听觉

[拼音]：tingjue

[外文]：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）。

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。

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4×10^-9N，这相当于在外耳道入口处有6.25×10^-10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I代表带噪声的强度，ΔI代表最小可觉察到的强度变化，那么ΔI/I 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。

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N倍，那么这个声音的音高就是N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)。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。

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N倍，这个声音响度就是N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L=KI^0.3。L为响度，单位为宋；I为物理强度;K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）

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。

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。

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。

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。