一、聽覺系統概觀 Overview of Hearing
1️⃣ 聽覺的定義
- 聽覺（Hearing / Audition）是指人體透過耳朵與神經系統接收聲音振動並轉換為神經訊號，最後在大腦解讀為聲音感覺的過程。
- 聲音本質屬於機械波（Mechanical wave），由空氣分子振動產生。
- 偵測聲音（Sound detection）
- 辨別頻率（Frequency discrimination）
- 判斷音量（Loudness perception）
- 定位聲源（Sound localization）
聲音進入耳朵後會依序經過：
- 外耳（External ear）
- 中耳（Middle ear）
- 內耳（Inner ear）
- 聽神經（Cochlear nerve）
- 聽覺中樞（Auditory cortex）
2️⃣ 聲音的基本物理特性
聲音具有三個主要物理特性：
① 頻率 Frequency
- 單位：赫茲（Hertz, Hz）
- 定義：每秒振動次數
- 決定聲音的音調（Pitch）
人類可聽頻率：
- 約 20 Hz – 20,000 Hz
分類：
- 低頻（Low frequency）：20–200 Hz
- 中頻（Middle frequency）：200–2000 Hz
- 高頻（High frequency）：2000–20,000 Hz
② 振幅 Amplitude
振幅代表聲波能量大小。
影響：
- 決定聲音響度（Loudness）
常用單位：
- 分貝（Decibel, dB）
③ 波形 Waveform
波形影響聲音的音色（Timbre）。
例如：
- 人聲
- 樂器聲
- 環境聲
二、耳朵的解剖結構 Anatomy of the Ear
聽覺器官稱為耳（Ear），可分為三部分：
- 外耳（External ear）
- 中耳（Middle ear）
- 內耳（Inner ear）
1️⃣ 外耳 External Ear
外耳主要負責收集聲波並導入耳道。
主要構造：
（1）耳廓 Auricle / Pinna
耳廓是由彈性軟骨（Elastic cartilage）構成的外部結構。
功能：
- 收集聲波
- 協助聲源定位
（2）外耳道 External Auditory Canal
長度：
- 約 2.5 公分
功能：
- 導引聲波到鼓膜
結構：
- 含皮脂腺與耳垢腺（Ceruminous glands）
耳垢（Cerumen）功能：
- 潤滑
- 抗菌
- 防止異物進入
（3）鼓膜 Tympanic Membrane
鼓膜又稱：
- 耳膜（Eardrum）
結構：
- 薄膜
- 直徑約 8–10 mm
功能：
- 將聲波轉換為機械振動
三、中耳 Middle Ear
中耳為一個充滿空氣的腔室，位於鼓膜內側。
主要功能：放大聲波振動
1️⃣ 聽小骨 Auditory Ossicles
人體最小的骨骼。
三塊骨頭：
（1）槌骨 Malleus
- 連接鼓膜
- 功能：接收鼓膜振動
（2）砧骨 Incus
功能：傳遞振動
（3）鐙骨 Stapes
- 人體最小骨頭。
- 功能：將振動傳至卵圓窗（Oval window）
2️⃣ 聽小骨放大機制
聲波經過聽小骨系統會被放大。
原因：
① 槓桿效應（Lever effect）
② 面積差異（Area difference）
- 鼓膜面積約 55 mm²
- 卵圓窗面積約 3.2 mm²
- 壓力增加約 20 倍
3️⃣ 咽鼓管 Eustachian Tube
連接：
- 中耳
- 咽部（Nasopharynx）
功能：
- 平衡鼓膜兩側壓力
四、內耳 Inner Ear
內耳包含：
- 前庭系統（Vestibular system）
- 耳蝸（Cochlea）
聽覺主要由耳蝸負責。
1️⃣ 耳蝸 Cochlea
耳蝸形狀像蝸牛殼。
結構：
- 螺旋狀骨管
