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听觉 |
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tingjue
听觉
hearing
外界声音刺激作用于听觉器官而产生的感觉。除了
视分析器以外，听分析器是人的第二个最重要的远距离
分析器。从生物进化上看，随着专司听觉的器官的产生，
声音不仅成为动物攫取食物或逃避灾难的一种信号，也
成为它们彼此相互联络的一种工具。
听觉系统中，耳不仅是一个接受器，也是一个分析
器，它在把外界复杂的声音信号转变成内在的神经信息
的编码过程中起着重要的作用。按结构与功能，耳可以
分成外耳、中耳和内耳三个组成部分（图1听觉器官结构
模式图）。真正感受声音刺激的装置是位于内耳基底
膜上的毛细胞。声波由外耳道进入，使鼓膜发生相应的
振动，随之由与其相连接的听骨链传至内耳，使内耳中
淋巴液发生波动，引起基底膜振动。位于基底膜上的毛
细胞受到刺激后产生的神经冲动，由传入神经传导至相
应的脑中枢，经过整合便产生听觉。
听觉感受性 具有正常听觉的成年人可以听到每秒
振动20～20000次的声波,通常把这样一个宽的频带范围
叫做人的可听声频。低于每秒20次的声波叫次声,高于每
秒20000次的声波叫超声。次声和超声人们都听不到。除
频率这一条件外，声音还必须具有一定的强度才能被听
到，这个最小可听强度就是听觉的绝对阈限。研究证明，
人对不同频率的声音的感受性是不同的。由于外耳道的
自然共振频率在3000赫左右，加上中耳机械传导的特点，
使得人对1000～4000赫范围的中高频声音特别敏感。例
如：3000赫纯音的阈限，根均方声压的变化大约是每平
方厘米为4×□N，这相当于在外耳道入口处有6.25×□
厘米或0.00625纳米的位移幅度。也就是说,当鼓膜振动
只有一百万分之一厘米的幅度时（小于一个氢原子的直
径），人便能觉察到声音。但是，人对频率非常低和非
常高的声音的感受性则大大降低，其听觉阈限与中频声
相比可以相差几十个分贝。
人耳对一个声音的强度或频率的微小变化也是极其
敏感的，这种在强度或频率上的最小可觉察到的变化叫
做强度或频率差别阈限。宽带或一定频率范围的带噪声
的强度差别阈限符合韦伯定律。也就是说,如果用□代表
带噪声的强度，Δ□代表最小可觉察到的强度变化,那么
Δ□/□ 近似于一个常数，大约为0.5～1。纯音强度的差
别阈限随刺激强度的增加而降低。例如，1000赫的纯音
强度在20分贝时差别阈限为1.5分贝；在40分贝时为0.7
分贝;而在80分贝时则降低到0.3分贝了。频率的差别阈
限是频率的函数，1000赫纯音在中等强度时,大约有3赫
的变化人便可觉察到。随着年龄的增长，听觉的感受性
将会大大降低，对高频声尤为突出（老年聋）。60岁以
上的老年人，对8000赫的声音听力平均损失约40分贝。
音高 声音高低的属性。根据它可以把声音排列成
由低到高的序列。音高主要与声音波形的重复速率有关，
对于纯音来说，这相当于它的频率，而对于一个周期性
的复合声来说，则相当于它们的基频。一般来讲，频率
越高音高也越高。但研究证明，当某一声音的频率保持
不变。而只增加它的强度时，音高也随之发生变化。一
般高频声的音高趋向于提高，而低频声的音高则趋向于
降低。因此，音高不等于声音的物理频率，它是一种主
观的心理量。
声学家们习惯于用1000赫纯音作为基准音。当1000
赫纯音的声压级在阈上40分贝时，将其音高定为1000美
(mel)。因此，任何一种声音如果被听者判断为1美音高
的□倍，那么这个声音的音高就是□美。研究表明，1000
