外耳除了美观和收集声音的功能以外,在人耳感知声音的方向性和提高言语清晰度方面发挥着极其重要的作用。
言语是人类独有的工具,造物主为了让人能听清楚言语,在言语声从外耳传播到大脑感知的过程中的第一步,就赋予了外耳极其重要的功能:预先放大高频辅音。下图所示的是听力图。横坐标代表声音的频率,从左向右频率从到Hz(赫兹,一秒内声波重复振动的次数)逐渐升高,纵坐标代表声音的强度,从上往下由-10到dBHL(分贝听力级,此处的0dB是年轻人平均能听见的最小的声音强度。)。正常人耳的可听声频率范围为20~ Hz,强度范围为-10~dB。人类的言语频率范围则集中在~ Hz,强度范围在12~55dB。从图1中的言语香蕉图中我们可看见,元音/a,e,i,o,u/的频率在 Hz以下,强度在40~55 dB左右,而有些辅音/k,f,s/的频率则在 Hz以上,强度在10~20 dB左右。辅音与元音相比,频率又高、强度又轻。
我们知道,元音+辅音构成了单词,再由单词连成句子,从而形成了有意义的讲话声即口语。当包含了元音和辅音的口语同时进入人类的耳朵时,元音很容易被听见,辅音则不然。为了克服辅音强度太轻的情况,造物主特别将人类的外耳设计建造成了一个高频预放大器。
耳廓与外耳道组成了外耳。它们从整体看上去像一只横置的漏斗,漏斗的末端是鼓膜。当声波在自由场中传播时,外耳能够像喇叭一样尽可能多地收集声音,使声音集中敲响鼓膜。
另外,由于耳廓和耳道与声波的谐振作用,1.5~7kHz频率范围的声波会被放大5~20dB。其中,耳廓的共振峰频率峰值为5kHz;耳道的共振峰频峰值约2.5kHz,两者的综合结果为:频率在~Hz的声波,会被放大10~20dB。这就意味着,人类的讲话声在进入中耳之前,造物主就让外耳有针对性地提前放大辅音,以此克服了辅音强度先天不足的问题,从而使辅音与元音在到达大脑的时候强度相差不太多,人类因此能轻松听见并在一连串的讲话声中分辨出每个单词。
此外,在日常生活中,我们通常会面对着讲话人进行口语交流。这样做的目的一方面有利于我们在听话的时候能看见讲话人的嘴唇、面部表情以及肢体语言,使我们能做到察言观色,另一方面也能让我们有效屏蔽一些背景干扰声,从而提高言语声与噪声的差值(信噪比)。然而,在现实生活中,讲话人并不总是站在我们的前方对着我们讲话。造物主早就想到了这个问题,他因此让耳廓长在头颅的两侧,向前、外侧伸展,如此一来,使得来自后方的声音会被屏蔽一部分,我们的大脑因此很容易判断出声音是来自前方还是后方;同时,由于外耳的共振属性,有助于我们的大脑分辨声源是来自左侧还是右侧,是来自上方还是下方。当大脑接收到来自双耳的声音信息后,立即准确判断出声源的方向,随即调节身体的位置,要么单独转头,要么转头+转身,使我们能正面对着讲话人的方向。
总之,外耳的共振属性,能让我们听清楚辅音,区别如“瓜/花’、‘灰/飞’等发音类似的单词,而外耳的方向性作用,能让我们能在交流时转向说话人,使我们在听清他人讲话的同时,还能“察言观色”,听出“弦外之音”。虽然外耳这些声学作用,常常被临床耳鼻喉科医生们忽略,但是,声学工程师、助听器验配师却必须掌握。因为它关系到工程师如何使助听器能够最好地模拟人耳听觉系统、验配师要为听障患者选择放系统并使放大的声音与人耳受损的听觉系统匹配得最好,以便发挥助听设备的最佳效果,以最小的代价还原正常人耳的听觉效果。
田岚博士,美国听力言语协会认证听力学家(CCC-A),加拿大安省听力言语语言病理学会注册执业听力学家(Reg.CASLPO)。年毕业于苏州大学苏州医学院,在苏州从事临床耳鼻喉科医生工作。年转攻助听器、听力学。年出国深造,在取得了美国得听力学博士学位的同时,也积累了丰富的北美临床听力学和助听器研发经验。田博士曾经在六大国际知名品牌助听器中的三大品牌的海内外公司负责听力学培训与技术支持,因此,田博士能够将人与放大设备很好地融合在一起。田博士希望将二十多积累听力学和助听器知识,处理临床听力、言语相关的疑难杂症的经验,借助
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