第10章聽覺0524

1、1第十章第十章 聽覺聽覺2聲學物理基礎聲學物理基礎 波與聲波波與聲波 媒質(zhì)質(zhì)點的機械振動由遠及近的傳播稱為聲振動的傳播或成為聲波。 聲波是一種機械波。適當頻率和強弱的聲波傳入人耳，人們就感覺到了聲音。 彈性媒質(zhì)的存在是聲波傳播的必要條件。 彈性介質(zhì)：空氣 水 流體 固體3圖示：聲波為縱波4聲音的種類 我們常根據(jù)聲音的周期特性將其分為周期性聲音和非周期性聲音。周期性聲音包括純音和復合音，這是由于它們的波型都具有一定的重復性；而非周期性聲音則是由許多頻率、強度和相位不同的聲音無規(guī)律性地組合在一起形成。 純音是含單一頻率，同時聲壓隨時間按正弦函數(shù)規(guī)律變化的聲波。在自然界和日常生活中很少遇到純音，純音

2、可由音叉產(chǎn)生，也可用電子振蕩電路或音響合成器產(chǎn)生。 5 復合音是由頻率不同、振幅不同和相位不同的正弦波疊加形成的，它也是種周期性的振動波。 6聲音的強度 聲波在單位時間內(nèi)作用在與其傳遞方向垂直的單位面積上的能量稱聲強。日常生活中能聽到的聲音其強度范圍很大，最大和最小之間可達1012倍。 用聲強的物理學單位表示聲音強弱很不方便。當人耳聽到兩個強度不同的聲音時，感覺的大小大致上與兩個聲強比值的對數(shù)成比例。因此，用對數(shù)尺度來表示聲音強度的等級，其單位為貝爾(b)或分貝(db)。 7聲強和聲強級聲強和聲強級 單位時間內(nèi)通過垂直于聲波傳播方向的面積s的平均聲能量成為平均聲能量流或稱為平均聲功率。單位是瓦

3、。 通過垂直于聲波傳播方向的單位面積上的平均聲能量流稱為平均聲能量流密度或聲強。單位瓦/米2 用對數(shù)標度來度量聲強，稱為聲強級。單位分貝（db）)(log1010dbiisilref=在聲學中用110-12 watt/m2作為參考聲強（i0)。 8聲聲 壓壓 設體積元受聲擾動后壓強由p0改變?yōu)閜，則有聲擾動產(chǎn)生的逾量壓強（簡稱逾壓）p=p-p0 就稱為聲壓 存在聲壓的空間稱為聲場。聲場中某一瞬時的聲壓值為瞬時聲壓。在一定時間間隔中最大的瞬時聲壓值稱為峰值聲壓。 有效聲壓：瞬時聲壓對時間取均方根021tedtptp =9 在聽覺醫(yī)學研究中多采用聲壓或聲壓級表示聲音的強度。聲壓是指聲波傳播時介質(zhì)中

4、心的壓強與無聲波傳播時的壓強之差。 聲壓級(sound pressure level, spl)是指某聲壓p與參考聲壓p0比值的對數(shù)。其單位亦為b或db。 spl(db)10log(p2/p02)10log(p/p0)220log(p/p0) 聲壓級的參考聲壓規(guī)定為2105 pa（20pa）。在14khz內(nèi)，這個聲壓強度接近正常人的聽閾。聲壓和聲壓級10理想流體媒質(zhì)的三個基本方程 假定： 媒質(zhì)為理想流體，即媒質(zhì)中不存在粘滯性，聲波在這種理想媒質(zhì)中傳播沒有能量的耗損。 沒有聲擾動時，媒質(zhì)在宏觀上是靜止的，即初速度為零。同時媒質(zhì)是均勻的。 聲波傳播時，媒質(zhì)中稠密和稀疏的過程是絕熱的。 媒質(zhì)中傳播的

5、是小振幅聲波，各聲學參量都是一級微量牛頓第二定律質(zhì)量守恒定律熱力學定律運動方程連續(xù)性方程物態(tài)方程11運動方程f1=(p0+p)sf2=(p0+p+dp)s+dxp0+pp0+p+dpf1f2xp-xp-xp-sf-21dtdvsdxdtdvsdxdxffdxxpdp推導過程推導過程12連續(xù)性方程sdxxvx)(v)-(x+dx(v)x(v)x+dx流入： (v)xs流出：-(v)x+dx stvsdxtsdx)(x-xv)(-13物態(tài)方程ssddpcdcdpdddpdppp)()()(22(1)(2)(3)(4)14小振幅波的一維波動方程2000 xp-cptxtv22202222222002

