第八章信息的听觉传示

1、范晓伟课课 程程 目目 的的 人机工程学的理论和方法为设计中考虑人机工程学的理论和方法为设计中考虑“人的因素人的因素”提供人体尺度数据；为设计中提供人体尺度数据；为设计中“机的功能机的功能”合理性提供科合理性提供科学依据；为设计中考虑学依据；为设计中考虑“环境因素环境因素”提供设计准则；为提供设计准则；为“人人- -机机- -环境环境”系统设计提供整体思路；为系统设计提供整体思路；为“以人为核心以人为核心”的设计思想提供可行方法。的设计思想提供可行方法。 通过本课程的学习，培养学生把人机环境系统作通过本课程的学习，培养学生把人机环境系统作为一个统一的整体来研究，以创造适合于人操作的机械设为一个

2、统一的整体来研究，以创造适合于人操作的机械设备和作业环境，使人机环境系统相协调，从而获得系备和作业环境，使人机环境系统相协调，从而获得系统的最高综合效率，培养统的最高综合效率，培养“以人为本以人为本”的设计价值观的设计价值观。目目 录录1听觉的特征听觉的特征2听觉传示的信息类型与设计原则听觉传示的信息类型与设计原则3信息的听觉传示装置信息的听觉传示装置81 听觉特征811 声音的波形振动：物体在平衡位置附近的往复运动。物体振动会发出声音。声源：振动的物体声音介质：传播声音的物质单音（纯音）、复音：具有一定的周期和只有一种简单频率、波形为正弦波的声音，称为单音或纯音，其他为复音。乐音、噪音：由频

3、率成整数比值的几个纯音可以形成乐音，或周期音。由不规则波构成非周期音，或噪音。白噪音：包含各种可听到的声音。812人耳与声波传导1 人耳的构造 耳包括外耳、 中耳和内耳三部分。 外耳包括耳廓和外耳道，有保护耳孔、集声和传声的作用。 中耳包括鼓膜、鼓室以及连接鼓室与鼻咽腔的咽鼓管。 内耳包括耳蜗、前庭 和半规管。 2 声波的传导 鼓膜听骨前庭窗膜外淋巴、内淋巴、基底膜 蜗神经末梢电信号神经传导听觉低级中枢大脑听觉中枢-外耳外耳( (声能声能)-)-中耳中耳( (机械能机械能)-)- -内耳内耳( (液态能液态能)-)- -中枢中枢( (电能电能)-)- 构构造造包含器官包含器官各器官之基本功能各

4、器官之基本功能外外耳耳1. 耳廓耳廓2. 外耳道外耳道3. 鼓膜鼓膜1. 收集声波。收集声波。2. 把声波传到耳膜，有放大效果。把声波传到耳膜，有放大效果。3. 外耳、中耳之分界线，声波撞击耳膜时，会引起耳膜之振动，传入三块外耳、中耳之分界线，声波撞击耳膜时，会引起耳膜之振动，传入三块听小骨。听小骨。中中耳耳4. 4. 锤骨锤骨5. 5. 砧骨砧骨6. 6. 镫骨镫骨7. 7. 卵圆窗卵圆窗8. 8. 咽鼓管咽鼓管4-6. 合称听骨链，以杠杆原理，把声波的能量转成机械能，从合称听骨链，以杠杆原理，把声波的能量转成机械能，从外耳经中耳送到内耳，有放大效果。外耳经中耳送到内耳，有放大效果。7. 是

5、内耳门户，镫骨振动，引起内耳淋巴液波动，最后经由圆窗得到释放是内耳门户，镫骨振动，引起内耳淋巴液波动，最后经由圆窗得到释放8. 连接中耳腔与咽喉部，排除积聚在中耳的液体，维持耳膜两边气压平衡连接中耳腔与咽喉部，排除积聚在中耳的液体，维持耳膜两边气压平衡内内耳耳9. 前前 庭庭10. 半规管半规管11. 耳耳 蜗蜗12. 听神经听神经9.10. 维持身体平衡。维持身体平衡。11. 有约有约1万余计的毛细胞，将液态能转换成电能，连接听神经传万余计的毛细胞，将液态能转换成电能，连接听神经传至大脑。至大脑。12. 将电能传送至大脑，产生听觉将电能传送至大脑，产生听觉听觉过程听觉过程 将空气中的声波转变

