声音兼具时域与频域特性，而耳蜗就是一个频率分辨精细、响应时间很短的有效的频谱分析仪。在分析听觉的频率和时间分辨机制时，理想的刺激声应是时域极短而频域又极窄的信号。当然，现实中的信号不可能同时兼备这两个极端条件。时程短的声音，其频谱必定宽，如脉宽趋近于无穷小的脉冲，其频谱成分无限宽；而频率成分简单的声音的时程必然长。听力学研究中常用的刺激声只能采取两者的折中，按实际需要而偏重其一。纯音和短声就是两类常用的声信号。纯音侧重于频率成分的简单，而短声偏重于时程的短暂。
（一）纯音、短纯音、短音和时窗
1.纯音 若声信号为正弦或余弦函数，且延续无限长，则感觉上该信号应具有明确的“单一”音调感觉，其频谱为单根谱线，所以称为纯音。临床上用以了解患者各频率听敏度的听力图就是采用时程约1s的正弦或余弦信号作为测试音，测听过程被称为纯音测听。
2.短纯音（tone burst） 与纯音具有类似的音调感觉但时程仅为数十至上百毫秒的纯音段。其频谱已不再是单一谱线，有一定的宽度。短纯音因有一定的频率特征，同时又是瞬时信号，便于引起听神经纤维的同步放电，常用于听觉诱发电位的叠加记录，以了解听觉系统对该频率的听敏度。
3.短音（tone pip） 为周期数固定、外包络呈菱形的一段准正弦波，总的波形和频谱特征和滤波短声颇为相似。
4.时窗 无论是短纯音还是短音，都可以看作是在一个时窗里对纯音的截取，其结果是获得一个具有一定外包络的纯音段（图1－19）。其外包络的形状，称为时间窗函数（function of time window）。窗函数可以是矩形的，但大多数都是由一个平台期（plateau）和上升或下降时间（rising or fall time）构成。信号的频谱决定于时窗的时程和窗函数的类型。时窗的时程（主要是平台期）越长，信号频谱越窄（图1－18）。
图1－18 纯音、短纯音与短音
A.为信号波形；B.为相应信号的频谱
图1－19 时窗函数截取短纯音产生的频谱
A.梯形窗；B.三角形窗，又称为Bartlett窗；C.升余弦窗（Hanning，海宁窗）；D.二阶升余弦时窗（Blackman，布莱克曼窗）
矩形的时窗有最好的瞬态特性，但在信号建立和终止时的瞬态畸变导致频率溅射，使波谱成为一个由主瓣和几个旁瓣组成的连续谱，各瓣之间的低谷为谱零点（null）。谱零点对应的频率等于短纯音时程的倒数的整数倍。频率溅射使信号频谱成分变得复杂，听起来也不像纯音。较长的上升/下降时间可以降低频率溅射（frequency splattering）。上升/下降段可以是线性函数，也可以是非线性函数。常用的非线性时窗有：升余弦时窗（Hanning，海宁窗）、改良的升余弦时窗（Hamming，汉明窗）、二阶升余弦时窗（Blackman，布莱克曼窗）、凯塞（Kaiser）窗等，它们所产生的频谱各具特点。例如，二阶升余弦时窗的频谱中其主瓣较宽，但主瓣与旁瓣之间的幅度差较大（图1－19）。
（二）短声
短声（click）由时程为90～100μs的矩形或正弦直流电脉冲输出到耳机或扬声器产生。上面对脉冲信号频谱的讨论表明，一切脉冲信号的脉宽与频宽成反比变化，时域变化较快的信号必定具有较宽的频带。所以电脉冲的频谱甚宽，是一宽频带噪声。
但从耳机或扬声器发出的短声的时域特性来看，声学信号与电信号的波形有着很大的差别。主要原因是耳机或扬声器的频响范围有限，好像一个带通滤波器，将信号中极低和极高的频率滤除。另外耳机或扬声器还有自身的共振特性，在声谱上表现出一些共振峰（图1－20B）。
图1－20 短声的电声学特性
A.电脉冲和短声时域波形；B.短声频谱
短声的时间可短至数毫秒以内，其频谱范围很宽。短声的时间特性主要取决于耳机的瞬态响应特性，而不取决于冲击脉冲的宽窄，后者与脉冲幅度一起决定冲击能量的大小，并影响短声的强度。
如图1－20A所示，冲击脉冲的极性决定了耳机膜片的初始运动是内收还是外推，前者导致短声的初始相位为疏相，后者则产生密相初始相位。就听觉刺激而言，脉冲极性决定了鼓膜首先是被推进还是拉出，这两种相位在引发听觉系统电活动时是有一定差异。在实践中应该注意同样极性的电脉冲在不同的扬声器或耳机可产生不同的初始相位。
过滤短声（filtered click）是由电脉冲经窄带滤波器滤波后，再冲击耳机产生的声音。经1/3倍频程滤波器滤波后，一般产生6～7个波，其振幅先逐渐增加后逐渐减少，波的周期与通带的中心频率相对应。短声以固定速率重复出现，成为重复短声，表现出周期信号的特征，其频谱必为线状谱，不过其谱线的包络线仍符合单个脉冲的频谱特征。
在临床运用中获得准确的短声峰值声压值非常重要。比如，在短潜伏期诱发电位的测量中，信号的瞬态特性在很大程度上直接影响刺激信号的效应。通常峰值声压级而不是平均声能对听觉电反应的影响更大。另一方面，短声的峰值声压决定于传声器的瞬态特性，后者即便是对同一型号的传声器也会有一定的“个体”差异，而且会因传声器的老化而改变。所有这些都要求对短声的峰值声压级作定期校准。如前所述，由于短声到达峰值的时间很短，普通声级计很难准确检测短声的峰值声压。一般采用所谓等效峰值声压。根据国际电工协会（IEC）的定义，如果用相同的传声器，在相同的测试条件下，测量到的短声与某一个长时正弦纯音有相同的峰值声压，则该纯音的峰值声压就是短声的等效峰值声压。
由于响应时间常数的限制，一般声级计是不能直接读出等效峰值声压的。须将声级计的交流输出送到示波器，再测量出短声导致的交流输出信号的峰值。然后改用一正弦信号激励传声器，调节正弦信号使声级计的输出信号峰值与前面短声产生的峰值相等，此时声级计显示的正弦信号的声压就是短声的等效峰值声压。但也可用精密声级计上的峰值保持档测量短声的峰值声压级。
（三）调频、调幅与调相声波
因为频率、强度和相位是声音最基本的参数，用频率辨别阈（△f）、强度辨别阈（△I）和相位辨别阈（△φ）可较全面地反映听觉的基本辨别功能。图1－21示正弦波的调频调幅波形。
图1－21 正弦调制波频率的调频和调幅（引自梁之安1999.12）
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