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

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===hair cell=== ===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。+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+Figure 11.17
-*cilia之活動與ion channels+===cilia之活動與ion channels===
-**Figure 11.18+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+
 +*這個振動只有100 picometer 相當於Eiffel Tower 頂端天線搖1cm如：圖11.19
-*temporal theory 
-**Figure xx 
-**temporal theory（時間論）�frequency theory（頻率論） 
-volley theory（齊發論） 
 +===temporal theory===
-*place theory（位置論）+*temporal theory（時間論）frequency theory（頻率論）
-**Figure xx+*volley theory（齊發論）
-*place theory 2 
-**von Bekesy 
-**Figure xx 
-*Bekesy's experiment+===place theory（位置論）===
-**peak of vibration（振動高峰）+*Helmholtz
-**Figure xx+*Resonance（共鳴）
-*Bekesy's traveling wave+*von Bekesy
-**Figure xx+
-*Helmholtz / Bekesy+===Bekesy's experiment===
-**Resonance+*peak of vibration（振動高峰）
-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+===Bekesy's traveling wave===
-**tonotopic organization（音調排列結構）�+*traveling wave（行波）Nobelprize.org
-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+===Helmholtz / Bekesy===
-**Figure 11.2+*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」
-*仔細看von Bekesy+===basilar membrance===
-**Figure 11.21+*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
-*Basilar membrane 
-**Figure 11.22 
-*Vibration of the basilar membrane+===在耳蝸中如何表現音頻===
-**Figure 11.23+*Figure 11.2
-*Envelope of the basilar membrane 
-**Figure 11.24 
 +===仔細看von Bekesy===
 +*Figure 11.21
-*Tonotopic map of the guinea pig cochlea+===Basilar membrane===
-**Figure 11.25+*Figure 11.22
 +===Vibration of the basilar membrane===
 +*Figure 11.23
-*Frequency tuning curves of cat+===Envelope of the basilar membrane===
-**Figure 11.26+*Figure 11.24
-*Masking procedure+===Tonotopic map of the guinea pig cochlea===
-**Figure 11.27+*Figure 11.25
-*noise masking（噪音遮罩）+===Frequency tuning curves of cat===
-**auditory masking（聽覺遮罩）+*Figure 11.26
-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+===Masking procedure===
-**Figure xx+*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）
-*critical band 
-**Figure xx 
-**characteristic �frequency�特徵頻率 
 +===bandpass noise===
 +Figure xx
-*Masking 實驗結果 
-**Figure 11.28 
-*利用basilar membrane振動解釋masking+===critical band===
-**Figure 11.29+Figure xx
 +*characteristic frequency 特徵頻率
-*複雜波的情況+===Masking 實驗結果===
-**Figure 11.30+Figure 11.28
-*outer hair cells的功能+===利用basilar membrane振動解釋masking===
-**Figure 11.31+Figure 11.29
-**cochlea amplifer+
 +===複雜波的情況===
 +Figure 11.30
-*outer hair cells的功能 
-**Figure 11.32 
 +===outer hair cells的功能===
 +Figure 11.31
 +*cochlea amplifer
-*phase locking and temporal coding 
-**Figure 11.33 
-*性差與年齡差+===outer hair cells的功能===
-**Figure 11.34+Figure 11.32
-**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+===phase locking and temporal coding===
-**Figure 11.35+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
 + 
 + 
 +===Noise-induced hearing loss===
 +*Figure 11.35

在2011年12月11日 (日) 20:16所做的修訂版本

目錄

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

聲音影響我們的四種方式Julian Treasure


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1cm如：圖11.19


temporal theory

  • temporal theory（時間論）frequency theory（頻率論）
  • volley theory（齊發論）


place theory（位置論）

  • Helmholtz
  • Resonance（共鳴）
  • von Bekesy


Bekesy's experiment

  • peak of vibration（振動高峰）


Bekesy's traveling wave

  • traveling wave（行波）Nobelprize.org


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"