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

出自KMU Wiki

• 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