第一節(jié) 人耳的構(gòu)造及功能

1．人耳的構(gòu)造
外耳：耳廓 外耳道                中耳:鼓膜 聽(tīng)小骨                   內(nèi)耳:半規(guī)管 耳蝸
耳廓：也叫耳殼，耳廓起收集和向外耳道反射聲音的作用。
外耳道：直徑約0.5厘米，長(zhǎng)約2.5厘米的一端與鼓膜封閉的圓形軌道,他的作用是將聲音傳導(dǎo)道鼓膜,是聲音進(jìn)入骨室的通道。
鼓膜：鼓膜的面積約為0.8平方厘米，厚度約為0.1毫米，是一個(gè)淺錐型的軟膜。
聽(tīng)小骨：它是由錘骨 砧骨 鐙骨三塊小骨組成。三塊聽(tīng)小骨成杠桿式連接，最后一塊鐙骨與卵型窗相鄰。
半規(guī)管：保持人體平衡（人耳內(nèi)唯一一個(gè)與聽(tīng)力無(wú)關(guān)的器官）
耳蝸：耳蝸呈螺旋型，形狀象蝸牛，是一骨質(zhì)腔體，內(nèi)部充滿淋巴液。耳蝸沿其長(zhǎng)度分為兩部分，分別稱為前庭階和鼓階，在基底膜上分布有大量毛細(xì)胞，每根毛細(xì)胞上都連有末梢神經(jīng)。
2．人耳的功能
1.外耳道：外耳形狀的不對(duì)稱性有聚集聲能的作用，并有一定的定向作用，外耳道的自然諧振頻率約為3400Hz，由于外耳道的共鳴，以及人頭對(duì)聲音產(chǎn)生的反射和衍射，使得人耳對(duì)2~4kHz的聲音感覺(jué)約可提高15~20dB。所以缺少耳廓的人，高頻聽(tīng)力差。
2.中耳：咽骨管有平衡中耳和外耳的氣壓作用，以保證鼓膜的正常震動(dòng)。鼓膜將聲能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。
鼓膜的面積比卵型窗的面積約大24~36倍，大面積的力作用在小面積上，從耳加大了卵型窗的作用力，三塊聽(tīng)小骨的杠桿作用，也對(duì)聲能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能起到一定的放大作用，另外聽(tīng)小骨具有一些非線性，使人們對(duì)一個(gè)頻率的聲音能產(chǎn)生出它的諧音感覺(jué)。當(dāng)遇到瞬時(shí)超大的聲壓時(shí)，聽(tīng)小骨會(huì)自動(dòng)脫位，切斷聲音的通道，從而達(dá)到保護(hù)內(nèi)耳的作用。
3.內(nèi)耳：內(nèi)耳最重要的部分是耳蝸，耳蝸其實(shí)就是一個(gè)“選頻器”，高頻聲音激勵(lì)靠近卵型窗的末梢；中頻聲音激勵(lì)中部的神經(jīng)末梢；末端的神經(jīng)末梢則被低頻聲激勵(lì)，而當(dāng)聲音激勵(lì)卵型窗的某一部分時(shí)，相應(yīng)的神經(jīng)末梢就會(huì)發(fā)送信號(hào)到大腦。值得一提的是用人而辨別聲音的音調(diào)，只需聽(tīng)到震動(dòng)的幾個(gè)周期就能分辨得一清二楚。在聽(tīng)覺(jué)范圍內(nèi)人耳能認(rèn)定和區(qū)分大約1500種不同的音調(diào)。
人耳聽(tīng)聲的詳細(xì)過(guò)程如下：聲音通過(guò)耳廓和外耳道到達(dá)鼓膜，使鼓膜產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)。鼓膜的振動(dòng)經(jīng)類似杠桿系統(tǒng)的三個(gè)聽(tīng)小骨放大后，傳到耳蝸的卵型窗，并傳遞給耳蝸內(nèi)的淋巴液，最后發(fā)送信號(hào)給大腦。
耳殼效應(yīng)：耳殼的凹凸不平，造成了直接聲和反射聲進(jìn)入外耳道的時(shí)間差和相位差，大腦的聽(tīng)覺(jué)區(qū)可對(duì)此微小的差別做出方位上的判斷，這就使耳殼效應(yīng)。
第二節(jié) 人耳的聽(tīng)覺(jué)特性

1.聽(tīng)覺(jué)和分貝
由于人的生理特點(diǎn)，人們對(duì)聲音大小的感覺(jué)與音響系統(tǒng)的對(duì)聲功率的大小感覺(jué)成對(duì)數(shù)關(guān)系，既人耳聽(tīng)覺(jué)的對(duì)數(shù)特性，人耳的聽(tīng)覺(jué)感覺(jué)與聲功率的變化是一種比率，比率相同感覺(jué)才相同。
功率比
分貝數(shù)
功率比
分貝數(shù)
功率比
分貝數(shù)
1.26
1 dB
4
6 dB
31.6
15 dB
1.41
1.5 dB
5
7 dB
100
20 dB
1.58
2 dB
6.3
8 dB
103
