耳蜗不同节段对声刺激的机械反应有很大差别，主要表现在机械振动的幅度和机械调谐的敏锐程度上。从现有的实验资料看，耳蜗放大器的作用在蜗底（高频区）最大，而在蜗顶（低频区）的作用很弱。
（一）耳蜗高频区对声刺激的机械反应
图7－4A表示从豚鼠灵敏耳蜗底圈基底膜上最佳频率（BF）为18kHz的部位测量到的基底膜振动随频率的变化。图中每条曲线代表同一强度声刺激时基底膜振幅与频率的关系，称为“等强反应曲线”，可反映基底膜振动的调谐情况。最低的曲线是刺激声强度为20dB SPL时基底膜的振动反应，从该曲线可以看到基底膜反应的两个特点：①在最佳频率（best frequency，BF）处基底膜的反应最灵敏，较低强度的声刺激（20dB SPL）就可引起基底膜较大幅度的反应；②在此强度下耳蜗的调谐非常尖锐。因此，基底膜的作用类似一个有极精细频率选择性的带通滤波器。在高刺激声强，基底膜反应的尖锐调谐特性消失（80dB SPL时的反应），反应曲线为宽钝的峰，而且峰顶的位置移向低频侧，表明其频率选择性在高声强时变差。
图7－4B为“输入－输出函数曲线”（或称强度增长曲线），显示基底膜反应与刺激声强度的关系。每一条曲线代表某一特定频率上基底膜对不同强度声刺激的反应振幅。该图横轴（刺激声强）和纵轴（基底膜反应振幅）的刻度均为对数，因此当基底膜反应与刺激声强成比例增长时，反应曲线应为直线且与图中虚线（直线，斜率为1）平行，即“线性”关系。可以看到，随刺激声强的增加，不同频率的声刺激诱发的基底膜反应振幅的增长率各不相同。在BF（18kHz）以下的频率，基底膜反应的增长呈线性；而在BF及其以上的频率（如18kHz，19kHz，20kHz），基底膜反应的增长极缓慢，其斜率仅为0．2dB/dB，这种增长方式称为“压缩式增长”，也就是所谓的“非线性”。压缩现象（非线性）在刺激声强为40～90dB SPL时最明显。在低声强（＜40dB SPL）或高声强（＞100dB SPL）时，BF处的反应呈线性增长。
图7－4 豚鼠耳蜗底圈的基底膜振动
A．基底膜振动的等强反应曲线；B．基底膜振动的输入－输出函数曲线，每条曲线上的数字为刺激声频率（kHz）
将基底膜反应（位移或速率）的振幅与镫骨的反应比较，可以得到基底膜反应的“增益”（图7－5）。在BF附近，健康耳蜗基底膜反应的增益随刺激声减弱而增大，所以最大增益仅在弱声刺激时获得，其数值为45～75dB，依动物种属不同而异。从这一增益可以估算耳蜗放大器的放大作用。
图7－5 豚鼠耳蜗底圈基底膜机械振动的增益
在10dB SPL纯音刺激时增益最大，而100dB SPL声刺激时增益最小，两者相差42dB
（二）耳蜗低频区对声刺激的机械反应
低频区机械反应的调谐远比高频区的钝，反应幅度也比高频区的小（图7－6）。在听灵敏度保持良好的动物蜗顶低频区能观察到一定程度的压缩式非线性，但基底膜反应的增益仅为15～20dB。
（三）耳蜗内的频率－部位关系
由于耳蜗内听器的机械特性（劲度、质量、细胞大小、基底膜宽度）沿基底膜纵轴从底端向顶端的规律性变化，声刺激引起的机械反应存在着特定的频率－部位关系。从蜗底向蜗顶，基底膜由窄逐渐变宽，Corti器细胞逐渐变大，劲度逐渐变小、质量逐渐变大。基底膜任一部位仅对某一特定频率的声音最敏感、响应最大、非线性最强，该频率就是此部位的“最佳频率”（BF）。在听神经生理中的“特征频率（characteristic frequencies， CF）”的概念与“最佳频率”相类似，只是CF用于听神经的电反应，而BF用于蜗隔的机械反应。耳蜗底端的BF频率高，而顶端BF频率低。调谐曲线的尖锐程度从底端向顶端逐渐变差，底端的高频调谐曲线尖锐，BF处阈值很低，在BF两侧的曲线不对称。在蜗顶的低频区，调谐曲线圆钝，在BF处见不到尖锐的调谐且其阈值较高，BF两侧的反应曲线近于对称（图7－6）。沿基底膜纵向的频率－部位关系是哺乳类动物耳蜗对声信号进行机械处理的基础。
图7－6 栗鼠耳蜗顶圈与底圈机械振动的比较
左侧一组曲线为蜗顶的机械反应，右侧一组曲线为蜗底的机械反应
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