生理聲學

　　生理聲學是聲學和生理學的邊緣學科，它主要研究聲音在人和動物引起的聽覺過程、機理和特性，也包括人和動物的發(fā)聲。
　　耳是聽覺器官的統稱。人耳可分為外耳、中耳和內耳，連同各級聽覺中樞組成聽覺系統。聽覺的聲學過程發(fā)生在外耳、中耳及內耳的耳蝸一部分，聽覺的神經過程發(fā)生在耳蝸的感受器部分、聽神經和聽覺中樞。
　　外耳包括耳廓和外耳道，主要起集聲作用。中耳包括鼓膜、聽骨鏈、鼓室、中耳機、咽鼓管等結構，主要起傳聲作用。耳蝸主要起感聲作用。
　　耳蝸是一有骨質外殼卷曲呈蝸牛狀的三層平行管道結構，三層管道內充滿淋巴液，分別稱前庭階、鼓階和蝸管，后者夾在前二者當中，由軟組織分隔。蝸管與鼓階間的分隔稱基底膜，上面排列著聲音的感受器-螺旋器，其感受細胞為毛細胞。前庭階和鼓階各有一窗開向鼓室，分別稱卵窗和圓窗，窗上均有膜。卵窗膜與聽骨鏈內端的鐙骨底板連在一起。耳蝸靠近窗的一端稱基部，另一端稱蝸頂。
　　正常耳的傳聲途徑是聲波作用于鼓膜，經聽骨鏈傳入耳蝸，稱氣導。鼓膜面積比卵窗膜約大20倍，聽骨鏈的杠桿結構使在鼓膜端振幅大、力小的振動變成在卵窗膜端振幅小、力大的振動，有如一個變壓器，起到阻抗匹配的作用，從而提高了聲音從空氣媒質至淋巴液媒質的傳播效率。聲波也可通過頭骨的振動直接傳至內耳，稱骨傳聲，不過傳播效率較低。
　　聽覺的機理包括從聲波的機械振動至電、化學、神經脈沖、中樞信息加工等一系列過程。當聽骨鏈推動卵窗膜產生振動時，聲波便開始在耳蝸內的淋巴液媒質中傳播，先經前庭階，后經鼓階。在傳播途徑中的時差造成了二階各段每一瞬間的壓力差，使基底膜上下波動，從耳蝸基部開始，順序移向蝸頂，稱行波。基底膜的運動使排列在它上面的螺旋器也相應地運動。
　　由于慣性等作用，螺旋器內不同結構運動的方向差和速度差產生一種力，使感受細胞上的纖毛彎曲，改變了經常存在于蝸管和毛細胞之間的生物電流回路中的阻抗，從而調制了通過的電流。電流的變化導致感受細胞與聽神經末梢間的突觸釋放化學遞質，使神經末梢興奮，發(fā)出神經脈沖。接受不同特性的各種聲音后聽神經發(fā)出的脈沖在時間和空間上各有不同的構型，它們攜帶有關聲音的信息，順序傳至各級聽覺中樞，經過處理和分析，最后產生反映聲音各種復雜特性的聽覺。
　　沿基底膜移動的行波有一振幅最大點(共振點)，其位置因頻率而變，高頻靠近基部，低頻靠近蝸頂。不同頻率的聲音因而可使基底膜不同部位受到員強的刺激，這便是耳蝸頻率分析的部位機理。聽神經發(fā)放的脈沖與聲波周期有一定的同步關系，聽神經上許多纖維發(fā)出的脈沖排放因而可以與聲音的頻率一致，這便是耳蝸頻率分析的時間機理。聲音的強度主要由被興奮神經纖維的數目及每一纖維興奮后發(fā)放脈沖的多少來反映。從不同方位發(fā)出的聲音到達雙耳的時間差和強度差則是判斷聲源方位的主要依據。
　　電活動是聽覺神經過程的基礎。耳蝸的振電壓來源于螺旋器，它是上述回路電流調制的結果，是從聲音的機械運動轉換為神經活動的重要環(huán)節(jié)。它的主要特點是準確地復制聲音刺激的聲學波形，與傳聲器的聲-電轉換作用相仿，從耳蝸可記到聽神經的動作電位，從各級聽覺中樞可記到由聲音引起的多種電變化，統稱誘發(fā)電位，用微電極技術可記錄聽覺系統各部位單個神經細胞的電活動。電活動規(guī)律是聽覺的基本研究內容之一。
　　發(fā)聲器官在喉頭，由聲帶、軟骨韌帶結構的支架、控制聲帶位置和張力的肌肉群等組成。肌肉的活動由神經支配。從氣管經喉頭、咽部至嘴和鼻孔的管道稱為聲道。
　　當氣流從氣管呼出時，呈一定張力的聲帶便可振動而發(fā)聲，稱嗓音。嗓音是多諧的，其基頻的高低取決于聲帶的長短和張力，聲音的強度則取決于氣流的大小和速度。說話時基頻范圍約為100到300赫茲。男聲較低，女聲和童聲較高。
　　人類的語音包含極其大量的信息。發(fā)聲的各種動作受大腦語言中樞的控制，通過學習后可以熟練地掌握。講話者可以不斷地通過聽覺對發(fā)出的語音、唇舌等的觸覺、聲道肌肉群的本體感覺等接受反饋信息，這是語言流暢的重要條件。在學習通話時聽覺的反饋尤其重要。絕大多數啞病是因為耳聾，患者的發(fā)聲器官往往是正常的。