讨论耳朵的听觉原理，得先从声音的基本特征开始着手讨论．从上一节中我们知道，声音是振动在连续介质中的传播．振动的物体，又称为声源，引起其周围空气分子加速，并向周围波状扩散，这就是空气中的声音．在声音的传播过程中，由于空气分子的密集与稀疏会引起声传空间区域中空气压力相应地升高和降低，这样产生的压力脉动称为声压，它可用类似于麦克风的微音器加以测定．像其他流体中的压力一样，其单位可用N/m2(牛/平方米)表示．人类能够听到的声压脉动范围大致为10－4～50 N/m2，但人的耳朵却不能分辨这大小相差10万级声强的差别．为了方便起见，在研究声音对人听觉作用时，常引用一个新的无量纲参数:声压级(L)(sound pressure level)，即dB(分贝):
其中P为实际测量到的声压，P0为人为定义参照声压，取P0=2×10－5 N/m2，L的单位为dB．之所以定义这样的对数参数，主要是使对听觉系统有意义的声压更为清楚明了．例如，在喧闹的马路旁，我们可以测量到声压P=2 N/m2左右．由上面的公式换算出L=100 dB，这对人来讲是相当吵闹了．一般地，如果声压水平达到130 dB时，人耳产生痛觉，而当L=150 dB时，将会对听觉系统产生生理性损伤．从公式中还可看出，声压每升高一倍，可使L升高6 dB，而声压加大10倍，则L升高20 dB．在空气中L有一个上限，约为191 dB，比这更高声压的声波就不可能在空气中传播了，或者说它是声波在空气中传播的能量上限．人耳的有效听力一般在20～130 dB范围．
人耳对声音的感觉除了声压外，还决定于声音的频率，它使我们能区别不同人讲话以及不同物体发出的声音．一般地，自然界的各种声音中含有许多不同频率的声波，如图5－9(a)所示，如果一个声音中仅含有一种频率的声波，我们称之为纯音．如音乐中C调的1就是130．8 Hz的纯音，D调的1就是146．83 Hz的纯音．
图5－9 声音产生空气脉动在时间域和频率域的表现
如果我们将一种声音的所有纯音均提取出来，画在图上，横坐标取作纯音的频率，纵坐标取作这个纯音的强度，则所得到的曲线(或离散的点)称为频谱，它是“音质”的一种定量化度量，如图5－9(b)所示．
对于一个纯音，其频谱仅是一个点，如果是周期音，则其频谱将是离散的点，而对无规则的声音，频谱往往是一条连续曲线．人耳对声波频率的敏感范围在20～20 000 Hz之间．低于这个频率段的声音称为次声，高于这个频率段的声音称为超声．
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