听力是如何工作的

我们在上一节中看到，声音在空气中以气压振动的形式传播。要听到声音，你的耳朵必须做三件基本的事情:

• 引导声波进入耳朵的听力部分
• 感受气压的波动
• 将这些波动转化为大脑可以理解的电信号

的羽片耳朵的外部部分负责“捕捉”声波。你的外耳是向前的，有很多弯道。这个结构帮助你确定声音的方向。如果一个声音来自你的背后或上方，它从耳廓反射回来的方式与来自你前面或下面的声音不同。这种声音反射改变了声波的模式。你的大脑可以识别不同的模式，并判断声音是在你前面、后面、上面还是下面。

耳图礼貌美国国家航空航天局

你的大脑通过比较来自两个耳朵的信息来确定声音的水平位置。如果声音在你的左边，它到达你的左耳会比到达你的右耳早一点。你的左耳听到的声音也会比右耳大一点。

因为耳廓朝前，你能听到你前面的声音比你后面的声音更好。许多哺乳动物，如狗，有大的，可移动的耳廓，让他们专注于来自特定方向的声音。人类的耳廓不太擅长聚焦声音。它们平躺着靠在头部上，没有必要的肌肉来进行重要的运动。但是你可以很容易地把你的手放在耳朵后面来补充你的自然耳廓。通过这样做，你创造了一个更大的表面积，可以更好地捕捉声波。在下一节中，我们将看到声波通过耳道并与鼓膜相互作用时会发生什么。

一旦声波传播到耳道，它们振动鼓膜，通常称为耳膜．耳膜是一种薄薄的锥形皮肤，大约10毫米(0.4英寸)宽。它位于耳道和耳中耳．中耳通过耳廓与咽喉相连咽鼓管．由于大气中的空气从你的外耳和嘴巴流入，鼓膜两侧的气压保持相等。这种压力平衡可以让你的耳膜自由地前后移动

耳膜是刚性的，非常敏感。即使是最轻微的气压波动也会使它来回移动。它附在张量定音鼓肌肉，它会不断向内拉。这使整个薄膜保持绷紧，所以无论哪一部分被声波击中，它都会震动。

耳朵说明礼貌NIDCD 正常耳解剖

这一小片皮肤就像麦克风的隔膜一样。声波的压缩和稀疏推动鼓来回。高音声波使鼓移动得更快，而响亮的声波使鼓移动得更远。

鼓膜还可以保护内耳免受长时间暴露在响亮、低音调噪音中的伤害。当大脑接收到指示这种噪音的信号时，耳膜就会发生反射。鼓室张肌和stapedius肌肉突然的合同。这将鼓膜和连接的骨头拉向两个不同的方向，因此鼓膜变得更加坚硬。当这种情况发生时，耳朵就不会接收到那么多可听到频谱低端的噪音，所以大的噪音就被抑制了。

除了保护耳朵，这种反射还能帮助你集中听力。它可以掩盖响亮、低沉的背景噪音，这样你就可以专注于高音的声音。除此之外，当你在一个非常嘈杂的环境中，比如摇滚音乐会时，这可以帮助你进行交谈。当你开始说话时，这种条件反射也会起作用——否则，你自己的声音会盖过你周围的很多其他声音。

耳膜是你耳朵里的整个感觉器官。我们将在接下来的章节中看到，耳朵的其他部分只负责传递从鼓膜收集到的信息。

我们在上一节中看到，声波中的压缩和稀疏使你的耳膜来回移动。在大多数情况下，这些气压的变化是极其微小的。它们不会对鼓膜施加太大的力，但鼓膜非常敏感，这种最小的力可以使它移动一段距离。

我们将在下一节中看到耳蜗内耳通过液体而不是空气来传播声音。这种液体有更高的惯性比空气——也就是说，它更难移动(想想推动空气和推动水的对比)。鼓膜处感受到的小力不足以移动这种液体。在声音传到内耳之前，总压力(单位面积的力)必须被放大。

这是我们的工作鼓膜处骨中的一组小骨头中耳．小骨实际上是你身体里最小的骨头。它们包括:

• 的锤骨，通常称为锤
• 的砧骨，通常称为铁砧
• 的镫骨，通常称为箍筋

声波震动耳膜，从而使锤骨、砧骨和镫骨移动。

锤骨连接到鼓膜的中心，在内侧。当鼓膜震动时，它会像杠杆一样左右移动锤骨。锤骨的另一端与砧骨相连，砧骨与镫骨相连。镫骨的另一端面板靠在耳蜗上，通过椭圆形窗口．

当空气压力压在鼓膜上时，小骨会移动，这样镫骨的面板就会压在耳蜗液上。当空气压力稀薄的时候，小骨会移动，这样镫骨的面板就会把液体吸进去。从本质上说，镫骨就像一个活塞，在内耳流体中产生波，代表声波的气压波动。

