临床听力学声学知识

1、临床听力学声学知识,武汉大学人民医院 湖北省人民医院 黄治物,声音的物理量与听觉主观属性,声音包括两种涵义，它在物理学上是指声波，在生理学上则是指声波作用于听觉器官引起的一种主观感觉。尽管这两个涵义有所不同，但它们之间有一定的内在联系。 人类对物理量的响应通常与主观所描述的物理单位大小不一致，因此，人们通常把物理量和听觉主观描述作如表1对应排列,声音物理量与听觉主观描述的对应关系,（1）响度及响度级 当一定强度声波作用于人耳后引起的一种认识声音强弱的感觉称为响度，它是感觉声音强弱比例性的效果，值得注意的是：小信号的小变化和大信号的大变化一样重要。即感觉的变化依赖于原始刺激大小的刺激变化率的改变

2、，它不是一种线性感觉。因此，响度是主观的，它不仅决定于声音的物理强度，而且与声音的频率有关,10004000 Hz之间的频率，人耳听起来最响。响度和强度并不成线性比例。响度的主观计量单位是“宋”（sone），以1000 Hz纯音40 dBHL时的响度为1宋，比它响“1倍”即为2宋。纯音的响度与声强级的关系可以根据有关图表或计算方法得出。大体上说，声音增强10 dB，其响度约增加1倍。在适当地调节声音的强度时，不同频率的纯音也可以得到相同的响度。强度固定的声音信号，其响度在一定范围内随时程的增长而增大,响度级：采用声压级来描述声音特征，它不能完全反映人耳的听觉特性，即用声压级来判断它对人的听觉产

3、生一个多响的感觉是不完善的。两个频率不同、声压级相同的声音听起来可能不一样响，而频率和声压级不同的两个声音听起来可能会一样响，根据听觉的这个特性，仿照声压级概念定义了声音响度级这个量，其单位是方（phon),任何声音的响度级在数值上等于和此声音同样响的1 kHz纯音的声压级。 例如某一声音（纯音或复合音）听起来和声压级为70 dB的1 kHz纯音同样响，那么该声音的响度级就是70方。不同频率响度级与声压级之间的关系曲线为等响曲线(如下图)。此曲线已为国际标准化组织（ISO）所推荐采用。图中每一条曲线上各点，不管它的频率和声压级是多少，听起来都一样响，即位于同一条曲线上的声音有相同的响度级,（2

4、）音 调 音调是频率的主观反映，频率的高低与音调的高低一致，但并不成简单的比例。频率不受声音强度的影响，音调可因强度不同而稍有差异。当声音在一般强度下，频率与音调的关系互相一致，但当强度增加时，低频率音调显得更低而高频率音调显得更高。心理声学在音调的主观计量时以“美”（mel）为单位，并规定1000 Hz纯音（40 dB SL时）的音调为1000美,（3a）音 质 演奏相同音符的两种不同乐器所发出的连续声两者有区别（如：不相同的音调，响度和持续时间）。在音乐上的不同称为音色（timbre），但是在语言上称为音质。音质的不同依赖于频谱，各种乐器产生的声音是由若干频率和振幅不同的纯音组成。其中，频

5、率最低而振幅最大的称基音，其他的频率成分称泛音，按频率由低到高的顺序称为第一泛音，第二泛音,(3b)音 色 泛音的频率与基音成整倍数关系。由于泛音数目不同造成的声音特性为音色。乐器的基音频率决定它的音调，而泛音的频率与强度决定它的音色,(4) 音 长 人类对声音在时间上长短的感觉，以及对声音强度在时间上的变化的辨别具有很重要的意义，就音调而言音长的变化音调也有所变化。假如声刺激的持续时间比较短（约小于200 ms），则与连续听到的相同声音相比，其响度降低了。持续时间愈短，声音的响度显得愈低 。(测听1-2s),临床声刺激强度的标定 临床采用的声刺激其强度的量值可以通过如下几种方式予以标定 (1

6、) 声压级（dB SPL） 基本标度单位 系指以最敏感的人耳听到的最小声强度（其绝对值约20 Pa，micro-Pascal）为标度的相对声压均方根值,（2）峰等效声压级（dB peSPL）为短时程音与纯音峰至峰相等振幅之纯音声压级，即在示波器上比较短音电脉冲峰幅和纯音信号的振幅关系而得出。为短时程音特有单位,(3) 听力级（hearing level, HL）是根据一组听力正常的青年受试者对刺激声(纯音、短声、短音或短纯音)的主观反应阈求得的参考强度。例如一组听力正常的青年受试者其1kHz纯音平均主观反应阈是7.5 dB SPL，以该数值作为0 dB HL，那么， 1kHz 60 dB SP