赫以下的纯音,它们的频率数低于它们的音高的美数,而
1000赫以上的纯音，则它们的频率数大于它们的音高的
美数(见表频率与它们的音高美数的对比)。这主要是
由于音高的变化慢于频率的变化所致。对于一个包括多
种频率成分的复合声来说音高，主要取决于其基频。例
如，一个包括200赫、400赫、600赫和800赫等成分的复
合声,听起来是一个具有接近200赫的低调的音高。但是，
当用电子滤波器把200赫的成分滤掉,甚至把整个低频成
分都去掉，只保留一组高次谐波，如1800赫、2000赫和
2200赫时，听起来它仍然类似200赫的音高,尽管这时在
音色上已有明显的变化，这便是所谓去基频现象。
响度 声音强弱的属性。根据它可以把声音排列成
由轻到响的序列。响度是与声音的强度和频率有关的一
种主观度量。声学家们以1000赫纯音作为基准音，当其
声压级在阈上40分贝时,其响度为1宋(sone)。如果一个
声音的响度被听者判断为1宋的□倍，这个声音响度就是
□宋。根据心理物理学实验,1000赫纯音的标准响度与其
物理强度呈幂函数关系,即□=□□。□为响度，单位为宋；
□为物理强度;□为常数。也就是说,响度随声音强度的0.3
次幂而变化。根据上式,声音强度每增加10分贝时,其响
度即增加1培。
对于纯音来说,等响曲线（图2等响曲线）表明了
响度与频率的关系。图中的每一条曲线表明不同的频率，
具有不同的强度，但它们确有同等的响度级，单位是方
(phon)，如40方或60方等响曲线。在低强度时，等响线
的图形类似于听阈曲线。因此,如果声音的强度相等,那
么中频声听起来会比低频或高频声更响一些。随着响度
级或声压级的增加,等响曲线渐趋于平直。也就是说,不
同频率的响度级的增长速度是不同的，低频声的响度级
随声音强度的增长比中频声要快。这表明在高声强时,人
耳对低频声变得比较敏感了。一个由线谱或连续谱组成
的复合声,一般来讲,它所包括的频率范围越宽，其声音
也越响，尽管这时所包含的总声能保持不变。研究证明，
响度与频宽的这种关系，只有当频宽超过某一最小值即
临界带宽之后才会产生。而在其临界带宽之内，响度基
本上不依赖于频宽,这种效应通常叫做响度综合。声音的
响度也与声音持续作用的时间有关。在一定范围内（大
约15～150毫秒）,持续时间越长声音也越响。超过这个
范围，这种关系便不存在了。
音色 指复合声的一种主观属性。人们根据它可以
把具有相同的音高和响度的复合声区分开来。例如，不
同的乐器演奏同一音符，听起来不一样，是因为它们的
音色不同。音色主要取决于声能在不同频率上的分配模
式。当不同的声音混合在一起时，人们仍然可听出组成
该混合声的各种声音的音色，而不是产生一种新的合成
的音色,除非它们的基频是相同的。而在这种情况下,音
色确实丧失了特性。因此，在其他声音存在时，某种声
音的音色的鉴别显然与在一复合声中一组谐波的共同的
周期性有关。但是，声音的操作表明，严格的周期性的
音调在音色上是单调的。看来音色并不只是依赖于频谱
的精确结构，而音色知觉更多地是一种模式辨认过程。
掩蔽 在一个喧闹的环境中，人们的讲话很难听清
楚，也就是说，我们的言语声被周围环境的噪声掩蔽掉
了，这就是声音的掩蔽现象。在这种情况下，要使讲话
能被听清，必须提高说话的声音，这个提高的量就是掩
蔽阈限。纯音掩蔽现象的研究表明，与掩蔽声频率接近
的纯音易被掩；蔽低频声对高频声的掩蔽大于高频声对
低频声的掩蔽；掩蔽声的强度提高时掩蔽效果也随之增
大。但是，当掩蔽声和信号之间的频率非常接近时，又
会出现两者交替地增强和减弱的音拍现象。这种现象和
两种声音之间相位关系的不断变化有关。研究结果还表
明，当噪声对纯音掩蔽时实际上起作用的只是以该纯音
