动指标提供了依据，并且也提示了个体音乐训练经验可能对效应产生影响。因此，本研究采用自由选择任务下眼动指标来研究节奏变化的SMARC 效应，并对音乐训练在其中的作用进行检验。

总结已有研究发现对于音乐节奏变化能否形成空间表征，及若能形成空间表征，则是否与个体的音乐经验有关，目前尚缺乏研究证据。针对上述问题，本研究拟运用眼动仪，考察被试在听渐快/渐慢节奏变化架子鼓音乐时的眼动特征，以检验音乐节奏变化的SMARC 效应，并探究其和音乐训练经验的关系。研究假设为：（1）架子鼓渐快节奏变化条件下，相对于近方位，有音乐训练经验者比无音乐训练经验者在远方位的注视时间更长；（2）架子鼓渐慢节奏变化条件下，相对于远方位，有音乐训练经验者比无音乐训练经验者在近方位的注视时间更长。

2 实验：渐快/渐慢节奏变化下被试对远/近空间方位的判断

2.1 被试

在本实验中采用G*Power 3.1（Faul et al.，2007）估算最小样本容量。参考前人研究中的实验结果，预期本实验能观察到至少中等偏低的效应量，预设在要进行的重复测量方差分析中被试内和被试间变量交互效应的效应量ηp2=0.059（Lachenbruch&Cohen，1989），α=0.05，1-β=0.8，重复测量水平间的相关为0.4，在2×2×2 的三因素混合实验设计中需要N=40 的样本总容量才能观察到显著的效应。除9 名被试因眼动数据收集失败外，本研究实际招募了61 名被试，达到样本量要求，与前人研究相似（Jiang& Ariga，2020）。其中有音乐训练经验者（缩写为：有经验者）33 人（男生12人），所学乐器为钢琴，平均年龄21.71±2.58 岁，钢琴学习初始年龄为19.46±2.31岁，每周上4 节钢琴课，每天练习约两小时，音乐学习总时长为两年。无音乐训练经验者（缩写为：无经验者）27 人（男生10人），平均年龄21.30±2.28 岁。所有被试均为右利手，视力或矫正视力正常，实验结束获得相应报酬。

2.2 实验设计

实验设计思路源于Rusconi（2006）的实验，旨在检验音乐节奏变化与远近方位的SMARC 效应及与音乐训练经验的关系。实验设计为2（空间方位：远、近）×2（被试类型：有经验、无经验）×2（节奏类型：渐快、渐慢）的混合实验设计。其中，空间方位和节奏类型为被试内变量，被试类型为被试间变量。因变量指标为被试对兴趣区的注视时间，注视点次数仅作为实验结果的参考指标。实验中渐快和渐慢两种节奏变化的音乐随机呈现，且总试次数相同。

2.3 实验材料

视觉图片材料如图1 所示，静态图片为全屏呈现，其分辨率均为1024×768 像素。被试距离电脑显示器57cm，采用cosA=计算得出水平视角为36.38°；垂直视角为30°。

图1 眼动实验中呈现的远近视觉加工方向示意图

音乐材料为一段渐快或渐慢节奏变化的架子鼓音乐，时间为10 秒，节拍数区间为120bpm～200bpm。节奏渐快条件为节拍数从120bpm 以每秒8bpm 的增速逐渐加快至200bpm；节奏渐慢条件为节拍数从200bpm 以每秒8bpm 的减速逐渐减慢至120bpm。声音材料采用FL Studio 2.0 专业音乐制作软件制作。

2.4 实验仪器

所有实验程序均在安装有E-Prime 2.0的戴尔台式电脑中运行，显示器为19 英寸，分辨率为1024×768 像素，刷新率为75Hz。采用Eyelink1000 Plus 眼动仪追踪眼动轨迹并记录被试右眼眼动数据，采样率为1000Hz。

2.5 实验程序

实验开始时，被试坐在距离电脑显示器57cm 的位置上。首先，在电脑显示器中央呈现图片（如图1 所示），通过指导语要求被试在图片呈现后注视其中的蓝色线段，当背景音乐响起时即可自由观察。图片呈现500ms 后，通过耳机呈现渐快或渐慢节奏，持续时间为10s，整个试次过程中图片持续呈现。两类节奏音乐各随机呈现4次，为防止前一种节奏对后面节奏的影响，被试每完成一个试次后进入30s 的休息阶段，然后再进入下一个试次。

