人机工程学-听觉

1、人机工程学人机工程学 Man-Machine EngineeringMan-Machine Engineering 综述综述 听觉机能及其特征听觉机能及其特征 听觉是人类获得外界信息的重要途径之 一，仅次于视觉而居第二位。 听觉在许多方面不同于视觉。听觉是以 在时间上连续为特征的它超于一种慢速的信 息传递，没有视觉的产生那么直接。视觉往 往受到环境的空间和亮度的限制，而听觉则 仍可发挥作用。在人际间的社会交往中，听 觉是主要的沟通渠道。 综述综述 外耳外耳 包括耳廓和外耳道，有保 护耳孔，集声和传声的作用。 中耳中耳 包括鼓膜和鼓室，鼓室中有 三块听小骨，它们由关节连接 成一个杠杆联动系统一听

2、骨链。 另外还有一条通向候部的耳咽 管，其主要功能是维持中耳内 部和外界气压的平衡及保持正 常听力。鼓膜和听骨链是主要 的传音装置。 内耳内耳 包括耳蜗、前庭和半规管。 耳蜗是听觉感受器的所在部位， 内充满淋巴液，耳蜗内的基底 膜上的科蒂氏器含有感受声波 刺激的毛细胞，是听觉感受器。 听觉过程 正常情况下，一般认为有以下三个阶段： 1、将空气中的声波转变为机械振动，耳廓将收集 到的外界声波，经外耳道传至鼓膜，引起鼓膜与 声波发生同步振动。 2、将机械振动转变为液体波动，鼓膜的振动将推 动中耳内起杠杆传动作用的听骨链，经放大后通 过卵圆窗进入内耳，引起耳蜗内淋巴液的波动。 3、将耳蜗内淋巴液的波

3、动转变为神经冲动。这些 波动引起基底膜的振动，从而使科蒂氏器官内所 含的毛细胞受到刺激而发动神经冲动。冲动经耳 蜗听神经最后传至听觉中枢，产生听觉。 听觉的物理特性 具有正常听力的青少年能够觉察到的频率范围 大约是1620000Hz。一般人的最佳听闻频率范围是 2020000Hz。对于1000Hz4000Hz频率的声波， 人的感受性最高。 人耳对声音频率的感觉很灵敏，对于500 4000Hz的声波，频率相差3%就能分辨出来。 人耳能分辨高低不同的音调，当不同的声波传到 基底膜时，会产生不同的共振，低音可使基底膜上 的长纤维产生共振，高音可使短纤维产生共振。不 同纤维上的听觉细胞产生的兴奋，沿不

4、同神经纤维 送到大脑皮质的不同部位，因而产生高低不同的音 调感觉。 声音参数 综述综述 频率 （音高） 振动次数或每秒完成的周期数（周期越小，频 率或音高越大） 衡量单位 赫兹（Hz） 声压级 （响度） 声波的强度，振幅，或者压力的移动。 最初以为贝尔进行衡量。现在将贝尔划分成10 个管理单位，即分贝（dB） 持续时间声音呈现的时间量或者是一个听者听到声音的 时间量。 节拍/韵律声音随时间推移的分布情况（短促的，持续平 稳的，间歇性的，变化的等）。 音色复杂的声音由很多频率（演讲，噪音，音乐等） 构成。频率强度关系产生独特的声音特性 或品质。 听觉和噪音听觉和噪音 噪音能引起暂时的或永久性的听

5、力损伤。内耳中 毛细胞尤其易损。当我们还是胎儿时，这些细胞就开 始工作了。出生后，耳朵就不再制造新的毛细胞了。 因此，毛细胞一旦损坏就不能再生。仅仅一次暴露在 极大的噪音下或者长期接触各种不安全的有害噪音就 能破坏并永久性的杀死毛细胞。没有人能马上注意到 听力的损伤，因为耳朵通常不会出现疼痛或流血症状。 记住： 不可持续在高噪音环境锻炼你的耳朵。 不可对长时间的高噪音环境不理会。 如果有人一直“习惯于”听大的声音，那么说明他们 可能已经罹患某些永久性的听力损伤。 综述综述 暂时性听力障碍 注意这些行为： 一直在拉耳朵 很大声或者很小声地说话 发烧，耳引流液，平衡问题 或者儿童表现出反常的烦躁易

