人耳的聽覺特性第一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五主要內容聽覺生理系統響度感分析音調感音色與諧和感人耳感知特性聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五聽覺生理系統聲學基礎第四章人耳的聽覺特性聲波通過人耳轉化成聽覺神經纖維中的神經脈沖信號，傳到人腦中的聽覺中樞，從而引起聽覺。第三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五外耳由耳殼、耳道組成，到耳鼓為止。耳殼的作用是使耳道和空氣之間阻抗匹配，從而讓更多的聲能進入耳道。這種匹配作用在800Hz左右最好，在高頻段也比較有效，但在低于400Hz時這種阻抗匹配作用的性能變差。外耳道的作用是使聲音從耳廓傳到耳膜，并保護耳膜不受外界物體的機械損傷。耳道的長度大約為27mm，直徑為5~7mm，其共振頻率約為3000Hz，外耳道的共振效應是決定聽力靈敏度的一個重要因素。聽覺生理系統聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五中耳連接外耳和內耳，耳膜因受力而振動，進而推動中耳室內的三塊互相連接的聽小骨運動。這三塊聽骨分別為錘骨、砧（zhēn）骨、鐙（dèng）骨，起杠桿放大作用。中耳室內充滿了空氣，其體積約為2cm3。中耳通過歐氏管和鼻腔相連，平時歐氏管封閉，當它打開時可以形成一個溝通耳腔和口鼻腔的大氣通道，用以宣泄耳腔內壓強的劇增。中耳室內傾壁上有向內耳的兩個開口：卵形窗和圓形窗。圓形窗由封閉膜封閉，卵形窗被鐙骨的底板和聯系韌帶所封閉。兩個窗口的內側是充滿液體的耳蝸。中耳的作用是通過聽骨的運動把外耳的空氣振動和內耳的液體運動有效地耦合起來。聽覺生理系統聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五聽覺生理系統聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五內耳的主要部分是耳蝸，耳蝸的外形有點像蝸牛殼，它圍繞著骨質中軸盤旋了2.75轉，長約35mm，中軸是中空的，是神經纖維的通道。耳蝸中間由骨質層和基底膜把它隔成兩半，上部為前庭階，下部為鼓階。前庭階和鼓階內充滿淋巴液。鼓膜振動經過聽小骨的杠桿作用使鐙骨的振動通過圓卵窗激發耳蝸內淋巴液波動，波動傳到蝸頂時又通過小孔傳入鼓階內，最后被圓卵窗吸收。淋巴液中的波動使基底膜產生彎曲振動。附在基底膜上的柯氏螺旋器官，上面有大量的神經末稍元——毛細胞，它們在液體的運動作用下發生變形，形成神經脈沖信號，通過聽覺傳導神經傳至大腦聽覺中樞。這就是聽覺產生的全過程。在強聲級作用下，毛細胞基將會因拉伸應力而產生疲勞以致發生損害。需要注意的是，這種損害是不能恢復的。聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五耳朵的結構功能類比圖聽覺生理系統聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五聲學基礎第四章人耳的聽覺特性一個聲音信號可以用聲強（或聲壓）的三個客觀物理量幅度、頻率和相位來描述。對于人們的主觀感覺，聲音則可以用響度、音調和音色來描述。聲音的響度與聲波振動的幅度有關；音調高低與聲音的頻率有關，復雜聲音的頻譜（其諧波成分和它們的相對關系）決定了聲音的音色。第十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五主要內容聽覺生理系統響度感分析音調感音色與諧和感人耳感知特性聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五感覺閾限與韋伯定律響度、響度級等響曲線響度感分析聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五響度感分析響度是判斷聲音強弱的一種屬性。人耳感覺的響度主要取決于聲音的強度，但它與聲音的頻率和波形也有關。聽覺系統能否聽到聲音，取決于聲音的頻率和強度，正常的聽覺頻率范圍為20Hz~20KHz，強度范圍為-5dB~130dB。聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五使聲音聽得到的最低聲壓稱為聽閾，它和聲音的頻率有關。聽覺區域的上限有時取在不舒服閾，它的聲壓級大約為120dB，與頻率無關。但更常用的是取140dB聲壓級的痛閾為極限。大于140dB的聲音會使人感覺到疼痛，在150~160dB的聲場內會使人耳發生急性損傷。響度感分析聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五響度感分析聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五人的感覺閾限實際上包括兩個概念，一是絕對閾限，即人的某個感知器官對某種刺激的最小和最大感知限度；另一個是差別閾限，即人的感知系統對刺激變化的最小感知限度。人能區分出不同聲音信號之間哪怕是非常小的差異，這種差別可以發生在聲音的強度、頻率或時間上。在心理聲學上，我們把這種能力稱為差閾（differencelimen）或最小可察覺差異（justnoticeabledifferenceJND）差閾是人能識別兩個物理信號之間的最小差值，用物理量表示。感覺閾限與韋伯定律聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五絕對閾限：剛剛能引起感覺的最小刺激強度差別閾限：剛剛能引起差別感覺的刺激之間的最小差別閾限是一個統計學上的概念，是經過多次測量實驗得到的平均值。韋伯定律就是有關差別閾限的定律一般來說，這個定律只適用于中等強度的刺激感覺閾限與韋伯定律聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五韋伯定律通俗地講就是：添加一個刺激所產生的心理效應感覺要受到已經存在的刺激的影響。其中△s：感覺變化，△Q：刺激變化，Q：已存在的刺激感覺與刺激的對數成正比，而不是與刺激成正比。感覺閾限與韋伯定律聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五將Weber定律用于對音高的感覺的判斷音高感覺=兩個純音和

