醫(yī)學專題-第四章-人耳的聽覺特性

第四章

人耳的聽覺(tīngjué)特性聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第一頁，共四十五頁。編輯課件主要(zhǔyào)內(nèi)容聽覺生理系統(tǒng)響度感分析音調(diào)(yīndiào)感音色與諧和感人耳感知特性聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第二頁，共四十五頁。編輯課件聽覺生理(shēnglǐ)系統(tǒng)聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第三頁，共四十五頁。編輯課件外耳由耳殼、耳道組成，到耳鼓為止。耳殼的作用是使耳道和空氣之間阻抗匹配，從而讓更多的聲能進入耳道。這種匹配作用在800Hz左右最好，在高頻段也比較有效，但在低于400Hz時這種阻抗匹配作用的性能變差。外耳道的作用是使聲音從耳廓傳到耳膜，并保護耳膜不受外界物體的機械損傷。耳道的長度大約為27mm，直徑(zhíjìng)為5~7mm，其共振頻率約為3000Hz，外耳道的共振效應(yīng)是決定聽力靈敏度的一個重要因素。聽覺(tīngjué)生理系統(tǒng)聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第四頁，共四十五頁。編輯課件聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第五頁，共四十五頁。編輯課件中耳連接外耳和內(nèi)耳，耳膜因受力而振動，進而推動中耳室內(nèi)的三塊互相(hùxiāng)連接的聽小骨運動。這三塊聽骨分別為錘骨、砧（zhēn）骨、鐙（dèng）骨，起杠桿放大作用。中耳室內(nèi)充滿了空氣，其體積約為2cm3。中耳通過歐氏管和鼻腔相連，平時歐氏管封閉，當它打開時可以形成一個溝通耳腔和口鼻腔的大氣通道，用以宣泄耳腔內(nèi)壓強的劇增。中耳室內(nèi)傾壁上有向內(nèi)耳的兩個開口：卵形窗和圓形窗。圓形窗由封閉膜封閉，卵形窗被鐙骨的底板和聯(lián)系韌帶所封閉。兩個窗口的內(nèi)側(cè)是充滿液體的耳蝸。中耳的作用是通過聽骨的運動把外耳的空氣振動和內(nèi)耳的液體運動有效地耦合起來。聽覺(tīngjué)生理系統(tǒng)聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺(tīngjué)特性第六頁，共四十五頁。編輯課件聽覺(tīngjué)生理系統(tǒng)聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第七頁，共四十五頁。編輯課件聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺(tīngjué)特性第八頁，共四十五頁。編輯課件內(nèi)耳的主要部分是耳蝸，耳蝸的外形有點像蝸牛殼，它圍繞著骨質(zhì)中軸盤旋了2.75轉(zhuǎn)，長約35mm，中軸是中空的，是神經(jīng)纖維的通道。耳蝸中間由骨質(zhì)層和基底膜把它隔成兩半，上部為前庭階，下部為鼓階。前庭階和鼓階內(nèi)充滿淋巴液。鼓膜振動經(jīng)過聽小骨的杠桿作用使鐙骨的振動通過圓卵窗激發(fā)耳蝸內(nèi)淋巴液波動，波動傳到蝸頂時又通過小孔傳入鼓階內(nèi)，最后被圓卵窗吸收。淋巴液中的波動使基底膜產(chǎn)生彎曲振動。附在基底膜上的柯氏螺旋器官，上面有大量的神經(jīng)末稍元——毛細胞，它們在液體的運動作用下發(fā)生(fāshēng)變形，形成神經(jīng)脈沖信號，通過聽覺傳導神經(jīng)傳至大腦聽覺中樞。這就是聽覺產(chǎn)生的全過程。在強聲級作用下，毛細胞基將會因拉伸應(yīng)力而產(chǎn)生疲勞以致發(fā)生損害。需要注意的是，這種損害是不能恢復的。聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第九頁，共四十五頁。編輯課件耳朵的結(jié)構(gòu)功能(gōngnéng)類比圖聽覺生理(shēnglǐ)系統(tǒng)聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺(tīngjué)特性第十頁，共四十五頁。編輯課件主要(zhǔyào)內(nèi)容聽覺(tīngjué)生理系統(tǒng)響度感分析音調(diào)感音色與諧和感人耳感知特性聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺(tīngjué)特性第十一頁，共四十五頁。編輯課件感覺閾限與韋伯定律響度(xiǎnɡdù)、響度(xiǎnɡdù)級等響曲線響度(xiǎnɡdù)感分析聲學(shēngxué)基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第十二頁，共四十五頁。編輯課件響度(xiǎnɡdù)感分析響度是判斷聲音強弱的一種屬性。人耳感覺的響度主要取決于聲音的強度，但它與聲音的頻率和波形也有關(guān)使聲音聽得到的最低聲壓稱為聽閾，它和聲音的頻率有關(guān)聽覺區(qū)域的上限有時取在不舒服閾，它的聲壓級大約為120dB，與頻率無關(guān)。但更常用的是取140dB聲壓級的痛閾為極限(jíxiàn)。大于140dB的聲音會使人感覺到疼痛，在150~160dB的聲場內(nèi)會使人耳發(fā)生急性損傷聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第十三頁，共四十五頁。編輯課件響度(xiǎnɡdù)感分析聲學(shēngxué)基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第十四頁，共四十五頁。編輯課件人的感覺閾限實際上包括兩個概念(gàiniàn)，一是絕對閾限，即人的某個感知器官對某種刺激的最小和最大感知限度；另一個是差別閾限，即人的感知系統(tǒng)對刺激變化的最小感知限度。人能區(qū)分出不同聲音信號之間哪怕是非常小的差異，這種差別可以發(fā)生在聲音的強度、頻率或時間上。在心理聲學上，我們把這種能力稱為差閾。（differencelimen）或最小可察覺差異（justnoticeabledifferenceJND）差閾是人能識別兩個物理信號之間的最小差值，用物理量表示。感覺(gǎnjué)閾限與韋伯定律聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺(tīngjué)特性第十五頁，共四十五頁。編輯課件絕對閾限：剛剛能引起感覺的最小刺激強度差別閾限：剛剛能引起差別感覺的刺激之間的最小差別閾限是一個統(tǒng)計學上的概念(gàiniàn)，是經(jīng)過多次測量實驗得到的平均值。韋伯定律就是有關(guān)差別閾限的定律一般來說，這個(zhège)定律只適用于中等強度的刺激感覺(gǎnjué)閾限與韋伯定律聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第十六頁，共四十五頁。編輯課件韋伯定律通俗地講就是：添加一個刺激所產(chǎn)生的心理(xīnlǐ)效應(yīng)感受要受到已經(jīng)存在的刺激的影響。其中△s：感覺(gǎnjué)變化，△Q：刺激變化，Q：已存在的刺激感覺與刺激(cìjī)的對數(shù)成正比，而不是與刺激(cìjī)成正比。感覺閾限與韋伯定律聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第十七頁，共四十五頁。編輯課件將Weber定律(dìnglǜ)用于對音高的感覺的判斷音高(yīngāo)感覺=兩個(liǎnɡɡè)純音和

