By 白朗 人耳能感受到的聲音頻率範圍，也就是我們常說的「可聽頻譜」，大約在 20 到 20000 赫茲之間。換句話說，人耳能辨別出每秒振動 20 次到 20000 次的聲音。然而，隨著年齡的增長，我們感知高頻聲音的能力會逐漸下降，這也是為何有些人隨著年紀增長，就難以聽到高音的原因。
人耳的頻率感知
人耳是一個奇妙的器官，它能接收和處理聲音，讓我們感受到周遭世界的豐富音景。聲音是由空氣中的振動所產生，而人耳能感知的振動頻率範圍約為 20-20000 赫茲，我們將這個範圍稱為可聽頻譜。這個頻率範圍決定了我們能聽見的聲音高低，例如低沉的貝斯音通常落在較低的頻率，而高亢的鳥鳴則落在較高的頻率。然而，人耳對不同頻率的聲音敏感度並不相同，在可聽頻譜中，我們對 2000-5000 赫茲的聲音最敏感，這也是人聲的主要頻率範圍，因此我們能更容易地辨識人聲。
隨著年齡的增長，我們的聽覺上限會逐漸降低，許多老年人可能無法聽到 20000 赫茲的聲音，這也是為什麼老年人可能覺得高音部分聽起來模糊不清。除了頻率之外，我們也需要考慮聲音的強度，也就是聲音的音量。人耳可以感知的強度範圍為 0.0002-1000 dyn/cm²，大約是 0 分貝到 120 分貝。這個範圍非常廣泛，從幾乎聽不見的微弱聲音到震耳欲聾的巨響，我們都能感知到。
了解人耳的頻率感知和強度感知對於音樂製作人、音響工程師、以及一般使用者來說都至關重要。例如，音樂製作人需要根據人耳的聽覺範圍來調整音樂的頻率和音量，以獲得最佳的聽覺體驗。音響工程師則需要了解聽覺敏感度，以設計出最佳的音響系統，讓使用者能夠舒適地聆聽聲音。
人耳與人腦的演化機制
我們經常追求「平」的頻率響應，認為這代表著音響產品或空間的優良表現。然而，仔細思考，這樣的觀念可能存在著偏差。人耳和人腦對於聲音頻率的感知並非線性的，而是經過演化而形成的特殊機制。簡單來說，我們人類對於低頻天生不敏感，對於中高頻則非常敏感。這不是缺陷，而是演化賦予我們的特性，讓我們能夠在複雜的環境中有效地接收和辨識聲音訊息。
以下列舉幾個關於人耳與人腦演化機制的關鍵點：
- 低頻不敏感： 人耳對於低頻的敏感度較低，這與我們生存環境中的低頻聲音訊息較少有關。例如，自然界中，低頻聲音通常來自遠處的風聲、海浪聲等，對於生存的威脅較小。因此，演化讓我們對於低頻的感知較為遲鈍。
- 中高頻敏感： 相反地，人耳對於中高頻的敏感度非常高。這是因為中高頻聲音通常來自近處的聲音，例如動物的叫聲、人類的說話聲等，這些聲音對於生存至關重要。因此，演化讓我們對於中高頻的感知更加敏銳。
- 聲音定位： 人耳對於中高頻的敏感度，也讓我們能夠更精準地定位聲音來源。這對於在複雜環境中辨識聲音方向和距離至關重要，例如辨別敵人的位置，或是在群體中進行溝通。
- 語言理解： 人類語言主要集中在中高頻範圍，因此我們對於中高頻的敏感度，也讓我們能夠更清晰地理解語言訊息。
由於人耳對於不同頻率的敏感度不同，追求完全平坦的頻率響應，反而可能會導致聆聽體驗的失衡。例如，如果音響系統的低頻過於突出，可能會掩蓋中高頻的細節，導致音樂缺乏層次感和清晰度。反之，如果高頻過於強調，可能會造成刺耳感，影響聆聽的舒適度。
因此，了解人耳與人腦的演化機制，對於音響設計、空間聲學以及音樂製作都至關重要。只有根據人耳的頻率響應特性，才能設計出更自然、更悅耳的音響系統和聆聽空間，以及製作出更具感染力的音樂作品。
人耳 頻率. Photos provided by unsplash
人耳的振動頻率範圍為何?
