音响系统

我曾在纽约Elmsford的Sonotone公司做过8年的工程师。Sonoton成立于20世纪三十年代晚期，是一家蜚声世界的助听器制造商。在Sonotone工作期间，我学到了很多关于听力、听力损伤和助听方面的有趣东西。

年龄导致的听力损失

一般来说，随着年龄增长而导致的听力损失也包括高频敏感度随时间推移逐渐下降。以下图表来自Harry F. Olson，的著作《Modern Sound Reproduction》。图表中显示了从250Hz到8000Hz频段内，男女性随年龄增长而导致的平均听力损失。也就是说，对一位三十五岁的男性来说，他对8000Hz声音的敏感度下降可达约11dB。而对于相同年龄的女性，同样频段声音的敏感度仅下降5dB。当然，这种听力的下降因人而异，但是我们可以推出，在20kHz频段上，人耳的敏感度下降会更加严重。

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虽然年龄增大可导致听力逐渐下降，但你并不会因此丧失聆听音乐的乐趣。如果到现在为止，你并未长时间直接接触极高的噪音环境，就依然可以听到很多的东西。你还可以在大部分频段上听出失真，特别是互调失真，依旧能够感受到立体声的深度和空间感，在衰退甚少甚至并未衰退的频段上，也依然可以感受到平滑的响应。实际上，唯一的限制因素仅是你对仅占音乐总体一小部分的高频敏感度下降了。老年人的听力并不会一下子衰退，而是逐渐下降。也就是说，从某种角度——即使是高频方面来说，年长朋友们的听觉也是可以与年轻人们相比的。比如说，年长的人可以分辨出两只箱子之间高频的量感，但是哪一只箱子高频更准确，整体频率更加平衡就无法做出比较了。通常，高频听觉衰退的人群更加青睐高频比较夸张的器材以弥补其听力缺失。除了因年龄而导致的听力损失之外，有一些听力损伤的人可能更加严重，他们的听力损失可能散步在多个频段，听力损失带宽也很大，某些人甚至在某频段上面完全失聪。

从耳朵的工作原理上讲，听出失真并不是什么异乎寻常的事情，特别是中频的失真，有的时候这种失真听起来类似某个音调上的次谐波。举一个例子，我有一次参加一个私人音乐会，里面有个女歌手表演歌剧独唱，我坐的观众席离她大约50英尺。这位女歌手的歌声非常洪亮，某些音符到我耳朵里面都变成了次谐波。我当时觉得，我才不要和这个女人结婚。

后天听力丧失

因长期暴露在极端音量下所导致的后天听力丧失和因年龄导致的听力损失是两码事。后天听力损失的成因很多，甚至某些不起眼的声音，比如长时间驾车时稍开一点车窗都会导致一个较窄频段的积累性或者永久性听力丧失。毫无疑问的是，听力丧失的程度取决于外界声音强度和噪音接触时间。

另一方面，接触极宽频噪声，如摩托车或者飞机引擎，可以导致更宽频段下的暴聋。比如说，我父亲在一战时期驾驶螺旋桨飞机，那个时候没有任何听力保护措施，飞机也没有坐舱盖，座舱离排气口也仅有几英尺，于是他800Hz以上的听力急剧丧失。虽说也试了一些助听器之类，但是收效甚微，多年后，当这种听力损失发展到800Hz以下都听不清的时候，助听器也只能帮他恢复到800Hz左右的水平。助听器验配师说他已经测试过不计其数的一战和二战飞行员的听力，甚至都可以通过听度计曲线辨别出他们飞的什么机型了。此外，某些病毒也可导致单耳甚至是双耳永久性且不可恢复性听力丧失。后天听力损失的后果非常严重，虽说较少导致失聪，但令你听不清楚心爱的音响或者其他音频设备绝对绰绰有余了。

噪声接触与音乐接触

过去的几年中，我注意到一个现象，越来越多的娱乐场所的音量急剧飙升。也包括迪士尼乐园，马戏团，影院，夜总会，婚礼，甚至是游船娱乐设施【译者注：cruise ship entertainment】。这些声音全部经过放大处理，我称之为“重锤般的声音”。似乎设备制造商/提供商们并没有关于大音量接触的规定，观众们也未被事先告知如此巨大的音量可能会令其感到不适甚至是有伤害的。摇滚音乐会可能只会伤害家庭中某个成员的听力，而这些东西可能伤害到的是全家人的听力。不幸的是，也许是因为竞争的缘故，人们似乎纠结于“声音越大越爽”这个概念。不出意料，这是金钱作祟。巨大的音量可以令人印象深刻，且能够打造出一种强烈的情感体验。某些情况下，更大的音量可以使人们专注于实际上表现乏味的东西，不论是电影还是其他什么玩意。对于大音量的需求大概还有其他的动机——有人认为声音开得比较大就是可以吸引异性注意的象征（肯定有比开大声音更好的方法，看样子女孩儿们叫男孩们听话，变得正常一点还是有一定难度的）。

