第十一講：Sound,the Auditory System,and Pitch Perception

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*bandpass noise *bandpass noise
-**+**Figure xx
-*+*critical band
-**+**Figure xx
 +**characteristic �frequency�特徵頻率
-*+*Masking 實驗結果
-**+**Figure 11.28
-*+*利用basilar membrane振動解釋masking
-**+**Figure 11.29
-*+*複雜波的情況
-**+**Figure 11.30
-*+*outer hair cells的功能
-**+**Figure 11.31
 +**cochlea amplifer
-* 
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 +*outer hair cells的功能
 +**Figure 11.32
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 +*phase locking and temporal coding
 +**Figure 11.33
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 +*性差與年齡差
 +**Figure 11.34
 +**隨著年紀增長而對於高頻音較不敏感，男性的比例比女性高
 +**Presbycusis
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 +*Noise-induced hearing loss
 +**Figure 11.35
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 +*Auditory pathway
 +**Figure 11.36
 +**SONIC MG
 +Superior Olivary Nucleus
 +Inferior Colliculus
 +Medial Geniculate Nucleus
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 +*Auditory cortex
 +**Figure 11.37
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 +*Where / What pathway
 +**Figure 11.38
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 +*兩個腦傷的案例
 +**Figure 11.39
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 +*腦照影結果
 +**Figure 11.40
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 +*pitch and brain
 +**Figure 11.41
 +**tonotopic map
 +**從cochlea一直到A1，都有依頻率排列的特性
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 +*顳葉受損
 +**Figure 11.42
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 +*fundamental frequency的腦內表現
 +**Figure 11.43
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 +*neuroplasticity
 +**Figure 11.44
 +**訓練猴子區辨兩個接近2500Hz的聲音，
 +訓練後發現猴子A1負責處理2500Hz的區域增加了
-* 
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 +*shaping-by-training
 +**Figure 11.45
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- +*人工電子耳
-*+**Figure 11.46
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在2011年12月4日 (日) 17:30所做的修訂版本

  • Hearing的重要性
    • 人類在各類辨識中常用的手段

聽，誰在講話？ 聽，誰的拖鞋聲？ 更廣範圍的定位 我們可以聽到360度的聲音 也可以聽到我們「看不到」的地方的聲音


  • 聲音與情緒
    • 粉筆與黑板急速磨擦

受不了小花 小溪流水聲 讓人平靜 知覺老師上課聲 讓人睡著


  • 人、聲音與環境
    • 與環境互動

先注意聲音、再察覺影像 與人互動 有聲音的互動效率較高� 插影片 聲音對我們的影響Julian Treasure（中文）.MP4


  • 視力障礙者之聽覺
    • 優於視力正常者

課本p.260 弱視者之經驗� 特殊案例：Helen Keller Blindness isolated her from things, but deafness isolated her from peoples.


  • 波
    • Figure 11.1


  • Sine wave
    • Figure 11.2


  • 波的能量
    • Figure 11.3


  • 聲音的能量計算法
    • dB = 20 X log (p/p0)

p0 = 20 microPascals sound pressure level (SPL) 若p = 200 則 dB = 20 X log (p/p0)= 20log(200/20)� = 20log(10) = 20


  • table11.1
    • 與p0相對大小 dB

1 0
10 20
100 40
1000 60
100000 100
1000000 120
10000000 140


  • 聲音的頻率
    • Figure 11.4


  • 複雜的聲音
    • Figure 11.5


  • missing fundamental
    • Figure 11.6


  • Loudness
    • Figure 11.7
    • 音量每增加10分貝，我們會覺得音量增大了2倍


  • tone chroma
    • Figure 11.8
    • 不同的tone height，相差了一個octave，

同時頻率也呈倍數增加


  • 頻率與音強
    • 在2000~4000Hz是我們最敏感的頻段；中間兩條線是在不同頻率下，我們感受相同音量的強度；最上面一條線是讓我們感受到不舒服的強度，超過這個強度可能會造成聽力受損。 �

衛教 耳機、隨身聽音量一定要放小聲


  • Audibility curve
    • Figure 11.9


  • 樂器為何不同音
    • 不同的樂器(吉他、巴森管、薩克斯風)即使演奏相同頻率的聲音，聽起來也是相當不同，原因即在於不同樂器所包含的泛音（timbre）不同

