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自然界中的许多物体都可以看成一个“质点弹簧系统”，因为它们由具有惯性质量和类似弹簧的劲度的物体组成。质点弹簧系统会自然进入正弦振荡状态。这些振荡可能会引起周围空气的振动（即周期性的声音），参见“声音的传播”页。
下图是《Auditory Neuroscience》书中图1-1的动画版本。

一根吉他弦，在它的中部拨动它，在松开前，弦将被拉成一个三角形。松开后，弦将以一种“三角形的方式”振动。此时弦的振动可以被看成是多个简谐振动的叠加，这些简谐振动频率之间呈谐波的关系，如图所示。最后一个子图中“类三角形”的振动，是由上方的三种振动模态经加权相加而产生的。

以下动画是对 Figure 1-3 of 《听觉神经科学》中图1-3的补充。

之前的动画，展示了一根拨动的吉他弦是如何同时以多个“振动模态”振动，以及由此产生含有许多呈谐波关系的频率成分（“泛音”）的声音的。为了证明这些振动模态是真实存在的，这里有一个由 nicogetz制作的YouTube小视频，他在吉他内放置了一个带相机的手机，然后弹奏了一首曲子。手机相机的拍摄速度太慢，无法捕捉吉他弦振动的所有细节（手机每秒拍摄约40到70帧，而弦振动的最高次谐波可能以每秒数千帧的速度振动），但结果是只有一些振动模态会在手机相机录制时被“混叠”从而肉眼可见。尽管如此，这是一个漂亮的例子，展示了振动模态是声源的特征。

这个 JavaScript 应用程序可以从您计算机的麦克风输入中计算出一个语谱图。（您可能需要稍微调整一下灵敏度。）语谱图在某些方面类似于听神经纤维发送给您大脑的激活模式，因此您可以使用这个语谱图应用程序来看一看，各种声音或语音对您的大脑“看起来”是什么样子的。您可以通过单击语谱图来暂停它 \p>

声音作为纵波传播。尽管空气相对较轻，但它确实有重量。空气也是有“弹性”的：如果您试图压缩它，它会反弹。鉴于空气具有弹性和质量，您可以将您周围的空气想象成由弹性弹簧连接的小“气团”。

如果一个物体（例如下面动画左边的小条）推动这样一列空气，它会压缩紧靠它的空气。因为每个气团都会向它的下一个相邻气团施加压力，这种压缩作用以“压缩波”的形式从物体传播开来。如果这个物体回到它原来的位置，它就会把空气拉回来，形成一个跟在压缩波后面的“稀疏波”。

下面的动画说明了这一点，这个动画本质上是 "《Auditory Neuroscience》"图1.17的动画版本。

语谱图可以用于可视化声音的频率内容，并给出声音在听觉神经阵列中可能生成的激活模式的大致近似。为了进行课堂演示或探索声音，最好有一款软件程序，可以从计算机的麦克风录制声音，并在屏幕上在线显示语谱图。有一款不错的免费程序是由一家名为Visualization Software的公司创建的，但他们的网站似乎已经关闭了（可能该公司已经停止运营）。这张截图展示了该程序运行时，可视化我发音的元音/a/-/e/-/a/-/e/-/a/的语谱图。元音的共振峰变化以及谐波都清晰可见。

由于这是一个非常好用的小型免费软件，我在 这里提供安装文件。这是一个 Windows 程序。不提供任何保证！这个软件能通过我电脑上的病毒检测，且在我的讲座和课堂教学中运行得非常好（向 Visualization Software 公司的朋友们致敬！），但是请自行承担风险（由于我不是作者，请不要向我报告任何错误 - 我不知道该怎么处理）。

在“自由场”（即不存在任何可能干扰波传播的障碍物）中，声波会以声速从声源向各个方向扩散，就像从声源辐射出的球体一样。

很明显，随着球体的半径越来越大，声音中的声学能量就会“越来越稀薄地展开”到球体的表面上。鉴于球体的表面积与半径的平方成比例（A = 4⋅π⋅r2），声波中作用到一个固定的小面积（例如鼓膜）的声能量会随着与声源距离的平方而下降。

声强与声源距离之间的这种关系被称为 “反比平方定律”。

请注意，在封闭的房间内，由于相当数量的声能量可能会从墙壁、地板或天花板反射回来，反平方定律通常不成立。

拖动图上的点来测试你的听力

请戴上耳机，将图上的点往下拉，直到声音刚好可以听到。

预期效果：

这个小演示与标准的听力测试——纯音测听有些相似。以不同的声级播放不同频率的纯音，并调整它们的声级直到无法听到为止，以测量“阈值”。显然，能听到的声音越小（即阈值越低）越好。可以使用图下方的按钮从左耳切换到右耳。你可以对比一下左右耳看是否两边的灵敏度相同。