人耳的聽覺系統是一個精密的機制，能夠感知並處理來自周遭環境的聲音資訊。而聲音的本質，其實是空氣中的振動，這些振動以波的形式傳遞，我們稱之為聲波。當聲波的頻率和強度達到一特定值範圍內，才能引起動物的聽覺。人耳能感受到的振動頻率範圍約為20-20000 赫茲 (Hz)，這個範圍被稱為人耳的聽覺頻率範圍。隨著年齡的增長，聽覺上限會降低，也就是說，我們對高頻聲音的敏感度會逐漸下降。
除了頻率之外，聲音的強度也會影響我們的聽覺體驗。聲音的強度通常以分貝 (dB) 為單位來衡量，人耳能感受到的強度範圍為0.0002-1000 dyn/cm²。當聲音強度過高時，會對我們的聽力造成損害，因此，保護聽力、避免過度暴露在高噪音環境中非常重要。
聽覺系統由聽覺器官各級聽覺中樞及其連接網絡組成，而聽覺器官通稱為耳。耳的結構中有特殊分化的細胞，能感受聲波的機械振動並把聲能轉換為神經衝動，叫做聲感受器。高等動物的耳可分為外耳、中耳和內耳。
外耳包括耳廓和外耳道，主要起集聲作用。耳廓就像一個接收器，可以收集來自不同方向的聲音，並將其傳遞到外耳道。有些動物的耳廓能自由轉動，以便更精準地定位聲音來源。
中耳包括鼓膜、聽骨鏈、鼓室、中耳肌、咽鼓管等結構，主要起傳聲作用。鼓膜是封閉外耳道內端的一層薄膜結構。聲波從外耳道進入，作用於鼓膜，後者隨之產生相應的振動。這些振動會被傳遞到中耳的聽骨鏈，包括錘骨、鐙骨和砧骨，這些骨骼連接在一起，將振動放大並傳遞到內耳。
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| 特徵 | 說明 | 單位 |
|---|---|---|
| 振動頻率範圍 | 人耳能感受到的聲音振動頻率範圍 | 赫茲 (Hz) |
| 強度範圍 | 人耳能感受到的聲音強度範圍 | 分貝 (dB) 或 dyn/cm² |
| 聽覺器官 | 感受聲波的機械振動並轉換為神經衝動的器官 | – |
| 外耳 | 包括耳廓和外耳道，主要起集聲作用 | – |
| 中耳 | 包括鼓膜、聽骨鏈、鼓室、中耳肌、咽鼓管等結構，主要起傳聲作用 | – |
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聲音的頻率與聲壓級
我們聽到包含各種頻率的聲音，而這些聲音在不同的頻率帶可有不同的強度或聲壓級。整個「聽覺頻率範圍」可分成8個或24個「頻率帶」，分別稱為倍頻程或1/3倍頻程。倍頻程是指頻率倍增的範圍，例如從100赫茲到200赫茲、從200赫茲到400赫茲等等；而1/3倍頻程則是指頻率增加約1.2倍的範圍，例如從100赫茲到125赫茲、從125赫茲到160赫茲等等。這些頻率帶的劃分有助於我們更精確地分析和描述聲音的特性。
聲音或噪音在不同的頻率帶可有不同的強度或聲壓級，如下圖所示。請按一下 [示範] 按鈕，看看聲音如何分為8個倍頻程或24個1/3倍頻程。聲音通常以一個聲壓級值來描述。方法就是將所有倍頻程或1/3倍頻程所佔的部份加在一起，得出一個聲壓級。例如，一個包含了100赫茲到200赫茲、200赫茲到400赫茲等多個頻率帶的聲音，我們可以將每個頻率帶的聲壓級加總，得到一個整體的聲壓級。
值得注意的是，人類耳朵對聲音的敏感度取決於聲音的頻率。對於2,500赫茲到3,000赫茲的聲音，人類耳朵的反應最靈敏，而對低頻率的聲音，敏感度則較低。例如，當兩個聲音的聲壓級相同，但一個是1,000赫茲，另一個是100赫茲，我們會覺得1,000赫茲的聲音更響亮。這也解釋了為什麼在音樂中，高音部分更容易被我們聽到，而低音部分則需要更大的音量才能被清晰地感知。
耳感受聲音的靈敏度與頻率有何關係?
