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:

• 将声波引导到耳朵的听力部分
• 感受气压的波动
• 把这些波动转化成大脑能理解的电信号

的羽片耳朵的外部部分，用来“捕捉”声波。你的外耳向前尖，有一些曲线。这个结构可以帮助你确定声音的方向。如果一个声音从你后面或上面发出，它在耳廓上的反射方式与从你前面或下面发出的反射方式不同。这种声音的反射改变了声波的模式。你的大脑会识别不同的模式，并决定声音是在你前面、后面、上面还是下面。

耳朵图礼貌美国国家航空航天局

你的大脑通过比较来自两只耳朵的信息来确定声音的水平位置。如果声音在你的左边，它到达左耳的时间会比到达右耳的时间稍早。你左耳的声音也会比右耳大一点。

由于耳廓朝前，你能听到前面的声音，而不是后面的。许多哺乳动物，比如狗，都有很大的可移动的耳廓，这让它们能够专注于来自特定方向的声音。人类的羽管不太擅长专注于声音。他们平躺在头部，没有必要的肌肉进行重大运动。但你可以很容易地补充你的天然耳廓，把你的手在耳后成杯状。通过这样做，你创造了更大的表面积，可以更好地捕捉声波。在下一节中，我们将看到当声波沿耳道传播并与耳膜相互作用时会发生什么。

一旦声波走进了耳道，他们振动鼓膜，通常被称为耳膜．耳膜是一块薄的圆锥形皮肤，宽约10毫米(0.4英寸)。它位于耳道和耳廓之间中耳．中耳通过耳部与喉咙相连咽鼓管．因为空气从你的外耳和嘴巴流入，所以鼓膜两侧的气压是相等的。这种压力平衡可以让你的耳膜自由地前后移动

耳膜是硬的，而且非常敏感。即使是最轻微的气压波动也会使它前后移动。它附着在张量肌肉肌肉，这不断向内拉。这使整个膜绷紧保持，无论哪个部分都被声波击中它会振动它会振动。

耳朵说明礼貌NIDCD 正常的耳朵解剖学

这一小块皮肤的作用就像麦克风中的隔膜。声波的压缩和稀疏使鼓前后移动。高音高的声波使鼓移动得更快，大音高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高、低音调的噪音中。当大脑接收到暗示这类噪音的信号时，耳膜就会发生反射。鼓室张肌和stapedius肌肉突然合同。这将鼓膜和连接的骨头沿两个不同的方向拉动，使得滚筒变得更加刚性。发生这种情况时，耳朵不会在可听光谱的低端拾取噪音，因此致噪声抑制。

除了保护耳朵，这种反射还能帮助你集中听力。它掩盖了大声的、低音调的背景噪音，这样你就可以专注于高音调的声音。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，这有助于你进行对话。每当你开始说话时，这种反射也会发生——否则，你自己的声音会盖过你周围许多其他的声音。

鼓膜是你耳朵里的整个感觉元件。我们将在接下来的部分中看到，耳朵的其余部分只是用来传递从鼓膜收集到的信息。

在上一节中我们看到声波的压缩和稀疏使鼓膜前后移动。在大多数情况下，空气压力的变化是非常小的。它们不会对鼓膜施加太大的力，但鼓膜非常敏感，这个最小的力会让它移动一个很好的距离。

我们将在下一节中看到耳蜗在内耳上通过流体而不是通过空气进行声音。这种液体更高了惯性而不是空气 - 也就是说，它难以移动（想想推空气与推水）。在鼓膜下觉得的小力不足以移动这种流体。在声音通向内耳之前，总计压力(单位面积的力)必须被放大。

这是我的工作鼓膜处，一群小骨头中耳．小骨实际上是身体中最小的骨头。它们包括:

• 的锤骨，通常被称为锤子
• 的砧骨，通常被称为铁砧
• 的镫骨，通常被称为箍筋

声波振动耳膜，使乳孔，病理和镫骨移动。

锤骨与内层的鼓膜中心相连。当鼓膜振动时，锤骨就会像杠杆一样从一边移动到另一边。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，穿过耳蜗椭圆形窗口．

当气压挤压耳膜时，听骨就会移动，镫骨的面板就会挤压耳蜗液。当气压稀薄从鼓膜上拉出来时，听骨就会移动，因此镫骨面板就会把液体拉进来。从本质上讲，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。