的音高感覺的差別為：感覺閾限與韋伯定律聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第十八頁，共四十五頁。編輯課件對聲音響度的感覺首先決定于耳膜振動的振幅，而響度感的處理是通過兩個通道達到的，一是機械處理，二是神經(jīng)處理，完成將強度變化在十幾個量級范圍內(nèi)的物理(wùlǐ)振動壓縮到了主觀感受上3個量級范圍內(nèi)的變化。而人耳基底膜上的毛細胞（神經(jīng)末梢）的分布，對響度感及系統(tǒng)頻率特性的形成有著重要的影響。在中頻區(qū)毛細胞的密度較大，表明中頻區(qū)的音響感靈敏度較大。人耳覺察到的聲音的大小強弱與聲音的強度有關(guān)，但不完全由強度決定。因為人耳的振動系統(tǒng)、傳遞系統(tǒng)、振動到神經(jīng)信號的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等都與頻率有關(guān)，因而主觀的強弱感覺也受到頻率的影響。響度級正反映了這種關(guān)系。響度(xiǎnɡdù)、響度(xiǎnɡdù)級聲學(shēngxué)基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第十九頁，共四十五頁。編輯課件響度級：單位為方（phon），用符號(fúhào)LN表示以1000Hz的純音為基準聲音，將其它頻率的純音和1000Hz純音相比較，調(diào)整前者的聲壓級，使得聽者判斷兩個純音一樣響，則稱該純音的響度級（方值）在數(shù)值上與那個(nàge)等響的1000Hz的純音的聲壓級（dB值）相等。響度(xiǎnɡdù)、響度(xiǎnɡdù)級聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第二十頁，共四十五頁。編輯課件響度(xiǎnɡdù)：單位為宋（sone）