我們對不同頻率的聲音感受靈敏度並不相同，這源於耳朵的複雜構造和聲音傳遞過程中的多重影響。從外耳道到耳蝸，聲音在傳遞過程中會受到外耳道共振特性、中耳聲阻抗的頻率特性、耳蝸內行波的機械特性、螺旋器結構的濾波特性及感受細胞的生理特性等多方面的影響，共同決定了我們對不同頻率的聲音感受的靈敏度。
外耳道就像一個共鳴腔，它會放大特定頻率的聲音，而對其他頻率的聲音則會減弱。中耳的聲阻抗也具有頻率特性，它會阻擋某些頻率的聲音進入內耳，而讓其他頻率的聲音順利通過。耳蝸內的行波則是一種機械波，它會沿著基底膜傳播，不同的頻率會在基底膜的不同位置產生最大振幅，這就像一個頻率濾波器，將不同頻率的聲音分離。螺旋器結構也具有濾波特性，它會根據聲音的頻率選擇性地激活不同的毛細胞。
最後，感受細胞的生理特性也會影響我們對不同頻率的聲音感受的靈敏度。毛細胞是耳蝸內感受聲音的細胞，它們會將機械振動轉化為電信號，並傳遞到大腦。不同頻率的聲音會刺激不同的毛細胞，而不同毛細胞對不同頻率的聲音敏感度也不同。
各種動物都有其聽覺較靈敏的頻率範圍，人類大致是1000～8000赫，在這一範圍以外靈敏度依次遞減。這也與我們日常生活中需要接收的聲音頻率範圍密切相關。例如，人類的語言主要集中在這個頻率範圍內，而我們對高於8000赫的聲音則不太敏感，因為這些聲音通常與危險信号或環境噪音相關。
從聲音的傳遞到神經信號的處理，整個過程涉及一系列複雜的物理和生理機制，而這些機制共同決定了我們對不同頻率的聲音感受的靈敏度。理解這些機制，有助於我們更好地理解聽覺系統的奧秘，並為聽力損傷的預防和治療提供新的思路。
人耳 頻率結論
我們探索了人耳的頻率感知，了解到它是一個精密的系統，能接收和處理各種聲音資訊。從低沉的貝斯音到高亢的鳥鳴，人耳能感知的聲音頻率範圍大約在 20 到 20000 赫茲之間。而這個「人耳 頻率」範圍，也隨著年齡的增長而有所變化，因此我們對高頻聲音的敏感度會逐漸下降。
此外，我們也探討了人耳與人腦的演化機制，了解到人耳對於不同頻率的敏感度並不相同，並非所有頻率都對我們具有相同的意義。例如，我們對中高頻聲音的敏感度，讓我們能夠更清晰地理解語言訊息，也能更精準地定位聲音來源。
最後，我們深入分析了人耳對聲音的敏感度與頻率的關係，了解到外耳道共振特性、中耳聲阻抗的頻率特性、耳蝸內行波的機械特性、螺旋器結構的濾波特性及感受細胞的生理特性等多方面的影響，共同決定了我們對不同頻率的聲音感受的靈敏度。
理解「人耳 頻率」的奧秘，能幫助我們更深入地認識自己的聽覺系統，並在音樂製作、音響工程、空間聲學等領域中，設計出更符合人耳感知特性的產品和空間。同時，也提醒我們要保護自己的聽力，避免過度暴露在高噪音環境中，才能持續享受聲音的世界。
人耳 頻率 常見問題快速FAQ
人耳聽覺頻率範圍真的只有 20Hz 到 20kHz 嗎？
其實這是一個比較粗略的說法，實際上，人耳的聽覺頻率範圍會受到個人因素、年齡、健康狀況等影響，因此會有些差異。一般來說，年輕人的聽覺頻率範圍可能更廣，而老年人則會隨著年齡增長，聽覺上限會逐漸降低，對高頻聲音的敏感度也會下降。此外，有些研究也指出，人耳的聽覺頻率範圍可能比 20Hz 到 20kHz 更廣，例如，一些實驗顯示，人耳可能可以感知到低於 20Hz 的次聲波，或是高於 20kHz 的超聲波，只是這些聲音可能無法被意識到或辨別。
為何我們會覺得有些聲音「刺耳」？
這與人耳對不同頻率的聲音敏感度有關。人耳對 2000-5000 赫茲的聲音最敏感，這個範圍也是人聲的主要頻率範圍，因此我們能更容易地辨識人聲。而當聲音的頻率高於 5000 赫茲時，我們對它的敏感度會逐漸降低，直到接近 20000 赫茲時，我們幾乎無法感知到它。如果聲音中包含過多高頻成分，就會讓我們感到「刺耳」。
了解人耳的頻率範圍對我有哪些幫助？
了解人耳的頻率範圍可以幫助你更好地理解聲音，以及如何讓聲音更悅耳。例如，在音樂製作中，你可以根據人耳的聽覺範圍來調整音樂的頻率和音量，以獲得最佳的聽覺體驗。在音響設計中，你可以根據人耳的聽覺敏感度，設計出更舒適的聆聽環境。此外，了解人耳的頻率範圍也可以幫助你更好地保護聽力，例如避免長時間暴露在過度吵雜的環境中。