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，是一個淺錐型的軟膜。
聽小骨：它是由錘骨 砧骨 鐙骨三塊小骨組成。三塊聽小骨成杠桿式連接，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)唯一一個與聽力無關(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，以及人頭對聲音產(chǎn)生的反射和衍射，使得人耳對2~4kHz的聲音感覺約可提高15~20dB。所以缺少耳廓的人，高頻聽力差。
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。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，三塊聽小骨的杠桿作用，也對聲能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能起到一定的放大作用，另外聽小骨具有一些非線性，使人們對一個頻率的聲音能產(chǎn)生出它的諧音感覺。當(dāng)遇到瞬時超大的聲壓時，聽小骨會自動脫位，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“選頻器”，高頻聲音激勵靠近卵型窗的末梢；中頻聲音激勵中部的神經(jīng)末梢；末端的神經(jīng)末梢則被低頻聲激勵，而當(dāng)聲音激勵卵型窗的某一部分時，相應(yīng)的神經(jīng)末梢就會發(fā)送信號到大腦。值得一提的是用人而辨別聲音的音調(diào)，只需聽到震動的幾個周期就能分辨得一清二楚。在聽覺范圍內(nèi)人耳能認(rèn)定和區(qū)分大約1500種不同的音調(diào)。
人耳聽聲的詳細(xì)過程如下：聲音通過耳廓和外耳道到達(dá)鼓膜，使鼓膜產(chǎn)生相應(yīng)的振動。鼓膜的振動經(jīng)類似杠桿系統(tǒng)的三個聽小骨放大后，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)入外耳道的時間差和相位差，大腦的聽覺區(qū)可對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) 人耳的聽覺特性

1.聽覺和分貝
由于人的生理特點(diǎn)，人們對聲音大小的感覺與音響系統(tǒng)的對聲功率的大小感覺成對數(shù)關(guān)系，既人耳聽覺的對數(shù)特性，人耳的聽覺感覺與聲功率的變化是一種比率，比率相同感覺才相同。
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
當(dāng)分貝數(shù)為3 dB時，人耳聽覺感覺為原聲音響度的1倍，到10 dB時為原聲音響度的2倍，20 dB時為原響度的4倍，30 dB時為原響度的8倍，40 dB時為原響度的16倍，50 dB時為原響度的32倍，60 dB時為原響度的64倍。
2.聲音的三要素
聲音是一種物理現(xiàn)象，人耳聽到聲音后對聲音的感覺卻是一種心理現(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幅度有關(guān)；音調(diào)主要與聲音的振動頻率有關(guān)；音色主要與聲音的振動頻率有關(guān)。
響度[/b]：人耳對聲音強(qiáng)弱的感覺稱為響度。響度的單位是“宋”，記做“sone”，以1kHz的純音，聲壓級為40dB時的響度為1度。 1kHz的聲音以分貝表示的聲壓級，定義為響度級，單位是“方”，記做“phon”。即響度級40方對應(yīng)的響度為1宋。
2宋=48方      0.5宋=32方
人耳對聲音響度的感覺與聲壓級和頻率有關(guān)，將人耳在聽到不同頻率純音（正旋波）時，對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，頻率相對應(yīng)的聲音，人耳聽來都時同樣響的，也可理解為對于不同頻率的聲音，人耳聽到同樣響度時所需的聲壓級不同。例如1kHz ，9dB的聲音為基準(zhǔn)，人耳聽到與它等響的100Hz聲音所需聲壓級為47dB。