3 结 果

参考以往研究（张苏媛等，2021），本研究选取整体眼动指标，整体眼动指标反应被试在两种节奏下对远/近方位观察的整体特征，包括在远/近方位的平均注视时间（远/近方位上注视点的持续时间的平均值）、平均注视次数（远/ 近方位上所有注视点个数的平均值）。研究采用Data Viewer 软件分析眼动数据，后期采用SPSS Statistics 22 进行重复测量方差分析，当p＜0.05 时视为效应显著。

对平均注视时间的重复测量两因素的三因素方差分析发现，空间方位主效应显著，F（1，59）=5.153，p=0.027，ηp2=0.08，且贝叶斯因子支持H1 成立，BF10=5.492。所有被试对远端的注视时间均值（2871ms）显著长于近端（2229ms）。节奏类型和音乐训练经验的主效应均不显著（Fs＜0.007，ps＞0.934）。空间方位×音乐训练经验的交互效应显著，F（1，59）=6.834，p=0.011，ηp2=0.193，且贝叶斯因子支持H1 成立，BF10=1044.760。节奏类型×空间方位的交互效应显著，F（1，59）=6.718，p=0.012，ηp2=0.345，且贝叶斯因子支持H1 成立，BF10=9.124×107。最主要的是，空间方位×节奏类型×音乐训练经验的交互作用显著F（1，59）=4.912，p=0.031，ηp2=0.077，且贝叶斯因子支持H1成立，BF10=3.934。经过简单交互效应分析发现，有经验者的节奏类型×空间方位交互效应显著，F（1，59）=13.06，p=0.001，ηp2=0.181，而无经验者交互效应不显著（Fs＜0.06，ps＞0.802）（见图2）。即有经验者表现出了节奏变化与远/ 近方位SMRAC效应，而无经验者则没有。

图2 渐快/渐慢节奏下被试对远/近空间注视时间（ms）描述统计

对注视次数的重复测量两因素的三因素方差分析发现，空间方位主效应显著，但贝叶斯因子支持H0 成立，F（1，59）=12.153，p=0.001，ηp2=0.171，BF01=0.548，依据贝叶斯分析结果认为效应未能获得实验数据支持。音乐训练经验主效应显著，但贝叶斯因子支持H0 成立，F（1，59）=4.908，p=0.031，ηp2=0.077，BF01=0.549，依据贝叶斯分析结果认为效应未能获得实验数据支持。节奏类型主效应不显著（Fs＜1.682，ps＞0.200）。此外，空间方位×音乐训练经验的交互效应显著，F（1，59）=7.204，p=0.009，ηp2=0.109，且贝叶斯因子支持H1 成立，BF10=33.100。经过简单效应分析发现，无经验者对远端的注视次数（14.38 次）显著多于近端（6.63次），且显著多于有经验者（8.65 次）。节奏类型×空间方位的交互效应显著，F（1，59）=6.718，p=0.012，ηp2=0.102 且 贝 叶 斯 因 子支持H1 成立，BF10=4.071×107。经过简单效应分析发现，在渐快节奏下，两组被试对远端的注视点次数（11.93 次）显著多于近端（6.29 次），在渐慢节奏下，两组被试对远端的注视点次数（11.10 次）显著多于近端（7.99 次）（见图3）；同时，两组被试在渐慢节奏下对近端的注视点次数（7.99 次）显著多于在渐快节奏下对近端的注视点次数（6.29 次）。空间方位×节奏类型×音乐训练经验的交互作用不显著（Fs＜1.423，ps＞0.238）。