除了泛音不同 動態上也有所不同


  • Timbre
    • Figure 11.10


  • Ear
    • Figure 11.11
    • 外耳(outer ear)、中耳(middle ear)、及內耳(inner ear)。


  • 中耳
    • Figure 11.12
    • 傳遞方式是由鼓膜

振動開始傳到三小 聽骨(槌骨malleus、 砧骨incus、鐙骨 stapes)，再傳至 卵圓窗(oval window)， 最後進入內耳


  • 聲音在耳朶中的傳遞
    • Figure 11.13


  • 中耳能量放大原理
    • Figure 11.14


  • 內耳（cochlea耳蝸）
    • Figure 11.15


  • organ of Corti
    • Figure 11.16


  • hair cell
    • 聽覺受器可分為兩種：inner hair cell與outer hair cell。前者數目較少，約3500個，卻有95%的聽覺細胞接受來自此的訊息；後者數目約12000個，卻只處理約5%的訊息。
    • Figure 11.17


  • cilia之活動與ion channels
    • Figure 11.18
    • 這個振動只有

100 picometer 相當於Eiffel Tower 頂端天 線搖1 cm如：圖11.19


  • temporal theory
    • Figure xx
    • temporal theory（時間論）�frequency theory（頻率論）

volley theory（齊發論）


  • place theory（位置論）
    • Figure xx
  • place theory 2
    • von Bekesy
    • Figure xx
  • Bekesy's experiment
    • peak of vibration（振動高峰）
    • Figure xx
  • Bekesy's traveling wave
    • Figure xx


  • Helmholtz / Bekesy
    • Resonance

物理性上較「直覺」 生物結構上不可能 traveling wave 物理結構上較複雜 生物結構較「可能」


  • basilar membrance
    • tonotopic organization（音調排列結構）�

cochlear emissions（耳蝸傳射） airborne sound->movement of the eardrum-> movement of the ossicles -> movement of the oval window -> fluid-borne pressure wave -> displacement of basilar membrance -> stimulation fo hair cells


  • 在耳蝸中如何表現音頻
    • Figure 11.2


  • 仔細看von Bekesy
    • Figure 11.21
  • Basilar membrane
    • Figure 11.22
  • Vibration of the basilar membrane
    • Figure 11.23
  • Envelope of the basilar membrane
    • Figure 11.24


  • Tonotopic map of the guinea pig cochlea
    • Figure 11.25


  • Frequency tuning curves of cat
    • Figure 11.26


  • Masking procedure
    • Figure 11.27


  • noise masking（噪音遮罩）
    • auditory masking（聽覺遮罩）

幾個名詞 broadband noise（廣域噪音） bandpass noise（域帶噪音） center frequency（中央頻率） critical band（有效帶寬）


  • bandpass noise
    • Figure xx


  • critical band
    • Figure xx
    • characteristic �frequency�特徵頻率


  • Masking 實驗結果
    • Figure 11.28


  • 利用basilar membrane振動解釋masking
    • Figure 11.29


  • 複雜波的情況
    • Figure 11.30


  • outer hair cells的功能
    • Figure 11.31
    • cochlea amplifer


  • outer hair cells的功能
    • Figure 11.32


  • phase locking and temporal coding
    • Figure 11.33


  • 性差與年齡差
    • Figure 11.34
    • 隨著年紀增長而對於高頻音較不敏感，男性的比例比女性高
    • Presbycusis


  • Noise-induced hearing loss
    • Figure 11.35


  • Auditory pathway
    • Figure 11.36
    • SONIC MG

Superior Olivary Nucleus Inferior Colliculus Medial Geniculate Nucleus


  • Auditory cortex
    • Figure 11.37


  • Where / What pathway
    • Figure 11.38


  • 兩個腦傷的案例
    • Figure 11.39


  • 腦照影結果
    • Figure 11.40


  • pitch and brain
    • Figure 11.41
    • tonotopic map
    • 從cochlea一直到A1，都有依頻率排列的特性


  • 顳葉受損
    • Figure 11.42


  • fundamental frequency的腦內表現
    • Figure 11.43


  • neuroplasticity
    • Figure 11.44
    • 訓練猴子區辨兩個接近2500Hz的聲音，

訓練後發現猴子A1負責處理2500Hz的區域增加了


  • shaping-by-training
    • Figure 11.45


  • 人工電子耳
    • Figure 11.46
取自"http://wiki.kmu.edu.tw/index.php/%E7%AC%AC%E5%8D%81%E4%B8%80%E8%AC%9B%EF%BC%9ASound%2Cthe_Auditory_System%2Cand_Pitch_Perception"