从我的个人经验来讲，即使是短时间接触大音量一样是有害的，迪士尼动物王国的恐龙灭绝倒计时【译者注：ride Countdown to Extinction】中就有一个超级响亮的拍击声。听了之后一整天我的耳朵都在耳鸣，之后头疼恶心，非常乏力。我们就不得不早早的结束了一天的行程。之后，我从美国言语及听力协会【译者注：ASHA (American Speech-Language-Hearing Association)】了解到：“强烈的短暂刺激，如爆炸或者持续/重复的触噪音环境，可以损伤内耳中的毛细胞和听神经。”而我们并没有受到任何提醒我们可能会暴露在可导致永久听力损伤的危险音量下的警告或者提示。

探索频道有一个关于这种听力损伤的节目。我们都可以想象到极地是多么的安静，事实上岂止是安静，简直是万籁俱寂。没有汽车，飞机，割草机或者其他我们生活中常见的噪音来源。我们一定觉得生活在此，爱斯基摩人听力一定棒极了。然而，因为某些原因，男性爱斯基摩人的听力正在逐渐丧失。多少年来，爱斯基摩人都使用鱼叉猎杀海豹（非常安静）。然而，今天步枪替代了鱼叉的位置。步枪的声音尖刺于斯，导致了他们的听力损失。

另一个威胁来自迪士尼巨雷山，刚开的时候，隧道啊什么的真的非常爽，玩起来超棒。但是最近他们在过隧道的时候加了个音量又大音调又高的发动机呼啸声，又把我弄得够呛。我还不知道他们在这个项目上面加了这么个声音。结果又因为我耳鸣又乏力而再次不得不早早打道回府。

更有甚者，在迪斯尼马戏团【译者注：Cirque de Soliel】的时候，我两根指头几乎一直堵着耳朵。我注意到我旁边没人觉得不适。音量之大都可以震动座椅了。遗憾的是这个马戏团确实很棒——不过对我来说，这个声音太残酷了。我想给打算体验这个项目或者其他类似项目的朋友们提个醒，去的时候记得适当保护自己的听力。

这么多糟糕的经历之后，我决定，要去声音可能比较大的地方的时候都要随身带个耳塞。我还买了一个声量计来测试我所去过的地方音量大小。我的下一站是多莉帕顿的牛仔乐园【译者注：Dolly Parton's Dixie Stampede】。这里的噪音来源并不是马匹而是广播。这种声音无需久听就会让人感觉不适，我赶紧戴上耳塞。我的声量计读数为85-90dB，慢速相应，A型曲线，而在C型曲线，快速响应模式下，读数为90-100dB。游览的多半时间里都有广播，大约响了一小时。碰巧我的一个耳塞和我的耳道密合得不是很好，虽然我觉得声音已经小了很多，但结束后我取下耳塞时，只有密闭良好的那一只耳朵感觉没问题。幸运的是另一只耳朵仅是暂时性听力损失，大约一刻钟之后听力就恢复了。这里也没有任何提醒或者标示说明观众将接触到可能令人感到不适的音量。以下引用美国言语及听力协会：“大于80分贝的声音就可被认作是潜在的危险噪音，这种声音的接触时间和声音的响度决定听力受损程度。”

下一个测量地是在皇家加勒比游轮上。声量计第一个读数为92-95dB。第二次读数为多数时间89dB，偶尔上升到92dB，。冰上表演的音乐多数时间音量为85-92dB，以上测试全部使用A型曲线，慢速模式，在快速模式下的C型曲线上进行测试，声音可达95-100dB。

这就是我在奥兰多科技馆单页上看到的。我写了一封E-mail询问影院音量强度。如果这家影院中的音箱灵敏度为90dB每瓦/米，28000瓦的功率下音量可以达到135dB。单个扬声器不可能做到这么大的功率，所以采用的应该是扬声器组，而扬声器组又可以使这个音量得到更大的提升。虽说距离扬声器的越远，音量就越小，但是据我计算，还是不可能令这个音量达到安全水准。不过，我没有进行实地测试，也就无法证实我的疑惑。

音响说明书中的警告

我设计麦景图XR系列音箱时更多的考虑了听力损失这一因素。1968年，ML系列音箱设计时，麦景图MC2105功放也在设计阶段，每声道100 瓦的功率对于那时候的家用功放来说已远超足够了。我用MC2105原型机推了一下ML音箱以确认这对箱子可以承受这台崭新功放的强大功率，4英尺距离上 ML4音箱音量可达106dB。

设计新的XR系列音箱时，MC2300功放已上市，输出功率可达每声道300瓦，也就是5dB的提升，换句话说，推ML-4时音量可达111dB。对我来说，在我们3600立方英尺的试听室里，这简直是震耳欲聋了。自那时起，唱片的音量就可以比真实的现场更大，而很多用户就喜欢这么大声。摇滚乐现场音量可达120dB甚至更高，对于音响功率来讲，120dB都几近折磨了。我在新的XR音箱说明书中写了如下提示：