6、00t 1t -t p-pcxppxvcxvc物態(tài)方程物態(tài)方程15聲音傳入內(nèi)耳的途徑 聲音一般是通過空氣傳導進入內(nèi)耳，這是我們感知聲音的主要途徑； 另一種次要的途徑是通過顱骨傳導。 1617耳是感覺位覺和聽覺的器官。由外耳、內(nèi)耳和中耳三部分組成。18外耳、中耳、內(nèi)耳生理 我們把耳分為3個部分外耳起集音作用；中耳起傳音作用，將空氣中的聲波傳入內(nèi)耳；內(nèi)耳具有感音功能。 從外耳集聲、中耳傳聲至耳蝸基底膜振動及毛細胞纖毛彎曲為物理過程或稱聲學過程。 毛細胞受刺激后引起細胞生物電變化、化學遞質(zhì)釋放，神經(jīng)沖動傳至各級聽覺中樞，經(jīng)過多層次的信息處理，最后在大腦皮層引起聽覺，可統(tǒng)稱為生理過程。 19外 耳 生

7、 理 耳廓: 可以幫助收集外來的聲波，人的耳廓較小，其集音功能不如其他動物，但對聲源方向的判定有一定作用。 外耳道:為一盲管，有共振功能，根據(jù)物理現(xiàn)象，當波長為其長度的四倍時能發(fā)生最好的共鳴。外耳道平均長度為2.5cm，則發(fā)生最好共鳴的波長應為10cm，根據(jù)實驗結(jié)果，波長10cm時的頻率為30004000hz，使外耳道共振效應得到的增益約為10db。有人認為噪聲性耳聾損害的頻率在4000hz上下，是與外耳道的共鳴作用有關。此外，外耳能保護耳的深部結(jié)構(gòu)免受外傷。20 耳廓主要由一不規(guī)則形的彈性軟骨組成，與外耳道外側(cè)壁的軟骨相連續(xù)。軟骨外面覆蓋薄層皮膚，與軟骨膜緊密相貼，皮下組織很少。皮膚內(nèi)含有細

8、小的毛和大的皮脂腺，汁腺少而小。耳垂處無軟骨，皮下組織中毛細血管較豐富，是臨床常選的采血部位。耳廓除收集聲波外，還有一些代表內(nèi)臟、四肢和頭頸的穴位，可作為針灸治療的取穴點。 外耳道略呈s形彎曲，末端以鼓膜與中耳分隔。管壁的外1/3為軟骨，內(nèi)2/3為骨。外耳包括耳廓、外耳道和鼓膜鼓膜是卵圓形的半透明膜，外表面被有復層扁平上皮，每表面是單層立方上皮，中間是薄層結(jié)締組織。鼓膜內(nèi)面與錘骨柄相連，能接受由外耳道傳來的聲波同步振動，而且無振動后的殘余振動，因而能將聲波準確的傳入中耳。21中耳 中耳包括鼓膜、鼓室、聽小骨、中耳肌肉、韌帶和咽鼓管等結(jié)構(gòu)。中耳的主要功能是將外耳道內(nèi)空氣中的聲能傳遞到耳蝸的淋巴液

9、。這種由氣體到液體的聲能轉(zhuǎn)換是通過鼓膜與聽骨鏈的振動來偶聯(lián)的。 22中 耳 生 理 聲波從空氣中傳入內(nèi)耳淋巴液，僅有約0.1%的聲能傳入，其余99.9%的聲能由于空氣和水介質(zhì)密度不同而被反射。相當喪失約30db。因此，必須有一種特殊的傳聲變壓裝置，方能使聲波有效地傳入內(nèi)耳淋巴液內(nèi)。中耳的解剖結(jié)構(gòu)就是這樣一種傳聲的變壓裝置。 1、鼓膜本身面積為85mm2，其有效面積為55mm2，而鐙骨底板面積則為3.2mm2，故鼓膜的有效振動面積為鐙骨底板面積的17倍。由此，聲波從鼓膜傳到鐙骨底板時，其聲壓將被提高17倍。 2、錘骨柄長度比砧骨長突長1.3倍，聽骨鏈的杠桿作用也隨之可使振動力加強約1.3倍。因此

10、。聲波經(jīng)過鼓膜、聽骨鏈到達底板時其聲壓將提高1.317=22.1倍，相當于聲強級27db。23 -3、前庭窗與蝸窗不在一平面，在鼓膜、聽骨鏈正常情況下，聲波壓縮期的高峰先到達前庭窗，后至蝸窗，蝸窗起緩沖作用，此為位相差，位相差可減少聲波同時到達兩窗的抵消作用，使內(nèi)淋巴液發(fā)生波動，引起螺旋器上基底膜的振動，刺激毛細胞而感音。如鼓膜大穿孔，聲波到達兩窗的時間與位相基本一致，此抵消作用可使聽力損失20db。 -4、鼓膜張肌收縮可使鼓膜向內(nèi)拉緊，稍可增加鼓室內(nèi)壓力，鐙骨肌收縮可將鐙骨向外拉，這兩肌肉的反射性收縮均可減少聲波的振幅，以保護內(nèi)耳免遭損傷。24聽骨鏈的傳導功能 三塊聽小骨通過關節(jié)連接形成一彎