听骨通过两种方式放大来自鼓膜的力量。主要的放大来自鼓膜和马镫之间的大小差异。鼓膜的表面积约为55平方毫米，而镫骨的面板表面积约为3.2平方毫米。声波对鼓膜的每一平方英寸都施加力，鼓膜将所有的能量转移到镫骨。当你把能量集中在一个更小的表面积上时，压强(单位体积的力)就会大得多。来了解更多这方面的知识液压乘法,请查看液压机工作原理．

小听骨的结构提供了额外的放大。锤骨比砧骨长，形成基部杆在鼓膜和镫骨之间。锤骨移动的距离更大，砧骨移动的力更大(能量=力x距离)。

这种放大系统非常有效。施加在耳蜗液上的压力大约是耳膜上感受到的压力的22倍。这种压力放大足以将声音信息传递到内耳，在内耳将其转化为大脑可以理解的神经冲动。

耳蜗是耳朵中最复杂的部分。它的工作是将声波引起的物理振动转化为大脑能识别的独特声音的电子信息。

耳蜗结构由三根相邻的管组成，由敏感膜相互分隔。在现实中，这些管子盘绕成蜗牛壳的形状，但如果你想象它们伸展开来，就更容易理解发生了什么。如果我们治疗两个管子，也会更清楚前庭阶和中道作为一个房间。这些管子之间的薄膜非常薄，以至于声波传播时就像管子根本没有分开一样。

镫骨的活塞作用使耳蜗内的液体流动。这导致震动波沿着基底膜传播。

镫骨前后移动，在整个耳蜗中产生压力波。圆形窗膜将耳蜗和中耳隔开，为液体提供了去处。当镫骨插入时，它会向外移动当镫骨拔出时，它会向内移动。

中间的膜基膜耳蜗是横跨耳蜗长度的刚性表面。当镫骨进进出出时，它会推拉位于椭圆形窗口下方的基底膜部分。这个力使沿着膜表面移动的波开始产生。波沿着池塘表面像涟漪一样传播，从椭圆形的窗口向下移动到耳蜗的另一端。

基底膜有一种特殊的结构。它是由2万到3万根芦苇状纤维组成的，这些纤维横跨耳蜗的宽度。靠近椭圆形窗口的纤维短而硬。当你移动到管子的另一端时，纤维变得更长更柔软。

这使纤维不同共振频率．特定的波频率会与纤维在某一点产生完美的共振，使它们迅速振动。这和音叉和卡祖笛的工作原理是一样的——特定的音调会使音叉响起，以特定的方式哼唱会使卡祖笛簧片振动。

当波沿着膜的大部分移动时，它不能释放太多的能量——膜太紧了。但是当波以相同的共振频率到达纤维时，波的能量突然被释放。由于纤维长度的增加和刚度的降低，高频波振动纤维更靠近椭圆形窗口，低频波振动纤维在膜的另一端。在下一节中，我们将看看微小的毛发是如何帮助我们听到声音的。

在上节课中，我们看到高音对靠近椭圆形窗口的基底膜的震动最强烈，而低音对耳蜗下方的基底膜的震动最强烈。但是大脑是如何知道这些振动发生在哪里的呢?

这是corti的工作。的螺旋器一个结构是否包含了成千上万的微小分子毛细胞．它位于基底膜的表面并横跨耳蜗的长度。

在波以共振频率到达纤维之前，它不会大量移动基底膜。但当波最终到达共振点时，薄膜突然在该区域释放出能量爆发。这种能量足够强大，在那一点移动皮质毛细胞的器官。

当这些毛细胞被移动时，它们会发送电脉冲通过耳蜗神经．耳蜗神经将这些脉冲发送到大脑皮层，大脑在那里进行解释。大脑根据发送电脉冲的细胞的位置来确定声音的音调。更响亮的声音沿膜的共振点释放更多的能量，因此在该区域移动更多的毛细胞。大脑知道声音更大是因为某个区域的毛细胞被激活了。

耳蜗只发送原始数据——复杂的电脉冲模式。大脑就像一台中央计算机，接收这些输入，并对其进行理解。这是一个异常复杂的过程，科学家们要了解它的一切还有很长的路要走。

事实上，听觉对我们来说仍然很神秘。在人类和动物耳朵中起作用的基本概念相当简单，但具体结构却极其复杂。然而，科学家们取得了快速的进展，他们每年都发现新的听力元素。听觉过程涉及的内容之多令人惊讶，更令人惊讶的是，所有这些过程都发生在身体如此小的区域内。

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最初发布:2001年3月30日