请注意，与临床听力图不同，这里我们将声音强度简单绘制为“满刻度分贝值”，意思是在给定的声卡或功放器的功率、音量设置以及耳机的灵敏度和准确性下，在计算机可以产生的最大输出的基础上下降的分贝数。显然，如果您的计算机或耳机放大器音量调低了，那么您的阈值可能会比实际低。同样，如果您处于有背景噪声的环境中，那么噪声会掩盖最安静的纯音，您的阈值看起来会比实际高。要进行临床听力图测试，听力师会：

1. 在隔声室中进行，以尽可能减小背景噪声， and 
2. 使用经校准的耳机，以能够确定满刻度分贝值(dB ful scale)对应的声压级(dB SPL)或者听力级(dB HL)是多少。

请注意，以声压级(dB SPL)或满刻度分贝值(dB ful scale)表示时，听力图通常会呈“U形”，表示在1000到4000 Hz之间的声音阈值应该是最低的，并且那些远低于或远高于该范围的频率的阈值应该会增加。这是因为我们的外耳和中耳有自己的共振和声学阻抗匹配行为，使得1-4 kHz的声音能很好地传递到内耳，但更高或更低频率的声音则要差得多。因此，要使100 Hz和4000 Hz的纯音听起来同样响亮，则必须使100 Hz的纯音在物理上更强。下面这个 “等响度曲线” 显示了这个效应：

在以听力级(dB HL)为单位的临床听力图中，人类听觉系统对频率的敏感度变化已经被减去，因此临床听力图应该相对平坦，而不是呈U形，且数值接近零，除非有什么问题。可在下一页了解健康和不健康的临床听力图看起来是什么样子的。

临床医生采用dB HL（听力级）来测量声音强度，即相对于一个健康的年轻人应该能够听到的最小的声音的分贝数。在临床听力测试中，以不同的声级大小播放大约250到8000Hz之间的纯音，以确定病人左右耳的纯音检测阈值（能听到的最小声音）。-10至+20 dB HL之间的阈值是正常范围，而20 dB HL以上的阈值是轻度、中度、重度或极重度听力损失的诊断标准，如下图所示：

某些特定听力损失的原因会表现为某种典型的听力图。

传导性听力损失

传导性听力损失是由于到达内耳的声音传递受阻，可能是由于耵聍（cerum）阻塞，耳部感染（中耳积液OME）或中耳听小骨钙化（听骨硬化）所致。传导性听力损失往往会在整个频率范围内出现灵敏度损失，最常见于单耳。骨传导测试可以用于确认疑似传导性听力损失，其中声音以振动形式传递到颅骨，而不是经空气传播到耳道。

(image source: US Occupational Health Administration)

通常可以通过去除物理障碍来治疗传导性听力损失。

感音神经性听力损失

目前最常见的感音神经性听力损失的原因是耳蜗内的毛细胞受损。特别是外毛细胞非常脆弱，可能会因暴露于过大的声音或老化而受损。更少数的情况下，毛细胞也可能会因某些化学物质（例如高剂量的氨基糖苷类抗生素）而受损。感音神经性听力损失也可能由听神经损伤引起，但是引起这种损伤的病症相对较少，而噪声性损伤或老年性听力损失则是非常常见的问题。中枢性听力损失（由中枢神经系统损伤造成）则更为罕见。噪声性损伤或老年性听力损失往往会呈现如下面的听力图所示的典型缺陷。传导性听力损失通常可以治愈，感音性神经性听力损失在大多数情况下是不可逆的，治疗的目的是最大程度地利用那些仍然完好的听觉结构，通过助听器，或在严重情况下通过人工耳蜗或听觉脑干植入来绕过死亡的毛细胞，来增强敏感性。

噪声性损伤

因为我们的外耳和中耳能够高效传递接近4kHz的频率，所以调谐在接近4kHz频率的毛细胞特别容易受到噪声性损伤的影响。因此，噪声性损伤患者的听力图常常有一个典型的4kHz处的切迹，如下图所示：

(image source: audiologyonline.com)

老年性听力损失（老年性聋）

即使是在避免过大的噪声暴露的条件下，随着年龄的增长，外毛细胞也可能会逐渐退化，导致老年性听力损失。在这种情况下，高频的外毛细胞往往会先凋亡，可能是因为高频外毛细胞需要逐周期地放大声学振动而更加劳累。因此，患有老年性听力损失的患者通常在低频有正常的敏感度，但随着频率的增加，敏感度会逐渐降低，如下图所示：

如果你想了解这种老年性听力损失的效果，可以尝试我们的老年性听力损失模拟器。