6、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之发生同步振动。 将机械振动转变为液体振动：鼓膜的振动推动中耳内的听骨链，经放大后弹过卵圆窗进入内耳，引起耳蜗内淋巴液的波动。 将液体波动转变为神经冲动：耳蜗内淋巴液的波动引起基底膜的振动，在毛细胞内产生神经冲动经传入神经传入大脑听觉中枢，产生听觉。813人耳的分辨能力可听范围辨别声音的强弱辨别声音的方向和距离可听范围人的频率听觉范围：20Hz -20,000Hz声压听觉范围：0.00002Pa为听阈；20Pa为痛阈辨别声音的强弱 受过良好训练的被试者，在良好的声环境条件下，听觉器官能够觉察到0.5dB的强度变化，因此在人机系统设计

7、运用强度变化传递信息时，必须考虑没有接受过训练的作业者。辨别声音的方向和距离 听觉器官具有方位辨别能力，主要根据声信号到达两耳的强度差和时间差判别声源方向。其中对高频声信号根据强度差，对低频声信号则根据时间差来判断。 判断声源的距离主要依靠人的主观经验。 听觉的空间定位听觉的空间定位：当一个听觉正常的人听到一个声音时，一当一个听觉正常的人听到一个声音时，一般都不仅能辨别这个声音来自哪个方向，而且还能判断声源的般都不仅能辨别这个声音来自哪个方向，而且还能判断声源的距离。听觉之所以能对声源进行空间定位，主要是源于听觉的距离。听觉之所以能对声源进行空间定位，主要是源于听觉的双耳效应双耳效应。814听

8、觉的掩蔽效应两种声音同时存在会出现声音之间的掩盖现象。1、掩蔽的特征 强的声音可以掩盖弱的声音 听两个音调相近的声音，所听到是被低频调制了的单频声音。 一个声音为另一个声音掩蔽的现象，叫做掩蔽。一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽而增强的现象，叫掩蔽效应。3 残余掩蔽 掩蔽声去掉以后，掩蔽效应仍然会存在一会儿，人的听阈复原需要一定的时间。我们称为残余掩蔽。 这是一种听觉疲劳。与刺激的时间和强度有关。 “余音绕梁，三日不绝”。4 掩蔽对语言的影响噪音对语言的掩蔽不仅使听阈提高，对语言的清晰度有影响。噪声超过说话10-15dB，必须全神贯注才能听清；噪声超过说话20-25dB，根本无法听清说话声音。噪

9、声在8002500Hz（人的语言频率），影响最大。82 听觉传示听觉传示的特点听觉传示的特点传递的信息本身具有声音的特点：传递的信息本身具有声音的特点：如操作者可通过机器声如操作者可通过机器声音的变化而获得机器运转是否正常的信息音的变化而获得机器运转是否正常的信息。视觉显示无法胜任信息传递的场合：视觉显示无法胜任信息传递的场合：如缺乏照明、视线受如缺乏照明、视线受阻挡或者视觉负荷过重的场合，均可采用听觉显示器来传递阻挡或者视觉负荷过重的场合，均可采用听觉显示器来传递信息或对信息传递进行分流。信息或对信息传递进行分流。需要在工作过程中不时移动工作位置的场合：需要在工作过程中不时移动工作位置的场合

10、：视觉信号不视觉信号不适合需要操作者经常移动的场合，而听觉信号主要是时间性适合需要操作者经常移动的场合，而听觉信号主要是时间性质的，有利于顺序呈现。质的，有利于顺序呈现。 需要紧急显示、及时处理信息的场合：需要紧急显示、及时处理信息的场合：听觉信号容易察觉，听觉信号容易察觉，且不易疲劳，特别适合紧急情况下使用。且不易疲劳，特别适合紧急情况下使用。82 听觉传示821 听觉传示的信息类型机械声信息、语言声信息项目项目机械声信息机械声信息语言声信息语言声信息信息声性质信息声性质音调信号系统音调信号系统语言信号系统语言信号系统信息内容信息内容单一或单纯单一或单纯多变复杂多变复杂信息源信息源不一定清楚

11、不一定清楚一般清楚一般清楚信息互换性信息互换性一般不互换一般不互换互换互换可懂度可懂度熟悉编码可以懂熟悉编码可以懂语言相通可以懂语言相通可以懂信息处理信息处理立即处理立即处理各种情况都可以各种情况都可以环境影响环境影响影响较大影响较大一般影响小一般影响小时间性时间性瞬时瞬时可以瞬时和延续可以瞬时和延续82 听觉传示821 听觉传示的信息类型2 适合机械声系统的信息类型非常简单又暂时的信息与后续信息无关的信息；应急信息；需要立即作出反映的信息等3 适合语言声系统的信息类型需要灵活机动的通信场合；需要能辨别信息源的场合；听者未掌握信号编码的场合；信息涉及到一些准备时间的场合等83 听觉传示设计的一