的音高感覺的差別為：感覺閾限與韋伯定律聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第二十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五對聲音響度的感覺首先決定于耳膜振動的振幅，而響度感的處理是通過兩個通道達到的，一是機械處理，二是神經處理，完成將強度變化在十幾個量級范圍內的物理振動壓縮到了主觀感受上3個量級范圍內的變化。而人耳基底膜上的毛細胞（神經末梢）的分布，對響度感及系統頻率特性的形成有著重要的影響。在中頻區毛細胞的密度較大，表明中頻區的音響感靈敏度較大。人耳覺察到的聲音的大小強弱與聲音的強度有關，但不完全由強度決定。因為人耳的振動系統、傳遞系統、振動到神經信號的轉換系統等都與頻率有關，因而主觀的強弱感覺也受到頻率的影響。響度級正反映了這種關系。響度、響度級聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第二十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五響度級：單位為方（phon），用符號LN表示以1000Hz的純音為基準聲音，將其它頻率的純音和1000Hz純音相比較，調整前者的聲壓級，使得聽者判斷兩個純音一樣響，則稱該純音的響度級（方值）在數值上與那個等響的1000Hz的純音的聲壓級（dB值）相等。響度、響度級聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第二十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五響度：單位為宋（sone）

40方為1宋，50為2宋，60為4宋，70方為8宋……

即響度級每改變10方，響度相應改變一倍適用范圍是：20~120方響度、響度級聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第二十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五等響曲線整個可聽范圍的純音響度級，就是等響曲線。曲線表示了響度級，聲壓級與頻率三者之間的關系，反映了人耳對各頻率的靈敏度。聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第二十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五等響曲線等響曲線聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第二十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五人耳響度感的特點人耳對高頻聲，尤其是2000Hz~5000Hz聲音敏感而對100Hz以下的低頻聲不敏感。對3000Hz的聲音最敏感，這與人耳的機械共振特性有關。耳道長度為3cm左右，3000HZ聲波的1/4波長為3.75cm，所以此頻段的聲波信號在耳道中容易發生共振。例：響度級為60方時1000Hz60dB100Hz67dB30Hz90dB3000Hz~5000Hz52dB等響曲線聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第二十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五當聲壓級較小，頻率較低時，對某一聲音來說，聲壓級（分貝值）和響度級（方值）的差別很大。例：SPL=40dB時50Hz聽不見，低于聽閾80Hz20方1000Hz40方當聲壓級高于100dB時，等響曲線逐漸拉平。這說明當聲音達到一定程度（>100dB），聲音的響度決定于聲壓級，而與頻率關系不太大。等響曲線聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第二十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五最高最低頻率可聽極限

一般地，青少年20~20KHz,中年30~15KHz,老年100~10KHz。最小最大可聽極限

人耳有一定的適應性，常人上限為120dB,經常噪聲暴露的人有可能達到135~140dB。下限頻率與頻率有關。最小可辯閾（差閾）

聲壓級變化的察覺：

一般是1dB

3dB以上有明顯感覺

頻率變化的察覺：

一般是3%，低頻時3Hz。

等響曲線聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第二十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五音調感音高的心理評價單位為美爾