警告：长时间接触高音量（90dB及以上，声量计测试A型曲线，慢速模式）可对人耳听力造成伤害

因为没有其他公司在说明书中写明以上注意事项，这条提醒也就被曲解为麦景图音箱对听力有损害，于是销量下降，之后管理层将这一提示束之高阁。

对于大音量的情感需求

在家的时候，没有什么事情比在一套声音干净，音质优良的系统上开大音量听自己喜欢的音乐更爽的了。自己在家听音乐，不管怎么说你还可以调整下音量，而且你会在大音量下听老长一段时间么？我还是比较担心用我们的箱子搭配大功率功放的这一类客户们的听力损伤情况，特别是在小屋子里开大音量，距离音箱仅有几英尺远的这类用户。耳机、耳塞和汽车音响也不例外。戴耳机的时候调大音量听简直就是一种诱惑，但是和把音响开大一样，搞不好你的听力就损失了。还是那句老话，听力损伤程度取决于接触时间及音量大小。

虽说人们都倾向于把声音开大，但是却很少有人关注人们为什么乐此不疲。Barry Blesser博士的文章《强音魅乐》【The Seductive (Yet Destructive) Appeal of Loud Music】对此做出了一些解释。大音量可以控制人的注意力，这是一种生存本能，更大的音量一般都和危险或者刺激联系起来，可以使脉搏速度加快，与其他外界刺激相比，更大的音量可以更轻易地引起人们的注意，在一定程度上和毒-品类似，大音量可以通过声音，如音乐的节奏或者其他音乐元素来使人们感觉到他们仿佛逃到了另一个空间，声音越大，人们就越沉溺于这种“异空间”。

人们都喜爱低音，特别是重低音，可能这方面男性稍多于女性。重低音向意味着力量，健强和戏剧性的场面。重低音可以用来表达凶险的形势，战斗的决定或者飞行场面。在电影中，重低音用来强调危险或者重要事件的画面。音量越大，感情参与就越多，低至20Hz的声音，无论是噪声还是纯音调都是这样。

和沉迷于其他嗜好一样，沉溺于过多的低频可以令人感到疲乏，虽然人耳对于低频的耐受性稍好，但这是极端有害的，一时爽快看似不会出什么问题，但这种损伤并不会一开始就显露出来。人们也随意就将警告抛之脑后。和毒-品一样，大音量甚至更容易成瘾，最终，事成定局悔之晚矣的时候，听力永久的损伤了，这就意味着与世隔绝，和人的交流都成问题，你看起来就和智障一样，因为你听不懂别人对你说的什么，而实际上，你是根本听不清楚人家说什么。

噪音接触的测量

更大并不总是更好。如果你开始关心听音音量的话（无论是车载音响，家用音响还是耳机），你都可以买一个经济实惠的声量计自己测测看。

声量计共有A、B、C 三个档位，视你所要测量的声音等级而定。这和人耳听音的方式有关。下图中所示的数码声量计可以在Radio Shack买得到（型号33-2037）。售价59.99美元，还有更便宜的模拟声量计，型号33-2050，售价39.99美元。家用测声绝对够用了。还有类似Bruel & Kjaer生产的工业用的声量计，价格高达数千美元。


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声音可以通过三条不同的曲线来测量。A型曲线可测量最低的声压级，对低频的敏感度也最低，20Hz时下降约50dB，这种特性与人耳非常相似，人耳甚至可以在风吹进耳朵的时候使我们更好的感知更高的频率。C型曲线用来测量较大的声音，而人耳的高音量响应曲线基本平坦。


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量声的第二个因素是仪表衰减模式，快速模式可指示出峰值而慢速模式更加平均。噪音接触的音量标准各异，这里我们采用A型曲线来评测大音量的接触，仪表衰减模式则设定为慢速模式以便更好的测出平均值。A型曲线指出，同样的大音量环境下，中频和高频与低频相比，更容易导致听力损伤。如果想要在慢速模式下测试ML-4 聆听古典音的A型曲线，得出的曲线应该是在90dB左右的范围，而快速模式下C型曲线的范围则在111dB上。这是因为管弦乐中多数能量都集中在1kHz 以下的基频上。最终得到的实际读数是由你所播放音乐种类的特定频谱决定的。

如果一场摇滚音乐会的声音没有经过放大那是不可想象的。摇滚和合成电子乐的中频能量通常更强。汽车音响音量很容易就过量，耳机就更不用说了。《美国职业安全与卫生条例》对噪声接触有特别规定，主要是针对工业持续性噪声，但对于家用范围也是放之皆准的。下面这份图表对比了慢速模式下A型曲线的每日可允许噪音持续接触时间。


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听力损失包括暂时听力损失和永久听力丧失。受损程度主要取决于声音强度及接触时间。暂时性听力损失是由于短期内接触高强度声音而导致的，一段时间后听力自然恢复。一般来讲，长时间接触高强度声音，一段时间后就会导致永久听力损伤。不幸的是，后天听力损伤会随着你的年龄增大而不断累积，同时也会导致暂时性或永久性耳鸣。


现代音响【Audio Update】

1995年7月出版的《今日电子》【Electronics Now】上刊登了一篇名为《分贝的妥协：“安全听音”实践》【"Taming the deafening decibels: Practicing "safe sound"】，作者Larry Klein。

上期中，我们开始对学生听力的长期积累性损伤进行讨论，可能导致这种损伤的原因之一是学校舞会中的巨大音量。作为一名父亲，我很担心我儿子的听力，这个主题也就呼之欲出了。本月，这个问答依旧继续，我们来看看听力损伤是如何出现的，也来给忧心忡忡的父母们支个招，教会他们如何保护自己孩子的听力。