6、怒，易 疲劳，或者注意力不集中 有害的噪音水平 很多人认为听力损伤只会发生在当人们听到巨大 的突然爆发的噪音下（比如，放鞭炮）。但实际上 更经常的听力受损是由于长时间接触有害噪音所致。 日常上学期间的噪音（例如，公共汽车，午餐， 体育馆，音乐，商店，乐队等）能超过一个工厂 八小时工作日的噪音总量 游戏的声音是很大的；儿童和父母为此不得不大吼 大叫地交流。 在家里（例如，电动自行车，CD播放机，玩具） 娱乐活动中（例如，视频游戏，体育赛事，滑板练习） 声音多响是太响？声音多响是太响？ 分贝分贝 活动活动 140 摇滚音乐会，爆竹摇滚音乐会，爆竹 120 臂车，雪地车，打雷臂车，雪地车，打雷 11

7、0 电锯电锯 100 木工房木工房 90 割草机，电瓶车割草机，电瓶车 以上是有害噪音的危险区以上是有害噪音的危险区 80 城市交通城市交通 60 普通会话普通会话 40 冰箱嗡嗡声冰箱嗡嗡声 20 私语声私语声 0 正常的听觉阈限正常的听觉阈限 综述综述 信号噪音比（信噪比）信号噪音比（信噪比） 如果一个教师的声音（到达学生耳朵如果一个教师的声音（到达学生耳朵 的）是的）是55dBA,55dBA,而背景噪音是而背景噪音是50dBA50dBA，那么，那么 信噪比信噪比=+5 dBA=+5 dBA。教师的声音（信号）比。教师的声音（信号）比 背景噪音大背景噪音大5 dBA5 dBA。 教室的信噪

8、比能从教室的信噪比能从+5+5到到-7 dBA-7 dBA。遗憾。遗憾 的是，这与教育工效学要求并不匹配，的是，这与教育工效学要求并不匹配， 因为学生需要至少是因为学生需要至少是+15 dBA+15 dBA高于背景噪高于背景噪 音的信噪比才能听到教师授课。音的信噪比才能听到教师授课。 综述综述 声音和距离声音和距离 距离每增加一倍，音量会减少距离每增加一倍，音量会减少6dB6dB。 靠近教师的儿童能够在舒服的音量强度靠近教师的儿童能够在舒服的音量强度 下听到教师的声音；然而，儿童坐得越远听下听到教师的声音；然而，儿童坐得越远听 到教师的声音会越轻。到教师的声音会越轻。 例如在教室环境中，如果一

9、个儿童坐在例如在教室环境中，如果一个儿童坐在 离教师离教师3 3英尺的地方听到教师的声音是英尺的地方听到教师的声音是55dB 55dB ， 那么坐在那么坐在6 6英尺地方的儿童听到的声音是英尺地方的儿童听到的声音是49 49 dB dB （55-6=4955-6=49）。儿童在）。儿童在1212英尺的地方听到英尺的地方听到 的声音在的声音在43 dB 43 dB ，然而其他儿童在教室的后，然而其他儿童在教室的后 面面(24(24英尺外英尺外) )听到的声音强度级别只比耳语听到的声音强度级别只比耳语 （37 dB 37 dB ）响一点点。）响一点点。 综述综述 仅仅大声讲话并不能解决问题仅仅大声

10、讲话并不能解决问题 当教师在教室走动，转头，或者有阻 碍话语中一些声波的运动的物体挡在教师 和在听的儿童中间时，教室内的信噪比是 变化的。 这看起来教师应站在一个地方不动并 使声音沿着同一个方向传播，但是有的教 师会把以上情况当做有利条件，将学生座 位分布在整个房间的不同优势点。这样老 师就能调整信噪比来适合单个学生及学习 活动。 综述综述 声音反射声音反射 当声源停止振动后，声音仍在房间内存在的现象。当声源停止振动后，声音仍在房间内存在的现象。 在空且大的运动馆拍手，你能听到反射声或回响。在空且大的运动馆拍手，你能听到反射声或回响。 如果没有吸收声音的材料，声音传播时会继续碰撞如果没有吸收声

