人耳结构及听觉机理

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: b1 @. M, t5 R7 y& d: ]人的听觉系统包括内外耳及听觉神经系统。
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8 j- I4 O8 @8 U% E耳朵的作用是将外部的声信号转变为可为大脑识别的神经脉冲。曾有书籍指出，神经脉冲也类似于一种电脉冲，所以人耳实际上好像一个十分神奇的声电转换系统。
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* A/ g. F# s: R# t9 J0 w4 Y人耳的结构相当复杂，人类至今尚无法通过解剖来详细地了解它的生理结构，因而更无法从结构上清楚地说明它的听觉机理，本文只对人耳的结构及听觉机理做一个简单的描述。
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- s1 S7 g& `# i) {8 ]& H: ]图1  人耳结构解剖图
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' G! x: x' y, l* c/ I, Y如图1所示为人耳结构的解剖图。
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人耳分为外耳、中耳、内耳3部分。
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外耳包括耳廓、耳道及鼓膜。
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; @- j) F1 {! b' ?1 g2 {1 J9 J2 y耳廓的作用是削弱或挡住后方传来的声波、收集正前方的信号。有研究认为耳廓对高音有一定的聚集作用，以便于声源的定位，正因如此，自然界中许多动物，如斑马、狗等，为了逃避敌人或追捕猎物，其耳朵都具有一定的旋转功能，以便在更大的范围内确定目标的方位。

0 Y0 S' f- u8 a$ i4 S/ p( n耳道是一个略显外粗内细的管子，外端与耳相连，里边与鼓膜相接，平均长度约2.7cm，平均直径约0.7cm。如果它是闭管，其共振频率为3060Hz，其作用是对进入的声音进行滤波与放大，它对2000Hz~5000Hz频率有5dB~10dB的放大作用，如图2-2所示。
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图2  人耳对中频的放大作用
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8 R' `% l9 \: `6 U图中虚线处频率为3060Hz。有人从进化的角度说，远古时代，人类的耳朵原是为了听到食肉动物追踪我们祖先时发出的草地的沙沙声或枝叶的扰动声，这些声音的频率大多在2kHz~5kHz之间，因此人耳对自然界中包含信息量较大的中频最敏感，这也许就是自然选择的结果。

8 K% l6 l) w0 z. E6 U鼓膜位于中耳与外耳的界面上，厚仅为0.1mm，面积仅为0.5mm²。鼓膜的作用是将空气的振动转化成自身的振动，但它的振动位移极其微小，据说，正常说话声引起鼓膜振动的位移只有10-8cm，仅相当于一个小分子的长度。也正因此，声学中的若干基准量都十分微小。
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( e* s% x# m" P  w9 T中耳包括两部分，其上部在位于内耳与外耳之间是3块名叫锤骨、砧骨、镫骨的小骨头，总称听小骨。听小骨确实非常小，其质量分别为23mg、2.5mg和27mg，由微小的肌肉悬挂在中耳内。工作时，鼓膜带动锤骨振动，锤骨敲击砧骨，砧骨带动镫骨，镫骨将振动传到内耳的前庭窗。听小骨有两个作用，一是将鼓膜较大的振动变成前庭窗较小的振动; 二是将鼓膜处较小的压力，变成推动内耳前庭窗内淋巴液的较大的推力，即将鼓膜位移较大但力量较小的振动，变成前庭窗内力量较大而位移却较小的振动，此作用类似于电力系统中的变压器对电压与电流的变换。

$ N& O0 K' Y9 S9 Q" q& @# z  T  U0 ]中耳的侧下方是咽鼓管，它的一端连着鼓室，另一端与口腔相连，以保持静态下鼓膜两端气压的平衡，提高鼓膜振动时的自由度。一旦咽鼓管内的空气封闭，管内的空气便等效为一个反向弹簧，不仅增大鼓膜振动的阻尼减少其振动幅度，也会改变其音色，使声音变得低沉甚至于充满隆隆声，在微型扬声器的制作中，一旦将后盖全部封闭，也会碰到类似的问题。

* T$ ]0 ~' Q" A7 y耳咽管平时是萎缩的，只有在吞咽或打呵欠时才打开。所以飞机起降时，乘客们经常会得到友好的提醒，应该做些吞咽动作，以使口腔运动进而打开耳咽管，让外部空气通过口腔、耳咽管进入鼓膜的内侧，使鼓膜内外气压保持一致，否则不仅耳朵感受不好，而且听觉也随之改变。

内耳由前庭窗、耳蜗、淋巴液及耳蜗末端的听觉神经组成。前庭窗中的卵形窗接受错骨的振动后，造成了卵形窗与圆形窗之间的耳蜗液体的振动这振动激励了耳蜗的基底部分，并由耳蜗管将振动传导到耳蜗的顶端，激励与之相连的毛细管。毛细管呈倒V型，可以张合，这张张合合就将振动传递到大脑皮层的听觉中枢。

耳蜗如同人体一样，是自然界鬼斧神工的产物，有人将其比喻成一台有15000个琴键的钢琴(一般钢琴只有88个键，结构十分复杂又十分庞大的管风琴也只有1000多根共鸣声管)，它的不同的部分处理着不同频率的声音如果其中的某一部分受损，人就丧失了这部分频率的听力。
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5 h  F( G* r2 Z& U( F/ C5 a最近有文章报道，美国加州州立大学有人研究发现，人的左、左耳的毛细胞略有区别，左耳的毛细胞对音乐有一定的放大作用，而右耳的毛细胞对语言的放大则较明显，从而导致左耳更适于听音乐而右耳更适于听语言。如果这样的研究属实，也许哪一天会引导设计师根据人耳的这一特性而设计不同的耳机。

! h* z" h$ t& _2 w- T3 l8 k1 i这就是人耳的结构及听觉的简单机理。

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