问：学校的听力测试可否查出孩子的初期听力损伤呢？

答：不一定，某些听力损伤的早期症状为相邻音调辨别能力下降及高频响应能力在某个较窄频段下降。普通的快速检测只选出5-6个音调以覆盖整个人耳听力频段，这种检测方式检测出此类问题的可能性不高。需要进行高分辨率扫频跟踪听度测试（每八度4分钟）和成音频率分辨率测试才能够测出此类问题。根据哈佛大学医学院健康专函，青少年高频辩知能力下降极有可能发生在听阈位移或接触高分贝声音后耳鸣数分钟的年轻人身上。
    在给音频工程协会的一篇论文中，一位研究员例举了几个针对学生的听力学研究，其中一个案例是6年级学生的高频听力测试不合格率为3.8%，9年级学生的不合格率为11%，高中高年级学生不通过率为10.6%。一份调查表明，大学新生的高频听力测试不合格率高达33%。次年为60.7%。这些数字清晰地指出了听力损伤的累积量。


问：强烈的声音是如何损伤听力的呢？

答：接触强烈声音导致的损伤发生在内耳中的耳蜗处，耳蜗呈螺旋形，蜗牛壳状。声音震动向前传导，通过鼓膜传至听小骨，终点站就是里面充满液体的耳蜗。耳蜗中极细小的毛细胞将声音震动转换为微伏级别电信号，这些电信号通过听觉神经进入大脑，大脑将其感知为声音，接触到巨大噪声的毛细胞会缠绕，扭曲或者断裂，无法正常对进入耳道的声音震动进行响应。即使是相对较少的毛细胞损失也会导致耳朵的听力下降。虽然已有关于毛细胞再生的研究，但毛细胞损失和因此导致的听力损失似乎是永久性的。
    这里的一些基本事实可能比较有趣，人耳是一个复杂的“电-机械-液压”器官，频率响应约为20Hz到20000Hz左右。（乐器的泛音段也在此范围内）。因为某种原因，女性因年龄而导致的听力损失大约只有男性的一半。
    当耳朵的中频和高频相应被削弱时，语音中的许多定义音【defining sounds】就很难听到了，自然也就无法理解。很多语音音调较高（且比原因软），比如“S”“SH”“F”一类音可能根本就听不见，其他的类似 “P”“T”可能很容易混淆。很多老年人在自己感觉到听力下降之前就有这个情况。换句话说，相比年轻时候，耳朵需要更大的音量才能够听得到。
    有一种说法是：年龄和外界噪声这两种影响都是不可避免的，但所谓“文明社会”中的高音量持续接触所导致的积累效应为此提供了反证。孤立文化中的个体，比如苏丹的马般部落或者复活节岛上的居民，都没有接触过文明社会中的声音压力，测试表明，他们的听敏度直到老年都还是年轻水平。


问：摇滚乐手们经常接触非常大的声音，为什么他们的听力不受影响？

答：他们的听力已经受到影响了。听力教育及摇滚乐手意识【H.E.A.R. (Hearing Education and Awareness for Rockers)】组织成立于1988年，这个非盈利组织致力于令摇滚乐手和摇滚乐迷们知晓他们曾漠不关心的高分贝声音和听力损伤的关系。这个构想来源于医学博士Flash Gordon和Kathy Peck，一位卓有建树的音乐家，这个机构很快就得到了音乐界的广泛支持。现在其成员包括音乐家，内科医生，听觉专家，工程师，DJ和记者。常务理事 Kathy Peck就是一位反极端声音条件的激进分子，因为她本人就是在朋克演出期间接触高音量而导致40%的听力丧失。
    除了教育和公益活动（包括在Megadeth和Lollapalooza演奏会上捐赠8000副耳塞）之外，H.E.A.R还为饱受耳鸣或听力损失折磨的音乐人提供测试、咨询和医疗转诊服务。Pete Townsend，H.E.A.R的铁杆支持者，在一场记者招待会上说“我之所以很久没有举办现场音乐会的原因就是我的听力受到了严重的损害”，很多其他的音乐人也公开承认他们的听力有问题，其中包括Talking Heads的Joey Ramone,和 Jerry Harrison，还有战车乐队的Ted Nugenbt, 和Jason Newstead。
    某些艺人的解决方案是佩戴专门的耳机，这些耳机可以在不影响声频相应的同时将总音量减少15-18dB。许多需要在大编制管弦乐团当中演奏的古典音乐家也将视线投向了已经有几个厂家生产的“音乐家耳塞”之类的听力保护器材上。