40方為1宋，50為2宋，60為4宋，70方為8宋……

即響度級每改變10方，響度相應(yīng)改變一倍適用范圍是：20~120方響度(xiǎnɡdù)、響度(xiǎnɡdù)級聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第二十一頁，共四十五頁。編輯課件等響曲線(qūxiàn)整個可聽范圍的純音響度級，就是等響曲線(qūxiàn)。曲線表示了響度級，聲壓級與頻率三者之間的關(guān)系，反映了人耳對各頻率的靈敏度。聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺(tīngjué)特性第二十二頁，共四十五頁。編輯課件等響曲線(qūxiàn)等響曲線(qūxiàn)聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺(tīngjué)特性第二十三頁，共四十五頁。編輯課件人耳響度感的特點人耳對高頻聲，尤其是2000Hz~5000Hz聲音敏感而對100Hz以下的低頻聲不敏感。對3000Hz的聲音最敏感，這與人耳的機械共振特性有關(guān)。耳道長度為3cm左右，3000HZ聲波的1/4波長為3.75cm，所以此頻段的聲波信號(xìnhào)在耳道中容易發(fā)生共振。例：響度級為60方時1000Hz60dB100Hz67dB30Hz90dB3000Hz~5000Hz52dB等響曲線(qūxiàn)聲學(shēngxué)基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第二十四頁，共四十五頁。編輯課件當聲壓級較小，頻率較低時，對某一聲音來說，聲壓級（分貝值）和響度級（方值）的差別很大。例：SPL=40dB時50Hz聽不見，低于聽閾(tīngyù)80Hz20方1000Hz40方當聲壓級高于100dB時，等響曲線逐漸拉平。這說明當聲音達到一定程度（>100dB），聲音的響度決定于聲壓級，而與頻率關(guān)系不太大。等響曲線(qūxiàn)聲學(shēngxué)基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第二十五頁，共四十五頁。編輯課件最高最低頻率可聽極限

一般地，青少年20~20KHz,中年30~15KHz,老年100~10KHz。最小最大可聽極限

人耳有一定的適應(yīng)性，常人上限為120dB,經(jīng)常噪聲暴露的人有可能達到135~140dB。下限頻率與頻率有關(guān)。最小可辯閾（差閾）

聲壓級變化的察覺：

一般是1dB

3dB以上有明顯(míngxiǎn)感覺

頻率變化的察覺：

一般是3%，低頻時3Hz。

等響曲線(qūxiàn)聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺(tīngjué)特性第二十六頁，共四十五頁。編輯課件音調(diào)(yīndiào)感音高的心理評價(píngjià)單位為美爾

mel取40方的1000Hz純音的音高作為標準，定為1000mel，若一純音聽起來調(diào)子高一倍的為2000mel，調(diào)子低一倍的稱為500mel，以此類推，可建立起整個可聽頻率的音高標準。人耳對聲音高低的感覺主要與頻率有關(guān)。頻率高，感到音細、高；頻率低，感到音粗、低。音高與頻率有正相關(guān)的關(guān)系，但沒有嚴格的比例關(guān)系，且因人而異。聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第二十七頁，共四十五頁。編輯課件音色(yīnsè)與諧和感樂音一般來講是一個復音，是一系列頻率獨立并呈簡單整數(shù)比的純音的疊加，描述這樣一個復音有三組數(shù)據(jù)一個樂音的音色主要決定于它的頻譜，在某些情況下它的時值和衰減特性(tèxìng)也有助于音色的判斷。聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第二十八頁，共四十五頁。編輯課件音色(yīnsè)與諧和感在音色的鑒別中，涉及到的只是最初的0~7個諧音，再往上更高階次的諧音對音色的貢獻并不顯著。根據(jù)聽覺的位置理論，復音中各階諧音在基底膜上所對應(yīng)的共振區(qū)域呈對數(shù)分布，因此越高階的諧音對應(yīng)的共振區(qū)域越彼此聚集，甚至彼此覆蓋，到第6階以后的諧音，相鄰的兩個諧音的在基底膜的兩個對應(yīng)區(qū)域之相互混迭，并覆蓋在一個臨界帶以內(nèi)，很難在感覺上將它們彼此分開(fēnkāi)。頻譜成分不同，音色的主觀感覺也就不同，例如，音色呆板、干澀則說明缺乏足夠的高階諧音；音色明亮、高亢表明高階諧音豐腴；而當偶次諧波不存在時，聲音則顯得低沉，不夠明亮。聲學(shēngxué)基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第二十九頁，共四十五頁。編輯課件主要(zhǔyào)內(nèi)容聽覺生理系統(tǒng)(xìtǒng)響度感分析音調(diào)感音色與諧和感人耳感知特性聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第三十頁，共四十五頁。編輯課件人耳感知(gǎnzhī)特性掩蔽(yǎnbì)效應(yīng)雙耳定位哈斯效應(yīng)空間感聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺(tīngjué)特性第三十一頁，共四十五頁。編輯課件

