音乐情感对情绪的影响机理研究

摘要：音乐本身是人们表达情感一种方式，所以可以称之为情感的一种载体。目前，国内外学者已经从各方面验证了音乐情感可以对情绪产生影响，那么音乐情感对情绪的影响肌理如何呢？本文将通过脑电实验对其进行一定的描述。实验具体通过四种不同情感（基于德尔菲法确定）的音乐对被试进行刺激，并记录被试听音乐时的脑电信号，将听不同音乐时的脑电信号与空白状态时的脑电信号进行对比，找出不同情绪下对应的脑电反应变化，并且在此基础上探讨机理的应用方式。

关键词：音乐；情感情绪；影响

1.引言

音乐情感对情绪的影响在心理学领域已经被不少学者所证实，并且其中不少学者已经发现脑电图在音乐情感判定中的优越性，开始利用脑电图对情绪进行测量，例如周晓娜在“指定与自选音乐对大学生运动员主观松弛感和脑电功率谱的影响”中，做实验得到“音乐有使被试产生镇静安定、平和放松的作用”的结论，这证明了音乐可以改变人的专注度，使人平静。但其作用肌理还不是很明确。通过脑电对情绪进行测量可以从不同频率的波入手，例如袁全等在“噪声和音乐对脑电功率谱的影响”中，通过α波、θ波证实了音乐噪声等听觉信息可以对飞行员的脑电表现产生不同变化，但仅仅只是从音乐和噪音，即被试喜欢的声音与不喜欢的声音间的变化，而音乐所表达的情感种类繁多，所以分析还不是很全面。高婷婷在“音乐情绪感知的脑电研究”中也是就不同情绪状态下脑电α波的功率变化进行实验研究的。因此，本文也将从波形以及波的频谱图进行分析研究，得到音乐情感对情绪的影响肌理的相关结论，并且将其应用于减少驾驶分心的音乐系统设计研究当中。

2.实验设计

2.1实验设备

实验准备了一系列实验设备，包括播放诱发音乐的音频系统，eego脑电仪器以及输出脑电信号的计算机等。其中eego脑电仪器为最新的128导联，可以更全面的测量被试脑电信号。

2.2情绪状态诱发

本实验中需要诱发被试区分度较大的几种情绪，因此，本实验需要四种有一定区分度以及代表性的音乐。本实验将采用“音乐情感对驾驶员情绪的影响”中挑选的四首音乐作为诱发材料，这四首音乐的选择过程是这样的，首先利用“基于音乐情绪引导的驾驶效能研究与应用开发研究””[5]中构建好的音乐库中的音乐进行实验。然后，利用Thayer情感模型重新对音乐库进行测量。最终以能引发区分度较高的四种典型情绪的音乐作为诱发材料。最后选择的四首音乐分别为第一首价效高、唤醒度高的音乐，第二首价效中间值、唤醒度低的音乐，第三首效价低，唤醒度中间值的音乐，第四首价效低、唤醒度低的音乐。他们所对应的情绪分别为：第一首音乐对应Excitement and surprise兴奋惊喜，第二首音乐对应Boredom无聊，第三首音乐对应Negative消极，第四首音乐对应Sadness低落。

在上述基础上，音乐诱发情绪的过程设计如图1所示。诱发前需要和被试充分沟通，确保每个被试都对诱发音乐有一定熟悉度。诱发音乐播放过程中，让被试填写SAM情绪自评量表，验证被试情绪，当且仅当二者结论一致时，判定情绪诱发成功，从而保证情绪诱发的有效性。诱发开始后，持续播放音乐片段，直到每段脑电信号记录完毕，以确保情绪诱发氛围的持续性。

图1情绪诱发流程图

2.3实验流程

主试人员：现场协调员1人，负责说明实验内容及步骤，控制实验流程。

设备准备：实验采用eego脑电仪器，所有电极均以系统默认的连接耳电极进行参考，脑电信号采样率为 500Hz，截取脑电信号频率范围0.53Hz至60Hz。

实验准备：

①编制实验程序（E-Prime）。

②实验开始前，确保外界环境安静，背景噪声为30～ 32 dB。封闭门窗，使室内温度适宜。安排被试洗头，把实验材料准备妥当。

实验步骤：

①被试熟悉实验流程和实验设备，了解实验注意事项，进行被试注意力测试。

②让被试做2分钟的深呼吸放松训练，平稳情绪。

③用SAM情绪自评表对被试的情绪进行检测，确保被试已经处于平静的情绪状态下，记录2分钟平静状态脑电信号。

④提示被试实验开始，播放诱发音乐，进行情绪诱发。播放时间为3分钟[7]，音量保持在70分贝[8]左右。 ⑤用SAM主观情绪量表检测此时被试的情绪，看是否达到诱发目的，达到目的则记录脑电信号3分钟，未达到目的则继续诱发情绪，当脑电信号记录完毕后停止播放音乐。

⑥依次改变因变量，因变量顺序遵循“正面情绪在前，负面情绪在后”的规律，原因是正性情绪趋向相对负性情绪较短[10]，因此四首曲子的顺序为：第一首兴奋惊奇的音乐，第二首无聊的音乐，第三首消极的音乐，第四首低落的音乐。

