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音は物体の振動によって発生し.周波数.振幅.位相という3つの基本的な物理パラメータを持っている(図1)。 周波数の単位はヘルツ(Hz)で.1Hzは1秒間に往復する振動を表し.人間の耳は2~2万Hzの音を知覚することができる。 振幅は音の強さを表し.物理的な尺度と階層的な尺度の両方で測定される。
物理的な尺度としては.音響インテンシティと音圧がある。
音響インテンシティは.音波がその伝搬方向に垂直な単位面積に作用する単位時間あたりのエネルギーであり.音圧は.音波が伝搬する場合としない場合の伝搬媒体(空気.水.固体など)の中心間の圧力の差である。
人間の耳は.最大値と最小値の差が1012倍と広い範囲の音の強さを聞き分けることができ.人間の耳が感じる音の大きさは.2つの音の強さの比の対数に比例する。
そのため.音の大きさを対数スケールで表すには.ベル(B)またはデシベル(dB)で表すのが便利である。 位相とは.ある瞬間の振動周期における振動質量の位置のことで.質量が波の頂点にあるか.谷にあるか.あるいはそれらの間のある点にあるかを示す尺度である。
通常.度(角度)単位で測定され.位相角とも呼ばれる。振動波形が周期的に変化する場合.波形の周期は360oとなり.各相の質量の振幅が変化する。
音源から伝わる振動は.異なる位相で左耳と右耳に到達するため.左耳と右耳でそれぞれ異なる刺激を与え.音源の位置を特定することができるのである。 図1.音波の3つのパラメター 図2.人間の聴覚系の図。
聴覚系は.外耳.中耳.内耳.聴覚中枢から構成されている(図2)。
外耳は.耳介.外耳道.鼓膜からなる。
耳介の形状は.音のエネルギーを集めること.音を集めること.音源の位置を特定することを容易にしている。
外耳道は.耳介の中心で一端が開口し.鼓膜で終端する音の伝達路で.長さは約25mm。
また.弱い音の振動を強化し.鼓膜を振動させる効果的な共鳴腔でもある。
人間の外耳道の共振周波数は3kHz〜4kHzである。空気と液体の性質の違いから.音波を空気中から内耳リンパ液に直接伝達すると.30〜36dBのエネルギー損失となる。中耳にはレバーの役割を果たす3つの小骨(ハンマー骨.アンビル.アブミ骨など)があり.1.3倍の圧力がかかっている。内耳リンパ液を振動させるアブミ骨の床面積に対して鼓膜の面積は18.6倍.ともに27.6dBもの加圧がかかっているのである。
合計27.6dBの圧力上昇となり.音波が空気中から内耳リンパ液に直接伝わることによるエネルギー損失が実質的に解消される。
内耳には蝸牛と前庭があり.蝸牛にあるコルティ装置が音響電気変換処理を行っている。
リンパ液の振動はコルティ装置の有毛細胞を刺激し.機械振動エネルギーを変化する電気信号に変換し.神経細胞とその線維を介して聴覚中枢に伝達される(図3)。
聴覚中枢(脳の側頭葉)は.この電気信号を正確に分析し.さまざまな意味を付与する。 図3.蝸牛から中枢への聴覚伝達経路。
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