11、形的杠桿系統(tǒng)，構(gòu)成鼓膜與前庭窗之間的機械聯(lián)系裝置，其主要的生理功能是將聲波由鼓膜傳至內(nèi)耳，實現(xiàn)有效的阻抗匹配。 8.61.324.1倍，相當于27.6db 20log24.1/127.6 25內(nèi) 耳 生 理 耳蝸的傳音生理 當聲波經(jīng)前庭窗進入耳蝸變成液波時，基底膜則隨液波上下移動。當其向上移動時，毛細胞頂部的網(wǎng)狀層與蓋膜則以螺旋板緣為支點進行移動，結(jié)果在兩者之間形成剪刀式的運動，毛細胞的纖毛被彎曲，使其底部的神經(jīng)末稍產(chǎn)生神經(jīng)沖動，經(jīng)神經(jīng)纖維傳至中樞，引起聽覺。 26內(nèi)耳生理 內(nèi)耳具有感音功能，其感受器是位于耳蝸內(nèi)的corti器。corti器的作用是把傳到耳蝸的機械振動轉(zhuǎn)變成聽神經(jīng)纖維的神經(jīng)沖動

12、。 耳蝸基底膜的振動 -毛細胞受到刺激-引起耳蝸內(nèi)發(fā)生各種過渡性的電變化 -引起位于毛細胞底部的傳入神經(jīng)纖維產(chǎn)生動作電位 - 導致神經(jīng)末梢化學遞質(zhì)釋放 - 神經(jīng)沖動傳至各級聽覺中樞 - 在大腦皮層引起聽覺。 2728耳蝸形似蝸牛殼，為螺旋樣骨管。耳蝸中央有呈圓錐形骨質(zhì)的耳蝸形似蝸牛殼，為螺旋樣骨管。耳蝸中央有呈圓錐形骨質(zhì)的蝸軸，從蝸軸有骨螺旋板伸入骨蝸管內(nèi)，由耳蝸底盤旋上升，蝸軸，從蝸軸有骨螺旋板伸入骨蝸管內(nèi)，由耳蝸底盤旋上升，直達蝸頂。骨蝸管被基底膜和前庭膜分隔成前庭階，鼓階和蝸直達蝸頂。骨蝸管被基底膜和前庭膜分隔成前庭階，鼓階和蝸管（又稱中階）三個管道。蝸管內(nèi)儲內(nèi)淋巴，為一封閉的盲管。管（

13、又稱中階）三個管道。蝸管內(nèi)儲內(nèi)淋巴，為一封閉的盲管。前庭階和鼓階內(nèi)儲外淋巴，并在蝸頂借蝸孔相交通。前庭階和鼓階內(nèi)儲外淋巴，并在蝸頂借蝸孔相交通。 耳蝸耳蝸29膜迷路包括膜蝸管（骨耳蝸內(nèi)）、橢圓囊和球囊（骨前庭內(nèi)）、膜半規(guī)管（骨半規(guī)管內(nèi)）。 膜迷路形狀與骨迷路相同，直徑為骨半規(guī)管的1/4，借纖維束固定于骨迷路壁上，懸浮于外淋巴液中。30毛細胞31 當由聲音刺激而產(chǎn)生耳蝸隔部上下振動時，蓋膜和基底膜分別以骨螺旋板前庭唇和鼓唇為軸上下位移。這樣，蓋膜和網(wǎng)狀層之間產(chǎn)生一種相對的輻射狀位移，亦即剪切運動（shearing motion）。蓋膜與網(wǎng)狀層之間的剪切運動可引起外毛細胞靜纖毛彎曲。而內(nèi)毛細胞的靜

14、纖毛則可隨著蓋膜與網(wǎng)狀層之間的淋巴液的液流而彎曲。毛細胞纖毛的彎曲可引起毛細胞興奮，從而誘發(fā)機械電的換能過程。 32耳蝸內(nèi)電位 耳蝸的前庭階和鼓階中充滿著外淋巴液，而蝸管（中階）內(nèi)含內(nèi)淋巴液。內(nèi)、外淋巴液在離子組成上差異很大：內(nèi)淋巴液的k+濃度比外淋巴液高30倍，而外淋巴液的na+濃度比內(nèi)淋巴液高10倍。這就造成了靜息狀態(tài)下耳蝸不同部位之間存在著電位差。在耳蝸未受刺激時，如果以鼓階中的外淋巴的電位為參考零電位，則可測出蝸管內(nèi)淋巴的電位為+80mv左右，稱為耳蝸內(nèi)電位（endocochlear potential, ep）。33毛細胞換能過程 正的耳蝸內(nèi)電位（80mv）和負的毛細胞胞內(nèi)靜息電位（

