第二章 人耳的听觉特性

第二章人耳的听觉特性前面所讲过的是声音的一些客观物理量以及客观的量度，而人耳对声音的主观感觉与客观量度不一样，这就是所谓人耳听觉特性。它表示人耳对客观声音的主观感觉，为了使电声设备获得优美的听感，有必要了解人耳的构造功能及其听觉特性。第一节人耳的构造及功能一、人耳的构造人耳的构造非常复杂，大致可分为三部分：外耳、中耳、内耳。1、外耳：由耳壳（耳廓）及外耳道组成。耳壳就是我们所看到的耳朵，它主要起着收集声音和使耳道与空气之间阻抗匹配的作用。外耳道是一直径约0.5cm,长约2.5cm的一端以鼓膜为封闭的圆管。它的作用是将声音传递到鼓膜，是声音进入鼓室的通道。2、中耳：由鼓膜和三块听小骨组成。中耳室（鼓室）内充满空气，体积约2cm3，它通过欧氏管与鼻腔相连。鼓膜面积约为0.8cm2，厚度约0.1mm，是一个浅锥形的软膜，它的顶点朝向中耳内部。它的作用是将声能转化为机械能。与鼓膜相接的是锤骨，然后是砧骨和镫骨，这三块听小骨作关节状连接，呈扛杆形，镫骨与内耳的卵形窗相连。中耳由于三块听小骨的杠杆作用及鼓膜与卵形窗的面积比，将加于鼓膜的声压进行放大。并对外耳的空气与内耳的淋巴液起着阻抗匹配的作用。听小骨上附有能对强声起反射作用的肌肉，使强声减低后再传入内耳，起到保护内耳的作用。3、内耳：内耳是听觉的主体部分。由耳蜗、半规管及神经纤维等组成。半规管起着保持人体平衡的作用，与人的听觉无关。耳蜗的外形象蜗牛外壳，内部充满淋巴液，耳蜗中间沿长度方向由基底膜分为前庭阶和鼓阶两部分。基底膜上分布约3万根神经末梢元——毛细胞，这是声音的感觉细胞。基底膜上的神经纤维对频率有一种分析作用当不同频率的声音引起听骨的振动，通过卵形窗使淋巴液运动传到基底膜，使基底膜上相应部分产生共振，而共振部分的毛细胞刺激末梢神经，产生电脉冲，送往大脑皮层中的听觉中枢进行进一步分析，从而使人听到声音。二、人耳的功能人耳可以接受动态极大的不同强度的声音，并能自动调节和保护它，可测出声源的不同频率和频谱，还可以分辨各种音源的音色，同时还具有自动选听功能，这是任何机器设备所达不到的。具体功能：1、外耳。外耳形状的不对称性有聚集声能的作用，并有一定的定向作用。有人计算，进入外耳道的声能30%直接进入，而70%是由耳壳的反射进入，耳壳对5KHz的高频反射更明显，所以缺耳壳的人高频听力差。耳壳的凹凸不平造成了直接声和反射声进入外耳道的时间差和相位差。大脑的听觉区可对此微小的差别。作出方向上的判断，这就是所谓的耳壳效应。单只耳朵之所以也能在一定程度上判断声音的方位，其主要依据就是耳壳效应。经计算成年人耳（管长2.5—3.5公分）外耳道在2457Hz~3440Hz易产生共振,从等响曲线以及实践中证明,人耳对2500Hz~3500Hz的声音频率最敏感。2、中耳中耳的结构使它具有四种作用①咽管（欧氏管）有平衡中耳和外耳的气压作用，以保证耳膜的正常振动。②鼓膜将声能转为机械能。③鼓膜面积比卵形窗的面积约大24—36倍，大面积的力作用在小面积上，从而加大了卵形窗的作用力，三块听骨的杠杆作用也对声能变成机械能起一定放大作用。④遇到瞬时超大音量时听小骨会自动脱位，切断声音通道，从而达到保护内耳的作用。3、内耳。内耳的机能是对传入的声波进行分析，并将已由鼓膜转变为机械能的声波再次转换成神经能并传入大脑。听骨传导的机械波在淋巴液内变成了液压波，当声信号经液压波传至耳蜗时，将激起基底膜毛细胞的共振。耳蜗形似卷缩转的蜗牛壳，其作用类似频率分析器。基底膜从耳蜗底旋至顶端与声音的高低频相对应，低频易衍射，可进入较深部位，高频易吸收且指向性强，只刺激较浅的部位。基底膜上不同部分接受着不同频率的刺激，产生不同共振频率，这就决定了我们听觉范围为20Hz~20KHz。三、人耳的相关效应1、颅骨效应一个声音传入人耳有两种途径。一是通过空间送入人耳，再由听觉器官将感受到的声音信息传入大脑的听觉中枢：过程：音源→空间→人耳→大脑另一个途径是音源通过人体的组织、颅骨传到听觉器官，送入大脑。过程：音源→人体颅骨→大脑当人们听别人讲话的声音，与别人讲话录音后再放音的声音质量是相同的，都是音源通过空间再送入人耳大脑，所以没什么区别。如听自己讲话的声音，再听自己讲话的录音，会感觉录上去的声音不象自己的声音，这是由于人在听自己讲话的声音时，传播途径有2个，而听自己讲话录音时，传播途径只有一个，这种通过颅骨传导声音的现象就是颅骨效应。正是由于自己讲话的声音有两上传播渠道，所以频带很宽，自己感觉音色比较好；而听见自己讲话录音时，只有一个传播渠道，所以频带就不那么宽，声音也就不那么好听。所以有些人总觉得自己声音比别人的好听，这种感觉就是颅骨效应的原因。有关现象：①机械手表②发声训练③头盔话筒2、鸡尾酒会效应在剧场休息厅里，彼此交谈的人群中，你会发现一种有趣的现象：在嘈杂的声音中完全可以把自己的听力集中在某一个人的谈话上，而把其他人的声音都推到背景杂声中去。这是因为你的大脑可以分辨出声音到达两耳的时间差，因此大脑也能分析出不同距离声源的音质和音量。所以人可以通过大脑辨别出声源的方向，而用话筒录音就不同了，它能把周围环境中在接收范围之内的声音，包括反射声都接收进来，而人耳却能单独选取一个声音，这就称“鸡尾酒会效应”。人耳可以调整听觉神经选择不同方位的声源，不同方位的声音传入人耳时，两耳的感觉是不一样的，有距离上的差异，时间上的差异和频率上的差异。人耳通过两耳拾取的声音的三个不同差别就可以辨别出不同的方位的声音，就可以调解听觉神经来选择不同方位的声源，这就是人耳的选择功能。现象：一名美国警察可以听到18米以外人们对话的声音。3、回音壁效应在生活环境中，在某一个声场中，视觉看不到声源，而听觉却能听到声音，这种现象就是声波传播的特殊反射作用的结果。有很多建筑可以产生回间壁效应：a意大利露天剧场b哈尔滨铁路文化宫c山西古塔d少林寺鸡鸣街4、多普勒效应人耳听到声音的频率应该和声源振动频率相一致，但也会遇到这样的情况：人耳听到声音的频率不等于声源振动的频率。在这种情况下，人耳听到的声音的音高与声源发出的声音音高不同，这是1843年多普勒发现的一种传播现象：他发现音高在声源和观察者本身位置有变动时，产生表面变化现象，当声源与观察者位置移近时，人听到的声音比实际声源发出的声音频率升高，相反声源与观察者二者的距离增大时，则表面音高低于实际音源的音高。现象：乘火车时，两火车错车时。