问：您是否有关于学校舞会上可允许最大音量的建议呢？

答，对于这个问题来讲，研究性文献里面提到了几个点。首先，因外界噪音而导致的听力损伤方面是因人而异的，换句话讲，可能这个声音强度会导致某人听力下降，听阈位移或者耳鸣，但是对另一个人就没有伤害。
    因为《美国职业安全与卫生条例》【OSHA】推荐的最大声压标准是90dB/8小时，这个标准是基于平均响应得出的，所以有理由推定相当一部分人的敏感度要比这个标准更高，对他们来说，更低的最大声压更有益。以此为据，我认为可允许迪斯科舞会最大声压应更加保守。与之相关的一个问题就是美国环保署就最大声压问题问责美国职业安全与卫生管理局，前者亦主张更低的最大声压标准，即85dB/8小时。国际标准化组织也推荐给定时间内更低的最大声压标准。
    我还没有强调开得过响的随身听，重金属演唱会，或者轰隆作响的汽车音响这类，这几个都令“嘈杂”这个词更增个中三味，也是潜在的听力杀手。因为这种累积性的损伤导致耳蜗中的毛细胞一个接一个坏死，貌似无论何时都避免过量噪声是个上上之策，必须过把瘾的时候记得戴个保护耳塞，一起来试试看安全的音量。
    说了这么多，我对于初中/高中舞会的推荐最大音量为85dB（A型曲线，慢速相应，距音箱8英尺处），这个测值需要贯穿整个舞会，不然被吵得七荤八素，听阈位移的DJ就会慢慢开大音量了，DJ的嗨麦也要包含在内，推荐Radio Shack的32-2050型声量计作为监听之用，价格为31.99美元，这个声压级使用简便，对于迪斯科舞会来说灵敏度也足够。
    我觉得85dB这个音量可能会令部分听众（包括DJ）感到不爽，但是更重要的是学生们不会以暂时性听阈位移，耳鸣作为代价换来一时的享乐。要记得禁止学生在音箱5英尺内的范围内聚集，因为音量在近距离内急剧增强——这有可能导致这么多的保护措施徒劳无功。
    孩子们需要反复多次的教导才能够有效果，我们一起来帮助他们来规范他们的行为，使他们远离噪音导致的听力伤害。


问：我可以从哪里找到强噪音积累作用的信息呢？
答：推荐以下文献资料。【译者注：由于翻译可能差异，且以下书籍可能没有中文译本，以下文献名称均为英文】

Bahadon, Robert S. M.D., and Barbara A. Bohne, Ph.D., "Adverse Effects of Noise on Hearing," American Family Physician, 47:5 1219-1226, April 1993.

Bruel & Kjaer Instruments, Inc., Measuring Sound, 1984.

Deutsch, L. J. and A. M. Richards Elementary Hearing Science, Baltimore: University Park Press, 1979.

Everest, F. Alton, The Master Handbook of Acoustics, Blue Ridge Summit, PA: Tab Books, Inc. 1981

"Hearing Loss: Boom and Doom," Harvard Medical School Health Letter, 16:2: 1-4, December 1990.

Klein, Larry, Audio Update: Hear today, gone tomorrow," Electronics Now, 63:12 94-95, December 1992.

Raichel, Daniel R., "Recreational Deafness—How Can Audio Engineers Stem It?," Presented at the 64th convention of the Audio Engineering Society, New York City, 1979. (preprint 1535-I-6)

Salatoff, Robert Thayer, M.D., D.M.A., Hearing Loss in Musicians," The American Journal of Otology, 12:2: 122-127, March 1991

Strome, Marshall, M.D., and David Vernick, M.D., "Hearing Loss and Hearing Aids," Harvard Medical School Health Letter, 14:6:5-8, April 1989.

US Environmental Protection Agency, "Noise and its measurement" (1977)

Vernick, David M., M.D., ConstanceGrzelka, and editors of Consumer Reports Books, The Hearing Loss Handbook, Yonkers: Consumer Reports Books, 1993.

West, P.D. and E.F. Evans, "Early detection of hearing damage in young listeners resulting from exposure to amplified music," British Journal of Audiology, 24:2: 89-103, April 1990.

Whitfield, Philip, M.D., and Stoddart D.M., M.D., Hearing, Taste and Smell: Pathways of Perception, New York: Torstar Books, 1984.

Williams, Rebecca D. "Enjoy, protect the best ears of your life," FDA Consumer, 26: 25-27, May 1992.

Wuest, Judith and Grace Getty, "Adolescent Hearing Behavior: A School Health Promotion Program," Journal of School Health, 62:9: 436-438, November 1992.

耳朵是如何工作的？

以下引自作者2007年11月发表于《音响快线》【audioXpress】的文章，保留版权。

经过了成千上万年的进化，耳朵的机械构造已经复杂到令人瞠目结舌的程度。人耳的的变化非常缓慢，在我们的有生之年是看不见任何变化的。今天我们看见的耳朵，这个结构复杂程度简直无以复加了。错综复杂的医学术语可以将貌似还稍微简单点的理解变得更加令人头大无比。

人类的听觉机理非常复杂，大脑对于信息的处理就更夸张了，简直就是一个看不到结尾的科幻故事。听觉的过程已被前人们“著书破万卷”，而笔者仅简单做些解释，以帮助读者们理解复杂的耳朵和我们如何听见东西这一问题。

大脑就如同一个声音的寄存器一样，从我们一生下来就开始不断地积累声音，也许我们生下来以前就开始了。一个正常的成年人大脑可以储存大约400000与外部世界相关的声音。你可以随时随地在你的精神世界中播放任何曲调甚至所有乐器齐奏的交响乐。类似的是，源于其他感觉器官的神经冲动，比如目视图像或者身体其他部位的神经冲动也可存贮在大脑中，与新输入的感觉相互对比。

