颜色有三原色这个概念,声音有“三原声”吗?

颜色有三原色这个概念,声音有“三原声”吗?

Dr.粲,粒子物理学,一个小博导。

之所以有“三原色”,是因为人的眼睛有能感受三种不同颜色的视锥细胞。这三种视锥细胞分别对三种波长范围的光敏感。任何特定波长的光在被三种视锥细胞接受时,也就是人眼看到特定波长的颜色时,这三种视锥细胞会分别表现出受到了特定强度刺激,也就是说,可以用这三种视锥细胞分别受到的刺激的强度的三维坐标来描述一个特定的色彩。但是,如果将这种特定波长的光替换成能分别对三种视锥细胞产生刺激的几种不同的波长的光的混合光时,只要人眼的三种视锥细胞接分别受到的刺激的强度不变,人眼传递给视神经的信号强度不变,那么人眼就分辨不出来看到的究竟是一种特定波长的光,还是几种混合的光。这就导致了,以紫色为例,人眼无法区分三棱镜分解白光得到的紫色,和把红色和蓝色混合得到的紫色,虽然从光谱来看,这其实是两种颜色。因此,我们的手机、电脑显示屏,也都是通过混合三种不同颜色的光来实现模拟自然界中出现的光。

人类眼中的三原色

然而,这三种视锥细胞是一般的人眼所具备的,而有一些色盲症的人类也是由于缺少了某种视锥细胞,因此一些不同颜色的光线对于他们来说,眼睛看到后传递给大脑的信号是一样的,因此便不能加以区分。这个过程其实就跟一般的人眼不能区分某些单色光和合成光类似。

并且,其他的动物并不一定拥有和人接受的光线的范围一致的视锥细胞。很多人听说过狗是某种意义上的“红绿色盲”,这就是因为狗的视锥细胞只有两种,覆盖的波长范围和人也不同,可以分辨蓝色,但无法分辨红色绿色。但是,即便狗能够看到紫颜色,如果这时,拿基于人类三原色制作的显示器给狗狗看显示的紫颜色,在狗的认知中这或许也和自然界中的紫颜色不同,因为显示器中显示的“紫颜色”是红色、蓝色两种波长的光混合出来的、人类眼中的“紫颜色”,对于小狗来说,这跟狗眼能够认知的单纯的紫颜色波长的光或许是有差异的。

与此同时,动物的视锥细胞可接受的波长范围也有超出人类视觉范围的区间,比如虽然狗不能感知红光,但狗能看到紫外光。人眼不能感受红外光或紫外光,所以在红外光或紫外光环境中,人会以为环境是黑暗的,但是在紫外光环境中,狗就能看到这种人不能理解的颜色。

而一些其他的动物,比如鸟类,有四种可感受不同波长范围的视锥细胞,所以理论上来讲,鸟类眼中的世界应该比人眼中的世界色彩更“丰富”,给鸟类看基于三原色制作的显示器中的风景照片,鸟类也会认为和自然界中的风景的色彩有巨大差异。如果有朝一日鸟类的智能进化到了能够混合不同波长的光来产生其它色彩,那么它们应该会定义“四原色”来描述它们眼中的色彩。

所以,当你和你的宠物一起看彩色电视的时候,其实你的宠物很可能是在看一些颜色严重失真的画面。

而人类感知声音的器官其实比感知视觉的器官的感知能力更加强大,耳朵能够在很大的频率范围内接受声音,并作出区分。这个过程并没有三种不同感受细胞参与,不需将声音分解为三个不同的坐标,所以就没有“三原声”的概念。

但是,让我们开个脑洞,假设这个脑洞中的“人”的耳朵有三种能接受不同声波频率范围的感受细胞,且像人眼一样,每一种感受细胞都不太能单独区分声音频率,只能依靠把三种感受细胞共同收集到的信息合在一起,经大脑处理后才能分辨声音,那么我们听到的音乐会是什么样的?我想大概就会把一些和弦认知成单一音色。而人类或许也不用发明钢琴这么复杂的乐器了,但或许会发明一些只有三个键的乐器。毕竟,在那种情况下,依靠三个音色不同强度的和弦组合,就能合成出几乎所有那些脑洞中的“人”可以认知的音色。