對只有一個單一頻率的聲音（純音），沿基底膜移動的行波有一振幅最大點(diǎn)（共振點(diǎn)），使基底膜產(chǎn)生形變，其位置因頻率而變，高頻靠近基部，低頻靠近蝸頂。不同頻率的聲音因而可使基底膜不同部位受到不同強(qiáng)度的刺激，大腦就據(jù)此“知道”聽到了聲音的音高（頻率）。這便是耳蝸頻率分析的部位機(jī)理，這個區(qū)別不同音高的過程叫位置模式。

對非單一頻率的復(fù)音（從人聲到樂器發(fā)出的聲音都是如此），情況就比較復(fù)雜了。在這種情況下，沿基底膜分布的共振點(diǎn)很多，受到刺激的聽神經(jīng)也就很多。聽神經(jīng)發(fā)出的電脈沖與聲波的周期有一定的同步關(guān)系，聽神經(jīng)上許多纖維發(fā)出的電脈沖因而可與聲音頻率一致，這便是耳蝸頻率分析的時間機(jī)理。大腦根據(jù)接收到的電脈沖的周期來確定聲音的音高，這種分辨音高的過程稱為時間模式。例如，鋼琴的C大凋Do鍵發(fā)出的聲音是由264赫茲的基音以及頻率為基音2倍、3倍、4倍……的泛音組成的。這時在基底膜的多個點(diǎn)發(fā)生變形，但是從基底膜向大腦發(fā)送的神經(jīng)沖動出現(xiàn)一些相當(dāng)明顯的峰值，峰值的重復(fù)頻率和基音是一致的（見圖3）。這同樣適用于多個音符組成的和弦，如三和弦、四和弦等。那些由音樂中泛音，或者按照傳統(tǒng)的和聲原則合成的聽起來悅耳的音符（如純五度音程的DO－So）都具有明顯的周期性；那些聽起來不和諧的音符（比如增四度育程的DO－Fa的周期性則很弱或完全沒有周期性。

在這種情況下，大腦不再通過產(chǎn)生神經(jīng)沖動的聽覺神經(jīng)的位置，而是通過接收到的電脈沖的重復(fù)頻率來判斷音高。也就是說，為了確定一個聲音以及它的和諧性，大腦必須接收清晰的信號，從某種意義上講，它必須能夠“數(shù)得清數(shù)”。這種解釋使人想起了18世紀(jì)著名的數(shù)學(xué)家和哲學(xué)家萊布尼茲說過的一句話：“音樂是不會數(shù)數(shù)的大腦進(jìn)行的一種數(shù)數(shù)的算術(shù)練習(xí)。”

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