耳朵是一台灵敏到令人难以置信的装置。人耳可以感觉到大气压变化的十亿分之一还要少。普遍的参考依据是1000Hz上随频率变化的0dB声压。另一方面，+130dB的声音被认为时人耳的痛阈，相当于3000000：1的电压比（某些材料援引120dB的痛阈）。即使是一个很强的噪音也只能使鼓膜产生细微震动。高频声音引发的振幅可能还不到一个氢气分子直径的十分之一大。

虽说耳朵可以在很宽的频段上放大声音强度，传导装置对于极微弱的音调反映还是很不灵活，因此这些细微的声音是听不到的。如果这个范围不受限制，那么人们可能会被自己肌肉的收缩声和骨骼的运动吵得要死。

麦克风可以被称为是“换能器”，因为他可以通过薄膜将能量由声音的形式转化为机械力，之后又转化为电信号，耳朵的功能其实就是一个生物换能器。

这个耳剖面模型是由德国3B科技生产的，其中一部分部件是可以活动的，上有编码以便辨认。


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这里共有三个主区：外耳，中耳（鼓室）和内耳。外耳和中耳的作用类似于扼流变压器，。将空气中低阻的能量转换为耳蜗流体中高阻的能量。外耳中的耳道可以使传入的音频震动加倍，中耳的骨杠杆系统可以将这种震动再次放大三倍，之后传入内耳的耳蜗中的压力可增大至原来的30倍。最终，在声波推动内耳流体运动前，声音可被放大到180倍。


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上图左侧的螺旋形耳蜗大小和豌豆差不多。有红色的斑块区域为骨结构，我们可以清晰的看到颅骨可以为内耳部分提供非常好的保护。

声音沿耳道传播至鼓膜（4号），鼓膜将声能转化为机械能，这些机械能通过鼓室传至中耳的三块听小骨，这在上文的鼓室部分已经有过解说了，听小骨也是人体内最小的骨头。镫骨是图片中央的一块U型骨。图片正中上方三个圈状物是控制身体平衡感的半规管，其部分骨结构和耳蜗相同，镫骨将振动传至耳蜗，耳蜗位于内耳，呈螺旋形，负责将机械能转化为电脉冲传入大脑。耳蜗上方黄色部分为听觉神经。咽鼓管位于图片正下方，负责平衡鼓室内外气压。



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耳蜗是听觉机理中最为复杂的一个部分，内部中空。下图为耳蜗横截面图。耳蜗分为三个部分——鼓阶（稍低），前庭阶（稍高及蜗管（中部），由薄膜隔开。鼓阶与前庭阶中充满了外淋巴液，而蜗管中的液体为内淋巴液，这两种不同的淋巴液化学成分不同，电学特性也不同。

镫骨将震动传导至前庭的卵圆窗。震动沿前庭传导，一直到达的耳蜗末端的中心，这个中心在横截面上非常小。之后声波进入鼓阶，一直到达鼓阶稍大一端薄膜覆盖的圆窗，这个窗口使震动降低。



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右边围绕哥蒂氏器官的矩形是被放大的。哥蒂氏器官是位于蜗管的胶状团。在声音转换中，这个器官的作用是最为复杂也是最为有趣的，哥蒂氏器官包含约7500个相互关联的部分。共有四列纵向感受听觉的毛细胞，其中3列为外毛细胞，1列为内毛细胞。它们牢固的嵌入在构成蜗管基底的基膜支撑细胞内。集束的静纤毛（更加微小的毛细胞）从毛细胞中伸出，顺便说一句，硬纤毛和立体声并没有直接关系。

盖膜悬挂在围绕耳蜗的骨质上，像一个架子一样突出于毛细胞和静纤毛之上。通过贴在毛细胞上的静纤毛束连接哥蒂氏器官。每只耳朵中，都有超过一百万根静纤毛。液压波动使基底膜产生弯曲，扭转，推拉毛细胞。这个运动会导致静纤毛逆盖膜方向运动。

在骨支架较宽的一端，基底膜既轻巧又紧绷，较窄的一段则松弛，厚度增大。声波诱导基膜产生波痕。高音在基底膜较薄的一段反应最好，低音在较厚的一端反应最好。基底膜也可以拾取头骨的震动。听力损伤时，骨传导有时也可用作连接头骨和振动以恢复部分听力。

之后，这一连串动作就和电信号转换有了更密切的关系。最复杂的过程发生在静纤毛的运动导致的化学变化上，这种化学变化可导致毛细胞膜渗透压发生变化，允许阳离子进入相应的细胞。因此，每个单独的细胞都具有感受器的潜能，并使位于其神经元突触的感觉神经元放出更多神经传递分子，这促使神经细胞发出电流。耳蜗-大脑的传输系统包括从哥蒂氏器官产生的 30000多根神经纤维。声音频率的响应取决于某部分细胞的激活，每个细胞都有一定的恢复时间，从而将其响应速率限定在1000次每秒，这比理论听阈上限的20000Hz要低得多。神经可以轮流工作，将效率提升至3000次每秒，但是大多数声音频率都取决于被激活的纤维而并非频率。