掩蔽(yǎnbì)效應(yīng)人耳對一個聲音的聽覺(tīngjué)靈敏度因另外一個聲音的存在而降低的現(xiàn)象叫掩蔽效應(yīng)。[掩蔽量]聽閾提高的分貝數(shù)[掩蔽閾]提高后的聽閾一個聲音能被聽到的條件是這個聲音的聲壓級不僅要超過(chāoguò)聽者的聽閾，而且要超過(chāoguò)它所在背景的噪音環(huán)境中的掩蔽閾。聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第三十二頁，共四十五頁。編輯課件幾種典型的頻域掩蔽純音對純音的掩蔽窄帶噪聲對純音的掩蔽作用(zuòyòng)

寬帶噪聲對純音的掩蔽頻域掩蔽(yǎnbì)頻域掩蔽是指掩蔽聲與被掩蔽聲同時作用(zuòyòng)時發(fā)生掩蔽效應(yīng)，又稱同時掩蔽。掩蔽聲在掩蔽效應(yīng)發(fā)生期間一直起作用，是一種較強的掩蔽效應(yīng)。

掩蔽效應(yīng)聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第三十三頁，共四十五頁。編輯課件純音對純音的掩蔽（1）掩蔽音強度(qiángdù)提高，掩蔽效果隨之增加，而且掩蔽音愈強，它的影響范圍也愈大，即能掩蔽更多種頻率的聲音。（2）掩蔽音對于頻率相近聲音的影響最大。（3）低頻對高頻的掩蔽效果大于高頻對低頻的掩蔽。

掩蔽(yǎnbì)效應(yīng)聲學(shēngxué)基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第三十四頁，共四十五頁。編輯課件聲學(shēngxué)基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第三十五頁，共四十五頁。編輯課件窄帶噪聲對純音的掩蔽窄帶噪聲的掩蔽作用要大于與窄帶噪聲中心頻率相等且強度相同的純音的掩蔽作用。聲壓較低時，窄帶噪聲的掩蔽區(qū)域僅限于中心頻率附近較窄的范圍內(nèi)聲級越高，掩蔽區(qū)域越寬，且對高于中心頻率的聲音掩蔽作用較大(jiàodà)。寬帶噪聲對純音的掩蔽一個寬帶噪聲可以在很寬的頻率范圍內(nèi)對純音產(chǎn)生掩蔽作用。和純音掩蔽相似，低頻聲對高頻聲的掩蔽作用較強；而高頻聲對低頻聲掩蔽作用相對要弱一些，并且掩蔽聲級越高，掩蔽量越大。

掩蔽(yǎnbì)效應(yīng)聲學基礎(chǔ)(jīchǔ)

第四章人耳的聽覺特性第三十六頁，共四十五頁。編輯課件時域掩蔽(yǎnbì)超前掩蔽(yǎnbì)：5ms-20ms滯后掩蔽：50ms-200ms在時間上相鄰的聲音之間的掩蔽現(xiàn)象，稱為(chēnɡwéi)時域掩蔽。產(chǎn)生時域掩蔽的主要原因是人的大腦處理信息需要花費一定的時間。

掩蔽效應(yīng)聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第三十七頁，共四十五頁。編輯課件雙耳定位(dìngwèi)雙耳定位(dìngwèi)是指利用聽覺器官判斷發(fā)聲體的空間方位。

對聲源方向的判斷，主要有三種雙耳線索：

強度差I(lǐng)ID

時間差I(lǐng)TD

相位差I(lǐng)PD聲學(shēngxué)基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第三十八頁，共四十五頁。編輯課件聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺(tīngjué)特性第三十九頁，共四十五頁。編輯課件雙耳能夠定位的主要原因是到達雙耳的聲音存在(cúnzài)強度差、時間差、音色差。對于中高頻聲音(shēngyīn)，強度差起主要作用；對于低頻聲音(shēngyīn)，時間差起主要作用。雙耳定位(dìngwèi)聲學基礎(chǔ)第四章人耳的聽覺特性第四十頁，共四十五頁。編輯課件人耳判斷聲源的方位主要靠雙耳定位，對時間差和強度差進行判斷。人耳的水平方向感要強于垂直方向感。通常，頻率(pínlǜ)高于1500Hz強度差起主要作用；低于1500Hz時，時間差起主要作用。雙耳定位(dìngwèi)聲學(shēngxué)基礎(chǔ)