15、-70-80 mv）共同構(gòu)成跨過毛細胞頂部膜的電壓梯度（160mv），蓋膜與網(wǎng)狀層之間的運動引起毛細胞靜纖毛彎曲，后者通過牽引靜纖毛之間的橫向連接而使靜纖毛離子通道開放，離子（主要是k+離子）順著電壓梯度進入毛細胞，引起毛細胞去極化，后者引起毛細胞釋放化學遞質(zhì)而興奮聽神經(jīng)纖維。 34聽神經(jīng)動作電位 聽神經(jīng)動作電位（ap）是聲音傳入耳蝸，經(jīng)耳蝸換能和突觸傳遞的終產(chǎn)物。ap作為神經(jīng)沖動，經(jīng)聽神經(jīng)纖維向中樞傳遞信息。ap可以在單根神經(jīng)纖維內(nèi)記錄（聽神經(jīng)纖維的單位放電），也可在聽神經(jīng)干表面、耳蝸內(nèi)、耳蝸表面或圓窗附近記錄出許多聽神經(jīng)纖維同步排放的電能，稱為復合聽神經(jīng)動作電位（compound acti

16、on potentia1，cap）。在耳蝸內(nèi)（鼓階）或圓窗記錄的cap是研究耳蝸生理功能和病理的一個十分重要的指標。 35人聽覺系統(tǒng)聲誘發(fā)電位 聽覺神經(jīng)系統(tǒng)的各級結(jié)構(gòu)對聲音刺激都會發(fā)生電反應，這些電反應可以用放置在頭頂和乳突間皮膚上的兩個電極記錄出來。 在臨床上，這種聽覺系統(tǒng)聲誘發(fā)電位可以用來診斷聽覺系統(tǒng)不同部位的功能障礙，這就是電反應測聽技術。 在電反應測聽時，一般采用短聲或50ms的短純音作為刺激聲源。從頭皮上引導出來的聲誘發(fā)電反應中的各種成分振幅很小，有的不到lv。36 當聲音強度在70db左右時，從頭頂與乳突之間所記錄到的聲誘發(fā)電位大致有15個成分。根據(jù)潛伏期的長短不同，這些成分可以分

17、為3大組：早期成分：稱為腦干誘發(fā)電位（auditory brainstem response, abr），包括6或7個小波，用羅馬數(shù)字表示，出現(xiàn)在聲音刺激開始后的8ms時間內(nèi)，按數(shù)字次序分別反映聽神經(jīng)、蝸神經(jīng)核、上橄欖核、外側(cè)上丘系核、中腦下丘、內(nèi)側(cè)膝狀體及聽輻射的電活動。中潛伏期成分：包括no、po、na、pa及nb等波（n為負相波，p為正相波），出現(xiàn)于850ms，代表丘腦及聽皮質(zhì)的電活動，其中混雜有聲音引起的反射性耳周圍肌肉及中耳肌的電話動。長潛伏期成分：包括p1、n1、p2及n2等波，出現(xiàn)在刺激后50300ms。該成分在腦的前額葉電位最大，又稱皮質(zhì)慢反應（slow-cortex resp

18、onse, scr）。它并不只對聲音起反應，觸覺、痛覺、視覺等刺激引起的scr表現(xiàn)形式大致相似。從時間特性上說，它是多源多極的皮質(zhì)繼發(fā)性誘發(fā)電位，反映皮質(zhì)高級中樞的整合活動。 37腦干聽覺誘發(fā)電位 (baep) 是耳機發(fā)放短聲刺激后10ms內(nèi)記錄到的67個陽性波。這些波存在多位點復合性起源可能性，但也可簡單地認為波是聽神經(jīng)動作電位聽神經(jīng)動作電位，波起源于耳蝸神經(jīng)核，波來自腦橋上橄欖復合核與斜方體，波與波分別代表外側(cè)丘系外側(cè)丘系和中腦下丘核，波與波是丘腦內(nèi)膝狀體和聽放射的動作電位波形。因此，、波實際代表聽覺傳入通路的周圍性波群，其后各波代表中樞段動作電位。波波等前5個波最穩(wěn)定，其中波波幅最高，可作為辨認baep各波的標志。正常情況下