信号为中心频率的一个窄的频带，这个频带以外的频率
成分对掩蔽的作用不大。H.弗莱彻把这个窄的频带叫做
临界频带。并且认为，当噪声刚掩蔽纯音信号时，在临
界频带内的总声功率等于该纯音信号的声功率。在掩蔽
过程中，除了频率的因素以外，还有时间的作用。当信
号与掩蔽声同时存在时为同时掩蔽，而当掩蔽声在信号
前或信号后出现时为前掩蔽或后掩蔽，如果信号和掩蔽
声分别作用于不同的耳时，所产生的掩蔽叫中枢掩蔽。
双耳听觉 同时用两耳收听所产生的听觉。确定声
源位置的能力主要是依靠双耳听觉（见听觉空间定位）。
但是，应用双耳人们还能够选择性地注意来自某一特定
方向的声音信号，而有效地排除其他声音的干扰。研究
证明，除了改善纯音的可觉察度外,在反相的条件下,双
耳听觉也可以提高言语的可懂度的。这种能力在吵闹的
环境中显得特别重要。
与听觉系统对两耳间相位差的加工能力有密切关系
的一种听觉现象是双耳拍音。它不同于由声学系统把两
个频率的声音混合后在一耳上所产生的物理拍音，双耳
拍音是两耳神经脉冲相互作用的结果。它也不像物理拍
音那样在整个可听声频范围内都可以产生。双耳拍音只
发生在低频声，在300～600赫之间最明显。单耳拍音只
发生在两种刺激强度相互匹配的情况下，而双耳拍音在
两耳间的强度有很大差别时，甚至一耳的强度低于绝对
阈限以下仍可产生，表明这种锁相关系在刺激强度的很
大范围内都可发生。
与觉察阈限的改善有关的另一现象是双耳响度综合，
即一个声音用两耳听比用一耳听会感到更响。最近的一
些研究证明，对于纯音或窄带噪声来说，两耳的响度大
约是一耳的1.7倍,而对于宽带噪声来说，则可能随着声
级的增加而增加。在高强度时可达到2:1的程度。双耳响
度综合不像单耳响度综合那样，它们与两耳间的频差无
关，却依赖于两耳间的强度差。研究证明，当两耳的声
功率相等时双耳响度综合最大。
听觉适应和疲劳 听觉适应是一种平衡过程,即感受
器对一稳定刺激的反应作为时间的一种函数而下降，然
后达到一稳定的水平。此时感受器消耗的能量和维持它
的代谢能量保持平衡。听觉适应在感觉上表现为声音的
响度开始时有所下降，随后趋于稳定。听觉适应的研究
通常采用响度平衡法。实验表明，听觉对高频纯音比对
低频纯音或噪声容易适应；对稳定的声音比对波动的声
音容易适应；一般在声音作用1～2分钟时适应发展得最
快，以后较慢,通常在声音停止作用2分钟以后适应便得
到恢复。
强度大大超过感受器正常生理反应限度，长时间作
用的声刺激，会造成听觉疲劳。听觉适应和听觉疲劳最
大的不同在于，前者是在刺激声作用时发生的感受性的
变化，而后者则是声刺激停止后发生的。听觉疲劳表现
为听觉阈限的暂时性的提高。听觉疲劳的大小与声刺激
的强度、持续的时间、刺激的频率以及声刺激停止后测
量听阈的时间等多种因素有关。一般把声刺激停止后2分
钟可测得的听阈作为听觉疲劳的指标。听觉疲劳由于不
断地累加而长时期得不到恢复，最终将会导致永久性的
听力损失，即职业性的听力损失。
听觉器官结构模式图：
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频率与它们的音高美数的对比：
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等响曲线：
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添加时间： 2004-01-17 14:30:42 【去讨论区发表评论】 【打印文章】 |
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