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

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第9行： 第9行：
-===聲音與情緒===+====聲音與情緒====
*粉筆與黑板急速磨擦 *粉筆與黑板急速磨擦
**受不了 **受不了
第19行： 第19行：
-===人、聲音與環境===+====人、聲音與環境====
*與環境互動 *與環境互動
**先注意聲音、再察覺影像 **先注意聲音、再察覺影像
第28行： 第28行：
-===視力障礙者之聽覺===+====視力障礙者之聽覺====
*優於視力正常者 *優於視力正常者
**課本p.260 弱視者之經驗� **課本p.260 弱視者之經驗�
第40行： 第40行：
-===Sine wave===+====Sine wave====
Figure 11.2 Figure 11.2
-===波的能量===+====波的能量====
Figure 11.3 Figure 11.3
-===聲音的能量計算法===+====聲音的能量計算法====
*dB = 20 X log (p/p0) *dB = 20 X log (p/p0)
**p0 = 20 microPascals **p0 = 20 microPascals
第56行： 第56行：
-===table11.1===+====table11.1====
與p0相對大小..............dB<br> 與p0相對大小..............dB<br>
1.....................................0<br> 1.....................................0<br>
第66行： 第66行：
10000000......................140<br> 10000000......................140<br>
-===聲音的頻率===+====聲音的頻率====
Figure 11.4 Figure 11.4
-===複雜的聲音===+====複雜的聲音====
Figure 11.5 Figure 11.5
-===missing fundamental===+====missing fundamental====
Figure 11.6 Figure 11.6
-===Loudness===+====Loudness====
Figure 11.7 Figure 11.7
*音量每增加10分貝，我們會覺得音量增大了2倍 *音量每增加10分貝，我們會覺得音量增大了2倍
-===tone chroma===+====tone chroma====
Figure 11.8 Figure 11.8
*不同的tone height，相差了一個octave，同時頻率也呈倍數增加 *不同的tone height，相差了一個octave，同時頻率也呈倍數增加
第89行： 第89行：
-===頻率與音強===+====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。 *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 *衛教
第96行： 第96行：
-===Audibility curve===+====Audibility curve====
Figure 11.9 Figure 11.9
-===樂器為何不同音===+====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 *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 *除了泛音不同
第107行： 第107行：
-===Timbre===+====Timbre====
Figure 11.10 Figure 11.10
第116行： 第116行：
-===中耳===+====中耳====
Figure 11.12 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 *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
第122行： 第122行：
-===聲音在耳朶中的傳遞===+====聲音在耳朶中的傳遞====
Figure 11.13 Figure 11.13
-===中耳能量放大原理===+====中耳能量放大原理====
Figure 11.14 Figure 11.14
-===內耳（cochlea耳蝸）===+====內耳（cochlea耳蝸）====
Figure 11.15 Figure 11.15
-===organ of Corti===+====organ of Corti====
Figure 11.16 Figure 11.16
-===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
第155行： 第155行：
-===place theory（位置論）===+====place theory（位置論）====
*Helmholtz *Helmholtz
*Resonance（共鳴） *Resonance（共鳴）
第162行： 第162行：
-===Bekesy's experiment===+====Bekesy's experiment====
*peak of vibration（振動高峰） *peak of vibration（振動高峰）
-===Bekesy's traveling wave===+====Bekesy's traveling wave====
*traveling wave（行波）Nobelprize.org *traveling wave（行波）Nobelprize.org
-===Helmholtz / Bekesy===+====Helmholtz / Bekesy====
*Resonance *Resonance
**物理性上較「直覺」 **物理性上較「直覺」
第185行： 第185行：
-===在耳蝸中如何表現音頻===+====在耳蝸中如何表現音頻====
*Figure 11.2 *Figure 11.2
-===仔細看von Bekesy===+====仔細看von Bekesy====
*Figure 11.21 *Figure 11.21
-===Basilar membrane===+====Basilar membrane====
*Figure 11.22 *Figure 11.22
-===Vibration of the basilar membrane===+====Vibration of the basilar membrane====
*Figure 11.23 *Figure 11.23
-===Envelope of the basilar membrane===+====Envelope of the basilar membrane====
*Figure 11.24 *Figure 11.24
-===Tonotopic map of the guinea pig cochlea===+====Tonotopic map of the guinea pig cochlea====
*Figure 11.25 *Figure 11.25

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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

  • 聽覺訊息先傳至包括A1的core area，接著傳到圍繞在core area周圍的belt area，最後傳到旁邊的parabelt area
  • 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"