听觉神经的轴突将信号传输至丘脑和大脑皮层，信号在此被解译为声音，某些信号反馈回去。传入大脑的大量数据可被选择并以多到令人难以置信的方式解译。我们所属熟知的一项能力就是在满屋子交谈的人群中过滤出一个对话。

中耳是耳朵的第一道防线。内置安全装置可保护内耳不受过于响亮的噪音和耳压的巨大变化影响。超过80-85分贝的的声音会使两块肌肉动作。鼓膜张肌收紧鼓膜，限制其振动能力，同时镫骨肌将镫骨牵离内耳卵圆窗。但是，这个保护系统反应速度较慢，对于极大声音的反应时间一般在10-30毫秒，接近反应阈值的声音响应时间可达150毫秒。对于尖刺的声音来说，肌肉的反应速度显然是不够快的。

一般来说，年轻人的保护反应更快。然而，耳朵的防御系统也不是马其诺防线，人们倾向开大声音听音乐，不管怎么保护，都会受到听力损伤。大家可能会发现，开大声音听音乐的是偶，不仅仅是频率变化更加明显，音质似乎也变化了。对于某些人来说这种改变非常明显，但是另一部分人似乎从来没发现过，笔者将此归因于大于 80-85分贝时的肌肉保护动作。

第二道安全防线就是咽鼓管了，咽鼓管是连接鼓室和鼻咽的管道，其功能为平衡鼓室内外气压。我们在飞机起落时通常可以感受到鼓室内外气压变化。

听力保护

人类对于噪音的接触几千年来都在变化。多年前，我们的祖先作为猎人和采集者适应了在丛林中，旷野上的生活，我们的听阈可以感知到猎物和天敌的声音。这是一种生存本能，听不到的话，就会丢掉许多重要线索，我们的听力不仅能够辨别声音的强弱，还可以便便发声物种和声音方向。也许那时候的人们所感受过最大的声音就是闪电、大瀑布或者其他的人发出的了。可能到现代科技出现滞后，人们平均噪声接触才提升起来。早在十九世纪时，工业噪音就已经很可观了。

机械制造，采矿和伐木所导致的听力损伤是最为典型的，因为工人们工作的时候整天都被暴露在噪音之下。今天，过大的噪音来源也包括经家庭、汽车和娱乐场所经过放大的音响，甚至Ipod的耳机。今天的噪音环境已经大大的超越了我们的进化所能承受的。不过，很多人对于令人不适的工业噪音还不算无知，很多人都知道蜂蜡耳塞可以有效的保护听力。而现在又有很多更现代化的装备出现了。


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最简单的降噪方式就是不同的耳塞了。最简单的耳塞就是上图中McKeon生产的25460 Guenther, Warren, MI 48091。几美元就可以买上一大堆。药店的种类可能还要多些。

这种耳塞由软海绵制成，可以挤挤搓搓塞进耳朵里，海面会慢慢的膨胀，直到适应耳道轮廓，可以吸收29分贝的噪音。降噪范围从125Hz到8000Hz

下面这些耳塞就比较精密了。戴上之后耳道依旧保持开放，以便空气流通和气压平衡，但声音太过剧烈时，活门关闭，滤音器作用。其后方为一个封有软橡胶的金属容器。橡胶缓冲器可以更换，也就不用单独购买一套新的。


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这种耳塞在射击和其他强声压情况下非常有效，即使是短暂声音冲击。因为耳道是开放的。较低的声音也可以听得到。


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E.A.R., Inc.,/Insta-Mold West有售，20美金一对，

多年以来，声障也被广泛应用。机场和其他工业噪声较大的地方都可以见得到。这种特殊的设计已经有了40多年的历史，今天依旧非常有效。Wilson制造，专利号2,801,423。外壳使用模塑玻璃纤维制造。


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绿色的衬垫使用软塑料制造，内充液体或海绵。外壳内部填充声学海绵。头带的作用类似弹簧，使其紧贴耳部。这种声障在密合时非常有效。今天，已经有很多此类产品在家用和工业范围内得到应用。


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最近出现了主动声障。由一只麦克风拾音，采集外界噪声，主动声障内部扬声器产生反相噪声（抵消噪声）以抵消原噪声。这种声障需要电源或者电池以放大抵消噪声。


助听器

Sonotone公司是世界上最早研发助听器的公司之一。最早的电子助听器又大又沉，还得用电子管。下图为Sonotone的三个早期产品。左侧黑色助听器需要外接电池盒，这个电池盒一般独立于助听器，用户需要把电池盒围在腰间或者胸口，这些是20世纪40年代的产品。盒子大约5寸高，2.5寸宽，厚1英寸，由电木制造。重达5盎司。需要两节电池，一节电池提供灯丝电压，另一节提供阳极电压。


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图片中间电子管助听器为后期产品，包含一个电池盒。不装电池重量和左侧产品相当。这种产品可以放大3-6kHz单频波段，