7、L的纯音给予受试者(病人)，其声刺激强度可变换成(60-7.552.5 )dB HL，听力计所采用的单位为HL,（4）感觉级（Sensation level, SL） 系指个体单耳声刺激的主观反应阈值与刺激声的声压级的相关比较。例如刺激个体单耳其主观听阈30 dB SPL，刺激声为90 dB SPL，声刺激强度可转换成（90-30）dB SPL=60 dB SL,（5）正常人听力级（dB nHL） 为听觉诱发电位(AEP)常用强度单位，以一组正常听力者(1020名年轻人)对某一短时程音的平均行为听阈作为0 dB nHL(短声的0 dB nHL约为35 dB pe SPL) 正常短声听阈为： 3

8、6.4dBpSPL，39.9dBpeSPL，25.6dBSPL,（3）声级 由声级计上通过计权网络读出的声压级数称为声级。由此可见，声压级与声级是不同的。前者是不加计权而后者则是加了计权（A、B、C、D中的一种）读出来 声级表示方法视所采用的计权网络而定，如用A计权测出噪声级为45 dB，那么，就称“A”声级是45 dB或SLA=45 dB或者写作45 dB（A）,听力学中常用的几种声信号,（1）纯音（pure tone） 从物理意义上讲是指仅有一种振动频率的声音，是持续时间长，上升和下降时间缓慢的单一的正弦波，在频谱图上为相当于正弦波频率的一根垂直线，即为“线谱”（line spectrum

9、）。在主观感觉判断上是指有明确的单音调感觉的声音（如音叉发出的声音）,临床纯音听阈测试采用的纯音为上升、下降时间不短20msec 及持续时间不短于200msec的纯音 持续时间、上升、下降时间短的“短纯音”（tone burst）的能量会扩散到邻近频率，其频谱不再是“线谱”,（2）短纯音（tone burst）是指正弦波信号由一定的门控系统（gating system）控制信号上升时间(rise-time)、下降时间(decay-time)及平台时程（duration）。短纯音的包络形态和声能扩散至邻近频率（其频谱有一定的边袢）的情况决定于它的持续时间，上升、下降时间和所用的门控系统,在电反应

10、测听中常用的有一种短纯音“Logon” 它是一种带有高斯包络形态的短纯音，即是按高斯分布曲线调制振幅的纯音，上升平台一下降过程中连续几个正弦波按高斯概率函数，形成一呈高斯曲线的包络。短纯音或滤波短声与Logon很近似,（3） 短音（tone pip） 短纯音的特例，是指上升、下降时间比短纯音短，平台（峰）不超过一个正弦波的声信号 短音常用于AEP测试和听觉电生理中测试动物的复合动作电位（CAP）,（4 ）短声（click） 指单个短声通常由短脉冲矩形波激励耳机（或扬声器）产生，其频谱较宽，一般在数百至数千Hz范围内相对声级都较接近，其能量分布范围还取决于耳机的频响特性，一般范围为0.35 kH

11、z。如图所示，为100us矩形波激励TDH-49型耳机所得短声（click）的时域波形图及频谱图,(5 ) 噪声 噪声是一种不规则的，间歇的或者是随机的信号。 白噪声是指在声频范围内各频率成分都有，并且各成分的强度（能量）大致均匀。白噪声通过特定滤波器只取较窄的频段，称为窄带噪声（以不同频率为中心的噪声带，临床听力计常用带宽约为1/3倍频程）,窄带噪声：在纯音听阈测试时作为掩蔽用的或声场测听用的噪声。它是白噪声通过恒定衰减的带通滤波器后产生的。特征参数有中心频率和带宽 本底噪声：是指发生在检查、测量或记录系统中与有用信号无关的一切干扰 言语噪声：在言语测试时作为掩蔽用噪声，2501 000 H

12、z等能量，16 kHz每倍频程衰减12 dB,（6） 调制声 调制声是声音中某一参量(振幅、频率、相位等)按一定时间特性发生调变，其他参量则是相对地恒定的。频率的调变称调频，强度的调变称调幅。调变的控制信号可以是矩形波、正弦波或其他波形。频率、强度均调变的称混合调制声，一般有较好的频率特性，常用作听觉稳态诱发电位的刺激声,啭音(warble)：啭音是指频率在某一平均值附近作周期性变化的声音，即对某一纯音（正弦波）作频率调制。在测量混响时间、声场测听和对幼儿及某些病人听阈测试等，常用它作为声源信号,(7)言语声波,基频（男声80-210Hz 女声100-300Hz和谐波（共振峰） 成人男性120 Hz 成人女性 225 Hz 小儿265 Hz Creaky voice 嘶哑声 20 Hz 辨别言语声所需最重要的能量取决于第二和第三共振峰,语言频率范围和清晰度关系？,掩蔽,（1）使用噪声消除测试对侧耳的影响 （2）一个声音的出现，对另一个声音产生干扰，使其感受阈升