30 dB
2
3 dB
7.9
9 dB
104
40 dB
2.5
4 dB
7.9
9 dB
105
50 dB
3.16
5 dB
10
10 dB
106
60 dB
1dB是正常人能分辨的最小聲壓級(jí)
當(dāng)分貝數(shù)為3 dB時(shí)，人耳聽(tīng)覺(jué)感覺(jué)為原聲音響度的1倍，到10 dB時(shí)為原聲音響度的2倍，20 dB時(shí)為原響度的4倍，30 dB時(shí)為原響度的8倍，40 dB時(shí)為原響度的16倍，50 dB時(shí)為原響度的32倍，60 dB時(shí)為原響度的64倍。
2.聲音的三要素
聲音是一種物理現(xiàn)象，人耳聽(tīng)到聲音后對(duì)聲音的感覺(jué)卻是一種心理現(xiàn)象，首先應(yīng)弄清楚人耳的主觀感受與聲音的物理量之間的關(guān)系，通常將人耳對(duì)聲音的三種主觀感受既響度 音調(diào)和音色稱為聲音的三要素。可以認(rèn)為，響度主要與聲音的振動(dòng)幅度有關(guān)；音調(diào)主要與聲音的振動(dòng)頻率有關(guān)；音色主要與聲音的振動(dòng)頻率有關(guān)。
響度[/b]：人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的感覺(jué)稱為響度。響度的單位是“宋”，記做“sone”，以1kHz的純音，聲壓級(jí)為40dB時(shí)的響度為1度。 1kHz的聲音以分貝表示的聲壓級(jí)，定義為響度級(jí)，單位是“方”，記做“phon”。即響度級(jí)40方對(duì)應(yīng)的響度為1宋。
2宋=48方      0.5宋=32方
人耳對(duì)聲音響度的感覺(jué)與聲壓級(jí)和頻率有關(guān)，將人耳在聽(tīng)到不同頻率純音（正旋波）時(shí)，對(duì)所有具有相同音量感的聲壓用一條曲線表示后所得到的曲線圖，稱為等響曲線。
圖中每條曲線上所代表的與聲壓級(jí)，頻率相對(duì)應(yīng)的聲音，人耳聽(tīng)來(lái)都時(shí)同樣響的，也可理解為對(duì)于不同頻率的聲音，人耳聽(tīng)到同樣響度時(shí)所需的聲壓級(jí)不同。例如1kHz ，9dB的聲音為基準(zhǔn)，人耳聽(tīng)到與它等響的100Hz聲音所需聲壓級(jí)為47dB。
0方以下的聲音，人耳是聽(tīng)不見(jiàn)的，所以0方曲線可稱為聽(tīng)閾；120方以上的聲音會(huì)使人感到疼痛，所以120方曲線可稱為痛閾
分析等響曲線可得出以下結(jié)論
1.人耳對(duì)不同頻率聲音的靈敏度不同，在1 kHz到5 kHz頻率范圍內(nèi)，人耳的聽(tīng)覺(jué)靈敏度最高，最敏感的是3 kHz左右（這是由外耳道的共鳴引起的）。
2.在1 kHz以下5 kHz以上，人耳聽(tīng)覺(jué)靈敏度下降很多，尤其在低頻端，想要使其達(dá)到等響程度，必須在兩端（高頻和低頻），尤其是在低頻端加大聲功率。
3.響度越高，曲線越趨于平滑，即響度越小受頻率影響越大，在80方時(shí)基本平直。
根基上述分析可知，當(dāng)改變重放音量時(shí)，各個(gè)頻率的聲音的響度級(jí)也將改變，所以人們會(huì)感到聲音的音色由變化。即使是一個(gè)高級(jí)的放音裝置，在低聲級(jí)放音時(shí)，也會(huì)感到放音頻帶變窄，聲音單薄；相反，即使時(shí)一個(gè)低級(jí)的放音裝置，在提高放音音量時(shí)，也會(huì)感到放音音量展寬，聲音較豐滿。為了減小等響曲線的影響，可以在放置放大器部分安裝響度控制器，使在低聲級(jí)放音時(shí)，能根據(jù)等響曲線自動(dòng)地將低聲頻段和高聲頻段聲音的聲級(jí)進(jìn)行反校正，將它們相應(yīng)提高。
音色[/b]：音色是聽(tīng)覺(jué)上區(qū)別具有同樣響度和音調(diào)的兩個(gè)聲音的主觀感覺(jué)，也稱為音品。音色主要是由聲音的頻譜結(jié)構(gòu)決定，即由聲音的基頻和諧波的數(shù)目以及它們的相互關(guān)系來(lái)決定。
由于各種發(fā)生體的材料和形狀結(jié)構(gòu)不同，發(fā)聲機(jī)理也不盡相同，即使它們發(fā)出相同的音調(diào)相同的響度的聲音，在基頻相同的情況下，諧波的成分和幅度也會(huì)由所區(qū)別，人耳聽(tīng)到的主觀感受便是音色不同。
另外，音色還與發(fā)聲體振動(dòng)的起振，穩(wěn)定和衰減的時(shí)間過(guò)程有關(guān)。