图片右侧的助听器是Sonotone 45型晶体管助听器。仅需要一节低压电池，高2.25英寸，宽1.5英寸，0.56英寸厚。重量仅有36克（合1.3盎司）。

我们可以看到科技的发展令助听器变得体积更小，效率更高，功能也越多。下图显示了Sonotone200型助听器的3组调节。可调式响应的出现使细节频段调整更加针对个人听力损失，助听器验配师可根据用户个人情况为其量身定做助听器。微型开关可通过特殊工具调整，用户是无法进行调整的。这种定制式的调整方式也被用于麦景图MQ104，MQ107和MQ108环境效果器上，但是这里我们的目的并不是弥补听力损失，而是为听音室具体环境量体裁衣。


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早至 1960年，内含电池的小型入耳式助听器就已经研发出来了。今天，微型芯片控制的响应式助听器和内耳道式助听器也应运而生了。

为了进一步提高使用者的感知能力，助听器可以双耳佩戴，佩戴者依旧可以拥有双耳听力。某方面来说，助听器最高可将听力恢复至6kHz，这可不只是听清人声的范围了。当然，恢复成都取决于听力受损程度，而且是因人而异的。


人工耳蜗植入

助听器可以帮助人们恢复部分听力，这取决于个人听力受损程度。原理其实很简单，将听觉受损频率进行放大。对于听力完全丧失的人们来说，可以进行人工耳蜗植入手术【译者注：cochlear implant surgery】，完全失聪人群对这项手术评价日益高涨。一般来说受损的都是静纤毛而非听神经，在某些病例中，人工耳蜗植入手术是有效的，且已被逐渐普及。典型的人工耳蜗植入手术需要在基膜下植入一个微型22信道电极，此电极缠绕在耳蜗内部。由电极刺激听神经，为受损的毛细胞提供搭桥。耳蜗附近需要附加一个带有环状天线的内置接收器。同时体外使用麦克风和放大器，放大器将声学信号转换为电脉冲，置于植入耳旁的发射线圈将这些电磁脉冲传入颅内环状天线。这种手术可以不同程度的回复换着听力，但是并不能够使其完全恢复听觉。但对于部分或者完全失聪的人来说，就算只恢复一部分听力也能极大的减低他们因为听不见而导致的隔离感。

以下是一封接受人工耳蜗植入术的女患者的来信：

Roger:

    谢谢您提供的信息。我还记得我的第一个助听器是银色或者米色的。你可能会以为Sonotone每种型号都保留了一个样本吧。我最后一个Sonotone助听器好像是90年左右的。后来买不到了，我就选了Danovox，再后来换了Bosch。带了四年Bosch后，我想换个新的，就试了下Starkey，我不太喜欢这个声音。结果我就去了圣路易斯的John's Mercy医院，接诊的是Pete Smith医生，我1993年见过他。那个时侯他告诉我，我可以做个人工耳蜗植入手术，不过我还没准备好。去年十月份我去找他，他说你差不多可以做了。做了一些听力测试和术前检查之后，我的手术被安排在今年1月15号。早晨5：30就进去了，7点多做了手术。手术时间大约2小时。术中无痛苦感，只是觉得擦了一下。住院一天之后，第二天早晨6：30出院。
    手术10天后去医院拆线。2月15号复诊，查看切口是否良好，后来去了St. Luke医院，与和我一直打交道的助听器验配师见面，这位助听器验配师真是个可人儿，她把处理器装上，设定好程序。真的不敢相信我的听力变好了。设置需要我等待两周以便神经适应。我的问题就是音乐背景太大，弄得本应该听清的东西都听不清楚了。他们说还需要一段时间适应。第五周的时候这个问题终于走开了，我就真正可以“听见”了。
    还有，第五周调试的时候，他们告诉我听听电话，听听看是不是可以听清天气预报。真的不敢相信我也可以听电话了。现在我使用电话的次数远超我的TTY电话。大约两周以前，我做了季度检查和听力测试。植入手术前我的听力测试检查结果为损失90-100%。没有助听器就听不见，季度检查的时候显示我的听力损失为 10-20%。之后医生请我重复听到句子，正确率79%，再然后是有“嗖嗖”声音干扰的句子，正确率60%，最后是单个单词，正确率40%。我的助听器验配师说我简直棒极了，她都不敢相信我这么短时间里面就可以适应的这么好，我们俩都超级开心。Cochlear公司对成人的句子测试平均成绩为78%。
    真的是太棒了，我现在尽力去听得多一点，读唇少一点。在屋子里的时候，关着窗子都可以听见小鸟的鸣叫。我原来都没有听到过干衣机定时器的嘀嗒声，一开始放衣服进去的时候我都不知道那是什么声音。我现在可以在屋子的任何一个角落听到开水管的声音。做了这个手术真的很开心，至少我现在可以直接听见人说话，不用等之后有人解释给我听了，也不也不用让我家人挥手或者拍掌才能引起我注意了，还能听见我孙子的动静。我植入的是Cochlear Nucleus. Freedom型人工耳蜗，处理器有四个不同的预设程序。使用3节675电池。要是你想了解更多的信息，可以去 http://www.cochlear.com/看看。不好意思写了这么多，但是我想你一定能理解我对这个东西的喜爱。