0方以下的聲音，人耳是聽不見的，所以0方曲線可稱為聽閾；120方以上的聲音會使人感到疼痛，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)，人耳的聽覺靈敏度最高，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，人耳聽覺靈敏度下降很多，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方時基本平直。
根基上述分析可知，當(dāng)改變重放音量時，各個頻率的聲音的響度級也將改變，所以人們會感到聲音的音色由變化。即使是一個高級的放音裝置，在低聲級放音時，也會感到放音頻帶變窄，聲音單薄；相反，即使時一個低級的放音裝置，在提高放音音量時，也會感到放音音量展寬，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，使在低聲級放音時，能根據(jù)等響曲線自動地將低聲頻段和高聲頻段聲音的聲級進(jìn)行反校正，將它們相應(yīng)提高。
音色[/b]：音色是聽覺上區(qū)別具有同樣響度和音調(diào)的兩個聲音的主觀感覺，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由所區(qū)別，人耳聽到的主觀感受便是音色不同。
另外，音色還與發(fā)聲體振動的起振，穩(wěn)定和衰減的時間過程有關(guān)。
起振階段（也稱為建立階段）指在激發(fā)弦或空氣柱使振動開始的瞬間，即開始振動而振幅還不大，并且還不穩(wěn)定的那段時間。例如銅管樂器激發(fā)的時間一般為40ms左右，強(qiáng)激發(fā)時最長為80 ms，但在弱激發(fā)時最長可達(dá)180 ms。
穩(wěn)態(tài)階段是樂音過了起振階段以后，振幅增至最大并保持恒定不變的階段。例如弦樂器中的提琴，二胡，管樂器的長笛，小號等有穩(wěn)態(tài)階段，而板鼓，梆子等打擊樂器則基本上沒有穩(wěn)態(tài)階段。
衰減階段是振幅開始減小直到完全停止振動的階段。有的樂器衰減階段很短，有的卻很長。例如揚(yáng)琴，豎琴的衰減時間就很長，可達(dá)1~2s以上。一般樂器的衰減時間，高音較短，底音較長。
下圖為風(fēng)琴和鋼琴的時間過程圖
風(fēng)琴的時間過程是：起振較緩慢，在短時間保持一定的穩(wěn)態(tài)聲級，然后較緩地衰減。
鋼琴的時間過程是：起振較快，然后逐步衰減。
音調(diào)[/b]：人耳對聲音高低的感覺稱為音調(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，而是一種對數(shù)關(guān)系。十二平均律等程音階是將一個倍頻程的頻帶按照頻率的對數(shù)關(guān)系劃分成十二個等份而構(gòu)成的，相隔一個倍頻稱的兩個音成為八度。例如鋼琴調(diào)音時，低音區(qū)要向下調(diào)，高音區(qū)要上調(diào)，最大會差幾音分之多。這樣，聽起來才有正確的音階感。要不然，如果完全按八度同音音程定弦，鋼琴的低音鍵聽起來就偏高，高音鍵聽起來就偏低。
音調(diào)的單位是“美”（Mel）。頻率為1000Hz的純音音高在聽閾上40dB為1000美。
另外影響音調(diào)的因素還有聲音的聲壓級和聲音的持續(xù)時間等。例如，即使是物理上相同頻率的聲音，如果改變音量，音調(diào)的高低感覺也會有微小的變化。這種音量變化對音調(diào)感覺的影響，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，會感到音調(diào)升高；增大音量時，會感到音調(diào)變低。高頻聲正相反，減小音量時，會感到音調(diào)降低；增大音量時，會感到音調(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，而在音樂學(xué)中被稱為8度。
3.人耳聽覺的幾個效應(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掉了。要想聽到原來輕微的聲音，就必須使它增強(qiáng)才行。這種由于第一個聲音的存在而使第二個聲音提高聽閾的現(xiàn)象，稱為掩蔽效應(yīng)。
當(dāng)聲級較低時，窄帶噪聲的掩蔽只限于中心頻率附近較窄的范圍，聲級越高掩蔽區(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，稱為前掩蔽；掩蔽聲作用在被掩蔽聲之后時，稱為后掩蔽�？偡Q為非同時掩蔽。
（1）.掩蔽聲在時間上越接近掩蔽聲，掩蔽效應(yīng)越大。掩蔽現(xiàn)象常發(fā)生在掩