起振階段（也稱為建立階段）指在激發(fā)弦或空氣柱使振動(dòng)開(kāi)始的瞬間，即開(kāi)始振動(dòng)而振幅還不大，并且還不穩(wěn)定的那段時(shí)間。例如銅管樂(lè)器激發(fā)的時(shí)間一般為40ms左右，強(qiáng)激發(fā)時(shí)最長(zhǎng)為80 ms，但在弱激發(fā)時(shí)最長(zhǎng)可達(dá)180 ms。
穩(wěn)態(tài)階段是樂(lè)音過(guò)了起振階段以后，振幅增至最大并保持恒定不變的階段。例如弦樂(lè)器中的提琴，二胡，管樂(lè)器的長(zhǎng)笛，小號(hào)等有穩(wěn)態(tài)階段，而板鼓，梆子等打擊樂(lè)器則基本上沒(méi)有穩(wěn)態(tài)階段。
衰減階段是振幅開(kāi)始減小直到完全停止振動(dòng)的階段。有的樂(lè)器衰減階段很短，有的卻很長(zhǎng)。例如揚(yáng)琴，豎琴的衰減時(shí)間就很長(zhǎng)，可達(dá)1~2s以上。一般樂(lè)器的衰減時(shí)間，高音較短，底音較長(zhǎng)。
下圖為風(fēng)琴和鋼琴的時(shí)間過(guò)程圖
風(fēng)琴的時(shí)間過(guò)程是：起振較緩慢，在短時(shí)間保持一定的穩(wěn)態(tài)聲級(jí)，然后較緩地衰減。
鋼琴的時(shí)間過(guò)程是：起振較快，然后逐步衰減。
音調(diào)[/b]：人耳對(duì)聲音高低的感覺(jué)稱為音調(diào)。音調(diào)主要與聲音的基音頻率有關(guān)，基音頻率高則音調(diào)高，基音頻率低則音調(diào)低，但不成正比，而是一種對(duì)數(shù)關(guān)系。十二平均律等程音階是將一個(gè)倍頻程的頻帶按照頻率的對(duì)數(shù)關(guān)系劃分成十二個(gè)等份而構(gòu)成的，相隔一個(gè)倍頻稱的兩個(gè)音成為八度。例如鋼琴調(diào)音時(shí)，低音區(qū)要向下調(diào)，高音區(qū)要上調(diào)，最大會(huì)差幾音分之多。這樣，聽(tīng)起來(lái)才有正確的音階感。要不然，如果完全按八度同音音程定弦，鋼琴的低音鍵聽(tīng)起來(lái)就偏高，高音鍵聽(tīng)起來(lái)就偏低。
音調(diào)的單位是“美”（Mel）。頻率為1000Hz的純音音高在聽(tīng)閾上40dB為1000美。
另外影響音調(diào)的因素還有聲音的聲壓級(jí)和聲音的持續(xù)時(shí)間等。例如，即使是物理上相同頻率的聲音，如果改變音量，音調(diào)的高低感覺(jué)也會(huì)有微小的變化。這種音量變化對(duì)音調(diào)感覺(jué)的影響，純音比由許多純音合成后的復(fù)音更為顯著。特別是當(dāng)?shù)皖l聲減小音量時(shí)，會(huì)感到音調(diào)升高；增大音量時(shí)，會(huì)感到音調(diào)變低。高頻聲正相反，減小音量時(shí)，會(huì)感到音調(diào)降低；增大音量時(shí)，會(huì)感到音調(diào)變高。因此，在小音量情況下，必須將低頻聲的音調(diào)調(diào)低一些，而將高頻聲的音調(diào)調(diào)高一些才能得到應(yīng)有的音調(diào)。
倍頻程[/b]：音階中頻率比為2 ：1的頻率間隔的聲程，在電聲學(xué)中被稱為倍頻程，通常用“oct”表示，而在音樂(lè)學(xué)中被稱為8度。
3.人耳聽(tīng)覺(jué)的幾個(gè)效應(yīng)
掩蔽效應(yīng)：[/b]在寂靜的環(huán)境里，人耳能分辨出輕微的聲音，但在嘈雜的環(huán)境中，輕微的聲音完全被淹沒(méi)掉了。要想聽(tīng)到原來(lái)輕微的聲音，就必須使它增強(qiáng)才行。這種由于第一個(gè)聲音的存在而使第二個(gè)聲音提高聽(tīng)閾的現(xiàn)象，稱為掩蔽效應(yīng)。
當(dāng)聲級(jí)較低時(shí)，窄帶噪聲的掩蔽只限于中心頻率附近較窄的范圍，聲級(jí)越高掩蔽區(qū)也越寬，并且高與中心頻率的聲音掩蔽作用大。從頻率角度來(lái)看低頻聲容易掩蔽高頻聲。
當(dāng)掩蔽聲作用在被掩蔽聲之前時(shí)，稱為前掩蔽；掩蔽聲作用在被掩蔽聲之后時(shí)，稱為后掩蔽。總稱為非同時(shí)掩蔽。
（1）.掩蔽聲在時(shí)間上越接近掩蔽聲，掩蔽效應(yīng)越大。掩蔽現(xiàn)象常發(fā)生在掩