聲學初探

人體有不同的知覺感受器, 眼睛掌管視覺, 皮膚掌管觸覺, 舌頭掌管味覺, 鼻子負責嗅覺, 耳朵當然就負責聽覺囉~~

至於哪個最重要? 我想大概所有人都會選視覺吧!!! 看不見五彩繽紛的世界, 終究是視障朋友們一生最大的遺憾, 失去視覺對人生的影響絶對是非常重大的。

那麼誰又排名第二呢??? 嘿~~本編既然是討論聲學, 那就讓我私心一點把耳朵放在第二位吧!!! 當然這也是有道理的, 人與人的溝通及人對外在環境的感知, 在在都要依賴耳朵來達成, 講白一點, 這也是生活的必須品~~

耳朵構造的基本知識, 就如同學校所教的, 有:外耳(負責收集聲音), 中耳(負責讓泛用頻率產生共鳴並放大), 內耳(將聲音分頻後經由神經傳向大腦); 到這邊為止, 耳朵如何傳遞聲音算是交代完畢。當然啦!! 如同其他的學問一樣, 這只是這門學問的開端, 衍生出來的學問可是讓不少人傷透腦筋呢!!

在討論的聲學內容前, 咱們先就上頭提到的聽覺傳遞作更細一點的說明; 外耳毫無疑問是收集聲音用的, 從其類似碟形衛星天線的外形就猜得到功能; 至於耳朵為何朝前開? 而不是朝其他方向呢?? 簡單的說, 這是為了配合視覺, 因為眼睛的視角僅約130度寬, 必須要靠聲音的定位輔助才能知曉外在環境的變化, 而朝前的耳朵能將由前方傳來的聲音收集後傳入耳道, 而後方傳來的聲音則因為耳朵外形的遮蔽及缺少集音, 造成偏高頻帶聲音能量的一定程度衰減; 而人腦對這樣的知覺差異非常敏銳; 由細微的前後左右音量差異可約略對應出不同的角度方位; 藉由這樣的方式, 人腦可命令頭部轉向音源方向, 利用眼睛來確認音源處的狀況, 補足人類視角所涵蓋不到的範圍; 各位所熟知的立體環繞音效就是利用這樣的方式來"欺騙"人的腦袋。

中耳的作用基本上只有兩個字"放大", 聲音在通過約3cm~4cm的耳道時, 會因波數的限制, 使得僅特定頻率能產生共鳴(25度C下, 聲速346m/s, 1st order, 346m/(0.03*4)=2883Hz; 346/(0.04*4)=2162.5Hz), 這也說明了為何較低聲音能量下, 必須使用加權曲線才能較正確描述人耳的聽覺。聲音通過耳道後, 會碰到耳膜, 而耳膜後方則連接著人體中最小的三根骨頭- "骨追"骨、"骨占"骨、"骨登"骨, 透過槓桿作用, 將傳入耳膜的能量放大22.1倍, 傳入接下來所要說内耳。

中內耳在人體構造上都算是非常脆弱的單位, 也因此深埋在頭部的內側, 而內耳可說是整個耳朵最重要的部份, 它最重要的功能就是"分頻", 就是將聲音"時域訊號"轉換成"頻域訊號", 透過這類似傅利葉轉換器功能的內耳, 人們才能清晰的辨別聲音的音色、音量、音調...等等。

基本上, 耳朵是個損害承受力很差的器官, 對於病菌感染沒有抵抗力, 對於較大的音量耐受力也不好, 而且沒有自癒的能力, 也就是某些頻段的感知一旦受損, 就再也聽不見那個頻段了......這也是為何老年人普遍都有重聽的問題, 一個器官七、八十年沒法修理, 怎能期待它永遠不壞呢..........所以最好的保養方法, 就是沒事少聽太大的音樂或聲音, 適可而止, 保用長久。