mel取40方的1000Hz純音的音高作為標準，定為1000mel，若一純音聽起來調子高一倍的為2000mel，調子低一倍的稱為500mel，以此類推，可建立起整個可聽頻率的音高標準。人耳對聲音高低的感覺主要與頻率有關。頻率高，感到音細、高；頻率低，感到音粗、低。音高與頻率有正相關的關系，但沒有嚴格的比例關系，且因人而異。聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第二十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五一般的聲音都是由發音體發出的一系列頻率、振幅各不相同的振動復合而成的。這些振動中有一個頻率最低的振動，由它發出的音就是基音（fundamentaltone），其余為泛音。發音體整體振動產生的音（振動長度越大，頻率越小），叫做基音，決定音高；發音體部分振動產生的音，叫做泛音（諧音），決定音色；基音和泛音結合一起而形成的音，叫做復合音（復音），日常我們所聽到的聲音多為復合音。音色與諧和感第三十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五音色與諧和感樂音一般來講是一個復音，是一系列頻率獨立并呈簡單整數比的純音的疊加，描述這樣一個復音有三組數據一個樂音的音色主要決定于它的頻譜，在某些情況下它的時值和衰減特性也有助于音色的判斷。聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第三十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五音色與諧和感在音色的鑒別中，涉及到的只是最初的0~7個諧音，再往上更高階次的諧音對音色的貢獻并不顯著。根據聽覺的位置理論，復音中各階諧音在基底膜上所對應的共振區域呈對數分布，因此越高階的諧音對應的共振區域越彼此聚集，甚至彼此覆蓋，到第6階以后的諧音，相鄰的兩個諧音的在基底膜的兩個對應區域之相互混迭，并覆蓋在一個臨界帶以內，很難在感覺上將它們彼此分開。頻譜成分不同，音色的主觀感覺也就不同，例如，音色呆板、干澀則說明缺乏足夠的高階諧音；音色明亮、高亢表明高階諧音豐腴；而當偶次諧波不存在時，聲音則顯得低沉，不夠明亮。聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第三十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五主要內容聽覺生理系統響度感分析音調感音色與諧和感人耳感知特性聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第三十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五人耳感知特性掩蔽效應雙耳定位雞尾酒效應哈斯效應空間感聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第三十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五

掩蔽效應人耳對一個聲音的聽覺靈敏度因另外一個聲音的存在而降低的現象叫掩蔽效應。[掩蔽量]聽閾提高的分貝數[掩蔽閾]提高后的聽閾一個聲音能被聽到的條件是這個聲音的聲壓級不僅要超過聽者的聽閾，而且要超過它所在背景的噪音環境中的掩蔽閾。聲學基礎第四章人耳的聽覺特性分清掩蔽聲和被掩蔽聲第三十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五幾種典型的頻域掩蔽純音對純音的掩蔽窄帶噪聲對純音的掩蔽作用

寬帶噪聲對純音的掩蔽頻域掩蔽頻域掩蔽是指掩蔽聲與被掩蔽聲同時作用時發生掩蔽效應，又稱同時掩蔽。掩蔽聲在掩蔽效應發生期間一直起作用，是一種較強的掩蔽效應。

掩蔽效應聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第三十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五純音對純音的掩蔽（1）掩蔽音強度提高，掩蔽效果隨之增加，而且掩蔽音愈強，它的影響范圍也愈大，即能掩蔽更多種頻率的聲音。（2）掩蔽音對于頻率相近聲音的影響最大。（3）低頻對高頻的掩蔽效果大于高頻對低頻的掩蔽。

掩蔽效應聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第三十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五窄帶噪聲對純音的掩蔽窄帶噪聲的掩蔽作用要大于與窄帶噪聲中心頻率相等且強度相同的純音的掩蔽作用。聲壓較低時，窄帶噪聲的掩蔽區域僅限于中心頻率附近較窄的范圍內聲級越高，掩蔽區域越寬，且對高于中心頻率的聲音掩蔽作用較大。寬帶噪聲對純音的掩蔽一個寬帶噪聲可以在很寬的頻率范圍內對純音產生掩蔽作用。和純音掩蔽相似，低頻聲對高頻聲的掩蔽作用較強；而高頻聲對低頻聲掩蔽作用相對要弱一些，并且掩蔽聲級越高，掩蔽量越大。

掩蔽效應聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第三十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五時域掩蔽超前掩蔽：5ms-20ms滯后掩蔽：50ms-200ms在時間上相鄰的聲音之間的掩蔽現象，稱為時域掩蔽。產生時域掩蔽的主要原因是人的大腦處理信息需要花費一定的時間。

掩蔽效應聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第三十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五雙耳定位雙耳定位是指利用聽覺器官判斷發聲體的空間方位。

對聲源方向的判斷，主要有三種雙耳線索：

強度差IID

時間差ITD

相位差IPD聲學基礎第四章人耳的聽覺特性主要依據是聲音達到兩耳的時間差。雙耳定位來判斷聲源方向的準確度很高，但判斷遠近的準確度較差。第四十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五人耳判斷聲源的方位主要靠雙耳定位，對時間差和強度差進行判斷。人耳的水平方向感要強于垂直方向感。通常，頻率高于1500Hz強度差起主要作用；低于1500Hz時，時間差起主要作用。雙耳定位聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第四十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五人耳對不同聲源有選擇功能。如：在嘈雜的聲音中,你可以把聽力集中在一個人的談話上，而把其他的聲音都推到背景中。這是因為大腦會分辨出聲音到達兩耳的時間差，及不同距離聲源的音質和音量。還能辨別聲源方向。它把在接收范圍內的聲音，包括反射聲都接收進來，而人耳卻能單獨選取一個聲音，這就稱“雞尾酒會效應”。③雞尾酒效應聲學基礎第四章人耳的聽覺特性第四十二