- 約 2.5 圈
內部含三個腔室：
- 前庭階（Scala vestibuli）
- 中階（Scala media）
- 鼓階（Scala tympani）
三個腔室的液體
- 前庭階：外淋巴（Perilymph）
- 鼓階：外淋巴（Perilymph）
- 中階：內淋巴（Endolymph）
中階的重要結構
- 柯蒂氏器（Organ of Corti）
- 基底膜（Basilar membrane）
- 蓋膜（Tectorial membrane）
五、柯蒂氏器 Organ of Corti
- 柯蒂氏器為聽覺感受器（Auditory receptor organ）。
- 位於基底膜上
1️⃣ 毛細胞 Hair Cells
毛細胞為機械受器。
分類：
（1）內毛細胞 Inner Hair Cells
- 功能：主要聽覺感受器
- 數量：約 3500 個
（2）外毛細胞 Outer Hair Cells
功能：
- 放大聲音
- 增強頻率分辨能力
數量：約 12000 個
2️⃣ 立體纖毛 Stereocilia
位於毛細胞頂端。
功能：
- 偵測機械振動
當基底膜振動時：
- 立體纖毛彎曲
- 開啟離子通道
- 產生神經訊號
六、聲音在耳蝸的傳導 Sound Transmission in the Cochlea
聲波傳導步驟：
- 聲波進入外耳
- 鼓膜振動
- 聽小骨放大振動
- 鐙骨推動卵圓窗
- 耳蝸液體產生波動
此波動會在基底膜（Basilar membrane）上形成行進波（Traveling wave）。
行進波 Traveling Wave
- 聲波進入耳蝸後會形成沿基底膜傳遞的波。
- 特徵：每種頻率在不同位置產生最大振動
- 高頻在耳蝸基底（base）
- 低頻在耳蝸頂端（apex）
- 基底膜的機械特性不同：
- 基底：短且硬
- 頂端：長且柔軟
七、聲音頻率辨識 Frequency Discrimination
1️⃣ 位置原理 Place Principle
位置原理（Place principle）指：不同頻率的聲音會在基底膜不同位置產生最大振動。
- 高頻：耳蝸基底
- 低頻：耳蝸頂端
大腦透過辨識被刺激的位置判斷聲音頻率。
2️⃣ 齊射原理 Volley Principle
- 適用於低頻聲音（20–2000 Hz）
- 機制：神經纖維會以與聲波頻率同步的方式發放神經衝動。
- 多條神經纖維協同發放，形成齊射（Volley）
此機制讓神經系統能辨別低頻聲音。
八、聲音強度與音量 Loudness
音量（Loudness）由三種機制判定。
1️⃣ 振動幅度增加
聲音越大：
- 基底膜振動越大
- 毛細胞神經衝動頻率增加
2️⃣ 空間總和 Spatial Summation
- 當聲音強度增加：更多毛細胞被刺激
- 結果：更多神經纖維傳遞訊號
3️⃣ 外毛細胞參與
- 外毛細胞主要在高強度聲音時被活化。
- 此訊號可告知神經系統聲音強度很高
九、音量感覺的冪次定律 Power Law
- 感覺強度與刺激強度呈現冪次關係（Power law）。
- 聽覺的關係：感覺音量≈聲音強度的立方根（Cube root）
- 聲音強度增加很多倍，聽覺感受增加幅度較小。
十、臨床關聯 Clinical Correlations
1️⃣ 感音性聽力損失 Sensorineural Hearing Loss
原因：
- 毛細胞損傷
- 聽神經受損
常見原因：
- 長期噪音
- 老化（Presbycusis）
- 藥物毒性
2️⃣ 傳導性聽力損失 Conductive Hearing Loss
原因：聲波傳導受阻。
常見情況：
- 耳垢阻塞
- 鼓膜破裂
- 聽小骨硬化
3️⃣ 噪音性聽力損失 Noise-Induced Hearing Loss
高強度聲音會破壞外毛細胞
常見於：
- 工業噪音
- 長時間使用耳機