⑦实验结束，关闭实验仪器，为被试摘除脑电帽，现场调解员将参与者引导出实验室，清洗脑电帽并阴干。

3.研究方案

本实验的目的在于，分析不同情绪状态下的脑电信号，研究脑电信号变化与音乐情绪的价效和唤醒度变化之间可能存在的某种内在联系。

实验通过观察各电极采集到的波形找到变化显著的脑区，再对该区域采集到的脑电信号进行小波分解，观察各频域脑电信号的变化，找到能够反映情绪变化的脑电特征，为设计调控驾驶状态的移动音乐客户端键面提供理论支持。

4.实验数据分析

4.1被试选择分析

随机选择8名被试，被试均为未受过专业音乐培训的学生或普通上班族，年龄为25至30，右利手，听力正常，自愿参与，没有睡眠障碍，经检测脑电图表现正常，并且确保实验前24小时内未服用任何兴奋类食物或药物，这种筛选有利于减少误差，保障情绪诱发过程的有效性，确保脑电数据记录的正确性。

4.2脑电信号波形分析

本实验利用ASA软件对测量的脑电数据进行处理，每个被试有五组数据，分别为平静状态以及四种情绪状态。对初始脑电信号进行处理的流程，包括导入数据，预处理数据，滤波，伪迹校正，伪迹去除、平均等步骤。

图

2、图3分别为处理过后F

3、F4在被试平静状态（价效中间值，唤醒度中间值），第一首音乐兴奋惊奇状态（价效高，唤醒度高），第二首音乐无聊状态（价效中间值，唤醒度低），第三首音乐消极状态（价效低，唤醒度中间值），第四首音乐低落状态（价效低，唤醒度低）的波形图。

图2各情绪状态下F3脑电信号

图3各情绪状态下F4脑电信号

根据左右额叶F

3、F4的脑电波形，对比平静状态（价效中间值，唤醒度中间值）和兴奋惊奇状态（价效高、唤醒度高）的波形，我们可以发现在价效唤醒度的值都很高，即兴奋惊奇状态时，波的幅值增大，频率增大；

对比平静状态（价效中间值、唤醒度中间值）和无聊状态（价效中间值、唤醒度低）的波形，我们可以发现当价效相似，唤醒度降低，即无聊状态时，波的幅值略微增大，频率减缓；

观察左右额叶F

3、F4电极取到的脑电信号波形，将他们各自的平静状态（价效中间值、唤醒度中间值）和消极状态（价效低，唤醒度中间值）的波形进行比较，我们可以发现，当唤醒度相似，价效降低，即消极状态时，左右额叶频率都有所增大，右额叶幅值明显增大，而左额叶幅值变化不大，两边幅值变化具有不对称性；

观察左右额叶F

3、F4电极取到的脑电信号波形，对比平静状态（价效中间值、唤醒度中间值）及低落状态（价效低、唤醒度低）的波形，我们可以发现左右额叶频率都有减缓，左额叶幅值明显增大，右额叶幅值变化不大。

因此，根据实验结果，我们可以推论情绪的唤醒度与频率正相关，价效与振幅相关，当价效低于中间值时，左右额叶幅值具有不对称性。

4.3信号分解与提取

对额叶区F

3、F4电极采集到的各样本脑电信号进行处理，经过傅里叶变换，可以获得几段样本信号的脑电频谱图。脑电频谱图中，红色δ波，橙色θ波，黄色α波，绿色β波。对比所得的脑电频谱图，我们可以发现θ波、α波、β波出现变化，其中α波变化较明显。分别比较F

3、F4电极平静状态（价效中等、唤醒度中等）与无聊状态（价效中等、唤醒度低）的脑电频谱图，如图4所示，以及消极状态（价效低、唤醒度中等）和低落状态（价效低、唤醒度低）的脑电频谱图，可以发现α波的值随音乐唤醒度减小而增大，α波的变化与情绪变化具有相关性。有研究发现，脑电功率谱变化与音乐情绪的极性和强度密切相关，本研究测量的是不同价效和唤醒度情绪音乐下的脑电信号，音乐维度有所不同，但同样验证了脑电功率谱与音乐情感的不同维度密切相关。

图4F

3、F4平静，无聊状态下的脑电频谱图

5.结论

实验结果表明，情绪的唤醒度与频率正相关，价效与振幅相关，当价效低于中间值时，左右额叶具有明显的不对称性。该实验结果映证了情绪变化使左右脑区的脑电活动呈现不对称性的结论。这种不对称性在以往的研究中也曾被多次验证。例如，Schmidt等通过实验发现听积极情绪乐曲时左前脑会产生较强的脑电活动，然而听消极情绪乐曲时右前脑则会产生较强的脑电活动，Petrantonakis等在此方面研究更为深入，不仅对左右脑的不平衡的差异程度进行表征，还提出了不平衡指数的概念，并验证了情绪状态与不平衡指数的相关性[10]。

因此，根据实验结果，我们可以简单设计我们的音乐系统，当我们测得左右额叶产生脑电波不对称性时，我们可以得知此用户所处的情绪状态不再处于平静状态，需要进行情绪调节；当确定情绪需要调解时，根据脑电波的具体情况进行调节，当测得用户脑电频率高于平静状态时，我们可以播放唤醒度低的音乐对用户情绪进行调节；当测得用户脑电频率低于平静状态时，我们可以播放唤醒度高的音乐对用户情绪进行调节。