图3 渐强/渐弱节奏下被试对远/近空间注视次数（次）描述统计

图4 有/无经验者在渐快节奏下的热点图/注视点图

图5 有经验者在渐慢节奏下的热点图/注视点图

图6 无经验者在渐慢节奏下的热点图/注视点图

4 讨 论

本研究旨在检验个体音乐训练经验与其形成音乐节奏变化的空间方位表征的关系。

依据注视次数和注视时间的结果分析显示，在两种节奏下，两组被试对远端的注视次数显著多于近端，因此在注视次数的结果分析中并未发现两组被试的节奏SMARC 效应。但在注视时间结果分析中则发现音乐训练经验对节奏SMARC 效应产生的重要影响。注视时间和注视次数两项指标并未同时出现SMARC 效应的原因在于，在三维空间中，相对于近端，个体对距离自己较远的位置会投入更多的注意资源，导致个体在视觉搜索时会形成首先对远端进行搜索的习惯（Andersen & Kramer，1993）。具体表现在，两组被试在两种节奏下对远端的搜索次数多于近端（渐快节奏/远端11.93 次，渐快节奏/近端6.29 次；渐慢节奏/ 远端11.10 次，渐慢节奏/ 近端7.99 次）。在注视时间指标中，有经验者渐慢节奏下对近端的持续注视时间（3016ms）显著长于远端（2053ms）。渐快节奏下对远端的注视时间（2930ms） 显著长于近端（2161ms）。而无经验者在两种节奏下对远端的注视时间都显著长于近端（渐快节奏/远端3183ms，渐快节奏/近端1834ms；渐慢节奏/ 远端3217ms，渐慢节奏/ 近端1904ms）。虽然渐慢条件下有经验者对近端的搜索次数较少，但注视时间较长，因此仅有有经验者在注视点时间指标中表现出了SMARC 效应。

在远近空间方位下，有经验者存在节奏的SMARC 效应，但无经验者则不存在节奏的SMARC 效应。在自由选择的眼动实验任务中，音乐节奏渐慢条件下，相比无经验者，有经验者对近端的注视时间更长，表明有经验者表现出了音乐节奏远近空间方位的SMARC 效应，这与假设（2）相符。在实验过程中，以节奏出现前被试对屏幕中央注视点的3 秒注视时间为基线，有音乐训练经验被试在节奏出现后平均第1.37 秒时开始将视线移向近端，而无音乐训练经验被试则在节奏出现后约3.40 秒才首次将视线移向近端。由此可知，音乐训练经验与个体在音乐节奏变化下SMARC 效应的产生存在关系，依据音乐具身认知理论，认为音乐节奏会影响个体的行为方式（Lesaffre，2018），有经验者易于将音乐节奏变化通过感官内化到自身情绪和记忆中，渐慢节奏的音乐会使个体更关注靠近自身的区域（Bruzzi et al.，2017）。该结果也表明，个体身体保持静止状态下，也能在渐慢节奏下形成近方位的空间表征。对本实验中两组被试的眼跳距离数据的补充分析可以发现，当节奏渐慢时有经验者从远端位置到近端位置的眼跳距离（16.06mm）显著长于无经验者（6.82mm），表明有经验者对音乐节奏变化的感知更敏感，更能快速依据不同节奏形成空间表征。

当音乐节奏渐快时，两组被试对远端的注视时间都更长，这与假设（1）不符。相对于渐慢节奏，有经验者在渐快节奏下出现了相反的空间表征（远端），虽然无经验者在渐快节奏下出现了同样方位的空间表征，但是与其在渐慢节奏下的空间方位表征并无差异。与此同时，在实验过程中，以节奏出现前被试对屏幕中央注视点的3 秒注视时间为基线，有音乐训练经验被试在节奏出现后平均第0.85 秒时开始将视线移向远端，而无音乐训练经验被试则在节奏出现后约2.41 秒才首次将视线移向远端。因此表明，无经验者虽然在渐快节奏下表现出了SMARC 效应，但是对于节奏这一音乐刺激特征，有经验者所表现出的SMARC 效应显著强于无经验者，同时也说明个体的音乐训练经验对节奏SMARC 效应产生的重要影响。其次，出现该结果的原因还可能与研究中节奏变化范围的选取有关，较快的节奏可能影响空间表征的形成。人们对快节奏的感知阈限在184bpm 至201bpm 之间（Prpic，Fumarola，& Tommaso et al.，2013），太快的节奏中每个节拍之间的间隔较小致使超出个体感知阈限，个体已不能依赖音乐训练经验形成更显著的空间表征（De Tommaso & Prpic，2020）。现已有研究证实，当快节奏在184bpm 至201bpm 范围时，更可能促进人们形成渐快节奏变化与空间方位的SMARC 效应的形成（Bonato et al.，2012）。本研究选取音乐节拍范围较广可能是导致结果中有经验者与无经验者差异不显著的原因。未来研究可选用分段且涵盖节拍数范围较窄的音乐节奏变化进行进一步的验证。此外，在本研究中，被试的音乐训练经验属于被试特征变量，无法严格意义上确定音乐训练能改变人对节奏变化的远/近空间方位表征的因果关系，这有待通过进一步开展音乐训练实验来进行因果检验。

5 结 论

本研究结果揭示，在渐慢节奏下，个体形成对节奏变化的空间表征与其音乐训练经验有关。在渐快节奏下，个体形成对节奏变化的空间表征与其音乐训练经验无关。