生理聲學

耳的結構

耳是聽覺器官的統稱。人耳可分為外耳、中耳和內耳（圖1），連同各級聽覺中樞組成聽覺系統。聽覺

的聲學過程發生在外耳、中耳及內耳的耳蝸一部分，聽覺的神經過程發生在耳蝸的感受器部分、聽神經和聽覺中樞。外耳包括耳廓和外耳道，主要起集聲作用。中耳包括鼓膜、聽骨鏈、鼓室、中耳機、咽鼓管等結構，主要起傳聲作用。耳蝸主要起感聲作用，耳蝸是一有骨質外殼捲曲呈蝸牛狀的三層平行管道結構，三層管道內充滿淋巴液，分別稱前庭階、鼓階和蝸管，後者夾在前二者當中，由軟組織分隔。蝸管與鼓階間的分隔稱基底膜，上面排列著聲音的感受器－螺旋器，其感受細胞為毛細胞。前庭階和鼓階各有一窗開向鼓室，分別稱卵窗和圓窗，窗上均有膜。卵窗膜與聽骨鏈內端的鐙骨底板連在一起。耳蝸靠近窗的一端稱基部，另一端稱蝸頂。

中耳的傳聲作用

正常耳的傳聲途徑是聲波作用於鼓膜，經聽骨鏈傳入耳蝸，稱氣導。鼓膜面積比卵窗膜約大20倍，聽骨鏈的槓桿結構使在鼓膜端振幅大、力小的振動變成在卵窗膜端振幅小、力大的振動，有如一個變壓器，起到阻抗匹配的作用，從而提高了聲音從空氣媒質至淋巴液媒質的傳播效率。聲波也可通過頭骨的振動直接傳至內耳，稱骨傳聲，傳播效率較低。

聽覺

包括從聲波的機械振動至電、化學、神經脈衝、中樞信息加工等一系列過程。當聽骨鏈推動卵窗膜產生振動時，聲波便開始在耳蝸內的淋巴液媒質中傳播，先經前庭階，后經鼓階。在傳播途徑中的時

差造成了二階各段每一瞬間的壓力差，使基底膜上下波動，從耳蝸基部開始，順序移向蝸頂，稱行波。基底膜的運動使排列在它上面的螺旋器也相應地運動。由於慣性等作用，螺旋器內不同結構運動的方向差和速度差產生一種力，使感受細胞上的纖毛彎曲，改變了經常存在於蝸管和毛細胞之間的生物電流迴路中的阻抗，從而調製了通過的電流。電流的變化導致感受細胞與聽神經末梢間的突觸釋放化學遞質，使神經末梢興奮，發出神經脈衝。接受不同特性的各種聲音后聽神經發出的脈衝在時間和空間上各有不同的構型，它們攜帶有關聲音的信息，順序傳至各級聽覺中樞，經過處理和分析，最後產生反映聲音各種複雜特性的聽覺。沿基底膜移動的行波有一振幅最大點(共振點)，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最強的刺激，這便是耳蝸頻率分析的部位機理。聽神經發放的脈衝與聲波周期有一定的同步關係，聽神經上許多纖維發出的脈衝排放因而可以與聲音的頻率一致，這便是耳蝸頻率分析的時間機理。聲音的強度主要由被興奮神經纖維的數目及每一纖維興奮后發放脈衝的多少來反映。從不同方位發出的聲音到達雙耳的時間差和強度差則是判斷聲源方位的主要依據。

聽覺過程中的電生理現象

電活動是聽覺神經過程的基礎。耳蝸的振電壓來源於螺旋器，它是上述迴路電流調製的結果，是從聲音的機械運動轉換為神經活動的重要環節。它的主要特點是準確地複製聲音刺激的聲學波形，與傳聲器的聲-電轉換作用相仿，從耳蝸可記到聽神經的動作電位，從各級聽覺中樞可記到由聲音引起的多種電變化，統稱誘發電位，用微電極技術可記錄聽覺系統各部位單個神經細胞的電活動。電活動規律是聽覺的基本研究內容之一。應用電子計算機技術可在無損傷條件下記錄聽覺系統各部位的電位，從記錄和分析這些電位來判斷聽覺系統功能狀態的一整套技術統稱電反應測聽術。

發聲器官在喉頭，由聲帶、軟骨韌帶結構的支架、控制聲帶位置和張力的肌肉群等

組成。肌肉的活動由神經支配。從氣管經喉頭、咽部至嘴和鼻孔的管道稱為聲道（圖2）。說話時基頻範圍約為100～300Hz，男聲較低，女聲和童聲較高。嗓音的某些諧波成分可因口、鼻、咽等腔的共振而增加，形成共振峰。各共振峰的頻率由這些共振腔的大小和形狀決定。發聲時通過主動對各共振腔的控制便可得到不同的母音。氣流通過聲道時由於摩擦產生雜訊，通過控制聲道的縫隙便可得到相應的輔音。胸腔和頭部也有共振作用，對人聲音的音色有一定的影響。

人類的語音包含極其大量的信息。發聲的各種動作受大腦語言中樞的控制，通過學習后可以熟練地掌握。講話者可以不斷地通過聽覺對發出的語音、唇舌等的觸覺、聲道肌肉群的本體感覺等接受反饋信息，這是語言流暢的重要條件。在學習說話時聽覺的反饋尤其重要。絕大多數啞病是因為耳聾，患者的發聲器官往往是正常的。

生物聲學是研究能發聲和有聽覺動物的發聲機制、聲信號特徵，聲接收、加工和識別，動物聲通信

與動物聲納系統以及各種動物的聲行為等的生物物理學分支學科。廣義的生物聲學還涉及生物組織的聲學特徵、聲對生物組織的效應、超聲診斷的理論與應用等內容。動物的聲通信，特別是動物聲納系統，是生物聲學的重要研究領域。動物聲通信，乃至人類的語言，是比其他信息通道（如光、電、化學等）更加優越的交際方式。這是由於聲音傳遞距離較遠，聲音受障礙物干擾較小的緣故。生理聲學是聲學和生理學的邊緣學科，它主要研究聲音在人和動物引起的聽覺過程。

心理聲學是研究聲音和它引起的聽覺之間關係的一門邊緣學科。它既是聲學的一個分支，也是心理物理學的一個分支。很多聽覺效果，決定於人有兩隻耳朵。聲源定位的主要因素為兩耳的時間差和強度差（見生理聲學）。由於頭部、耳廓、外耳道等的共振、反射作用，使聽到的聲音頻譜受到調製。來自右邊的聲音先到達右耳，強度也比左耳收到的強。聲源方向常通過頭的轉動確定。心理聲學本可包括言語和音樂這樣

一些複合聲和它們的知覺。這些可見語言聲學、音樂聲學等條，本條只限於較基礎和簡單的心理聲學現象，即①剛剛能引起聽覺的聲音──聽閾；②聲音的強度、頻率、頻譜和時長這些參量所決定的聲音的主觀屬性──響度、音調、音色和音長；③某些和複合聲音有關的特殊的心理聲學效應──餘音、掩蔽、非線性、雙耳效應。

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