12、般原则一致性原则选用反映物理量的信号和编码时，应当选用使用者熟悉或在逻辑上有联系的信号及编码。渐进性原则信息表示复杂内容时，信号可以分为两步或三步设置。不变原则：同样信号表示同样的信息内容，不混杂，不交叉，这样可以提高识别度。适应原则：信号强度不宜过大过小，要适应人的承受能力和识别能力。83 信息听觉传示装置831声纳声纳利用水声进行定位，定向用的装置叫做声纳。利用水声进行定位，定向用的装置叫做声纳。送波用声纳装置：送波用声纳装置：向水中发射各种形式的声信号，碰到目标时产生回波向水中发射各种形式的声信号，碰到目标时产生回波，经过多普勒频移等等装置系统，对回波分析，得到，经过多普勒频移等等装置系

13、统，对回波分析，得到所需要的信息。所需要的信息。受波用声纳装置：受波用声纳装置：不主动发射声波，通过装置接受水中目标的噪声场，不主动发射声波，通过装置接受水中目标的噪声场，得出目标信息。得出目标信息。832 水声测深装置 在船上向下发射声脉冲，测出发射和收到回波的时间就能知道海深了。 把测深仪的功率加大,频率降低,则发出的声波就能透射进海底地层,并能记录不同地质层间的反射,这就构成了海底地层剖面仪。 将测深仪的发射、接受固定在海底，接受海面回波，就可以测量海面波浪、潮汐。 833水声控制与通讯装置 在海洋工程和航海工程领域有广泛应用。 比如潜水员的通讯；潜艇之间；潜艇与水面之间的联系；海面上发

14、布指令等；控制水下仪器、设备作业（如海底油井）。834音响报警装置1、音响报警装置的种类、音响报警装置的种类 蜂音器蜂音器：声压级低，5060dB；频率较低。 铃铃：较蜂音器声压频率都高。 角笛角笛：吼声和尖叫声。 汽笛汽笛：声频率和声强高，适用于紧急事态的音响报警。 报警器报警器：声音强度大，频率由低向搞，可以抵抗噪声干扰。 1.1.常见的音响和报警装置：常见的音响和报警装置： 1 1）峰鸣器）峰鸣器 2 2）电铃）电铃 3 3）角笛和气笛）角笛和气笛 4 4）警报器）警报器峰鸣器是音响装置中声压级最低、频率也较低的装置。峰鸣器发出的声音柔和，不会使人紧张或惊恐，适用于较宁静的环境。它常配合

15、信号灯一起使用，作为提示性听觉显示装置，提请操作者注意，或指示操作者去完成某种操作，也可用作指示某种操作正在进行。例如，汽车驾驶员在操纵汽车转弯时，架驶室的显示仪表板上就有信号灯闪亮和蜂鸣器鸣笛，显示汽车正在转弯，直至转弯结束。 1.1.常见的音响和报警装置：常见的音响和报警装置： 1 1）峰鸣器）峰鸣器 2 2）电铃）电铃 3 3）角笛和气笛）角笛和气笛 4 4）警报器）警报器电铃的用途不同，其声压级和频率也有较大差别。例如，电话铃声的声压级和频率只稍大于蜂鸣器，主要是在宁静的环境下让人注意；而用作指示上下班的铃声和报警的铃声，其声压级和频率就较高，因而可用于具有强度噪声的环境中。 1.1.常见的音响和报警装置：常见的音响和报警装置： 1 1）峰鸣器）峰鸣器 2 2）电铃）电铃 3 3）角笛和气笛）角笛和气笛 4 4）警报器）警报器角笛的声音有吼声（声压级90100dB、低频）和尖叫声（高声强、高频）两种。常用作高噪声环境中的报警装置。气笛声频率高，声强也高，较适合于紧急状态的音响报警装置。 1.1.常见的音响和报警装置：常见的音响和报警装置： 1 1）峰鸣器）峰鸣器 2 2）电铃）电铃 3 3）角笛和气笛）角笛和气笛 4 4）警报器）警报器警报器的声音强度大，可传播很远，频率由低到高，发出的声调富有上升和下降的变化，可以抵抗其它噪