听骨以两种方式放大鼓膜的力量。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，而镫骨面板的表面积约为3.2平方毫米。声波对鼓膜的每一平方英寸施加作用力，而鼓膜将所有这些能量转移到镫骨。当你把这种能量集中在一个较小的表面积上时，压力(单位体积的力)就大得多。来了解更多液压乘法,请查看液压机如何工作．

小骨的结构提供了额外的放大作用。锤骨比砧骨长，形成基础骨杆在耳膜和镫骨之间。锤骨移动的距离较大，砧骨移动的力也较大(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压力的22倍。这种压力放大足以将声音信息传递到内耳，并在那里转化为大脑能够理解的神经脉冲。

耳蜗是耳朵最复杂的部分。它的工作是采取由声波引起的物理振动并将其转化为电信息，大脑可以识别为不同的声音。

耳蜗结构由三个相邻的由敏感膜分开的管组成。实际上，这些管是螺旋形的蜗牛壳，但如果你想象它们伸展开来，就更容易理解发生了什么。如果我们处理其中两根管子，也会更清楚前庭阶和中道，就像一个房间。这些管子之间的膜是如此之薄，以至于声波传播的时候就好像这些管子根本没有被分开一样。

镫骨的活塞运动使耳蜗内的液体流动。这导致振动波沿基底膜向下传播。

镫骨前后移动，在整个耳蜗中产生压力波。耳蜗和中耳之间的圆形窗膜为液体提供了流动的地方。当镫骨向内推时它向外移动当镫骨向外拉时它向内移动。

中间的膜基底膜耳蜗是覆盖整个耳蜗的坚硬表面。当镫骨向内和向外移动时，它会推拉椭圆窗下方的基底膜。这个力引起沿薄膜表面移动的波。波浪像涟漪一样沿着池塘表面传播，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。它由2万到3万根芦苇状的纤维组成，这些纤维横跨整个耳蜗的宽度。在卵圆形窗附近，纤维短而硬。当你向管子的另一端移动时，纤维变得更长、更柔韧。

这让纤维变得不同共振频率．特定波频率将在某个点处与纤维完美地谐振，导致它们迅速振动。这是与调整叉子和kazoos工作的原则相同的原则 - 一个特定的音调将开始调整叉铃声，并以某种方式嗡嗡声会导致Kazoo Reed振动。

随着波浪沿着大部分膜移动，它无法释放大量能量 - 膜太紧张。但是当波浪到达具有相同谐振频率的纤维时，波的能量突然释放。由于纤维的长度增加和降低，较高频率的波振动更靠近椭圆形窗口的纤维，并且较低的频率波在膜的另一端振动纤维。在下一节中，我们将看看微小的毛发如何帮助我们听到声音。

在上一节中，我们看到高音在椭圆窗附近振动最强烈，低音在耳蜗下方的一点振动最强烈。但是大脑是如何知道这些振动发生在哪里的呢?

这是科尔蒂的工作器官。的螺旋器一个结构包含成千上万的微小粒子吗毛细胞．它位于基底膜的表面，并贯穿整个耳蜗。

除非声波以共振频率到达纤维，否则基底膜不会移动太多。但当波最终到达共振点时，薄膜突然在那个区域释放出一股能量。此时，这种能量足够强大，足以移动corti毛细胞的器官。

当这些毛细胞移动时，它们会发出电脉冲耳蜗神经．耳蜗神经将这些脉冲发送到大脑皮层，大脑在那里对它们进行解读。大脑根据发送电脉冲的细胞的位置来决定声音的音调。更大的声音会在膜的共振点释放更多的能量，从而使该区域的毛细胞移动更多。大脑知道声音越大，因为在一个区域有更多的毛细胞被激活。

Cochlea仅发送原始数据 - 复杂的电气脉冲模式。大脑就像一个中央计算机，取这种输入并造成一些意义。这是一个非常复杂的操作，科学家们仍然远离了解关于它的一切。

事实上，听觉对我们来说仍然是非常神秘的。人类和动物耳朵的基本概念相当简单，但其具体结构却极其复杂。然而，科学家们正在取得迅速的进展，他们每年都发现新的听力元素。令人惊讶的是，听觉过程涉及了这么多，更令人惊讶的是，所有这些过程都发生在身体这么小的一块区域。

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最初出版:2001年3月30日