11、音的材料，声音传播时会继续碰撞 墙壁，窗户，天花板，地板从而产生更长的反射时墙壁，窗户，天花板，地板从而产生更长的反射时 间或者回声。房间的回响升高房间总的噪音级别，间或者回声。房间的回响升高房间总的噪音级别， 因为反射回来的声音能量会叠加在最初的声音上。因为反射回来的声音能量会叠加在最初的声音上。 忠告 讲话时，通过面对学生来减少反射。讲话时，通过面对学生来减少反射。 通过减少说话人和听众之间的距离来提高教室的通过减少说话人和听众之间的距离来提高教室的 信噪比并减少反射的影响。信噪比并减少反射的影响。 综述综述 改善教室声学条件的技巧 面对学生，缩短师生间的距离，坐的和孩子一样高。 幼儿园老

12、师让学生围绕着她坐着地板上。 指着图片和学生讨论时，是面向学生而不是自己也 看着图片。在右边的传统教室里面，这位教师将自 己的桌子移到能碰到学生课桌的程度。 此外，可以给有困难的学生安排靠前的座位，使他 们坐在教师桌的正前方。 通过如地毯，窗帘，吸音砖，桌子腿保险杆这样吸 收声音的材料覆盖反射面（地板，墙，和天花板） 来减少多余的噪音。 新学校和教室的建设 选择学校位置和设计时考虑听觉因素（寻找安静的 区域，避开主要交通线和工业噪音源）。 将高人流的走廊设计到远离教室的位置（食堂，开 放区和礼堂） 将有特殊用途的房间置于远离其它教室的位置（音 乐室，技术、职业区和体育馆）。 教室内安装声音处理

13、装置以减少噪音。包括在特殊 用途区域例如食堂、体育馆、影剧院、商店和音乐 室安装噪音控制装置。 机械设备 在设计时考虑噪音控制设计规范。噪音控制工程师 会考虑一间教室的大小，形状和表面参数。 让天台设备远离教室（例如置于走廊上方）。 安装低风速和低音量级别的空气调节装置。 安装管道消声器或声音吸收管道。 设计粗和长的管道来降低空气流速。 使用较慢的风扇转速。 避免通风单元，以及无管分离系统的使用。 保养，升级或用强制性中央空气供暖系统取代有噪 音的单个供暖设备。 使用吸音材料。适当的天花板和地板处理能分别吸 收约70%和20%环境中的声音。能吸收教室更多的声 音，减少声音反射，提高信噪比。 外

14、部噪音解决方案 在教室的天花板安装悬挂式吸音砖顶棚。 安装或更换门窗密封条。 为建筑外壳提供的噪音隔绝材料要与隔音等级 的级别相称。 安装降噪窗，保持门和窗关闭。 教室内降低噪音的手段 将过道分隔开，以方便靠拢儿童； 课堂上的教师移动要更靠近儿童； 非传统的座位安排； 给学生桌的桌脚配置橡胶配件。 听力保护 听力保护设备降低（削弱）了总的信噪比，使耳 蜗可以正常的反应。内耳能正常传导声音，而不会 出现毛细胞过度运动而引起的声音失真。一个相当 的例子就是在太阳光很强时使用太阳镜保护眼睛。 听力保护设备有两种基本类型：耳塞和噪音耳套。 我该如何保护自己？ 调低声音 远离，避开很响的噪音 缩短耳朵接触噪音的时间，让你的耳朵得到休息。 如果你不能避免噪音接触，那么： 保护你的耳朵并佩戴适当的听力保护设备（例如， 耳塞或耳罩）。棉花不足以适当的保护听力。 注意你工作和娱乐时的噪音。控制你生活中的有 害噪音。检查你所在的城镇或学校里的噪音条例。 一些学校通过禁止汽车，摩托车，舞蹈室和音乐会 发出大的噪音来保护学生。 查找关于 解决玩具噪音措施 方面资料 汽车的废气离开引擎时压力很大，如果让它 直接排出去，将会产生令人难以忍受的噪声， 因此需要安装消音器。如图是汽车消音器的 剖面图，它里面排列着许多网状的金属隔音 盘。汽车废气