阻抗匹配：耳朵如何將微弱的空氣震動放大成信號？

我不得不在我的工作室牆壁上安裝一些隔音材料，因為裸露的牆壁會反射聲波。 大量的聲音。當這聲音在房間裡反覆迴盪時，你會得到一些令人不快的混響。 但如果你有吵鬧的鄰居，你就會知道，牆壁並不能完全阻隔聲音。 有些聲音會傳過來。換句話說，你可以聽見鄰居一點動靜。 傳播與反射的聲音量取決於它們之間的差異程度。 這兩種媒介分別是空氣媒介和磚塊媒介（以這種情況為例）。 一堵牆。它們之間的差異越大，反射的聲音就越多，它們越相似 傳輸的聲音越多。當談到這兩種媒介的相似或差異時 我所談論的是一種特定的性質，即聲阻抗。聲阻抗是指 有點像物質對聲能的阻抗程度有多高。而磚塊的阻抗非常高。 聲學阻抗遠高於空氣，因此幾乎所有的聲音在遇到磚牆時都會被反射。換句話說 你只有在鄰居大聲尖叫時，才能真正聽清楚他們在說什麼。 這一切都合情合理，但如果你了解耳朵的解剖結構，你可能會發現 好奇人類究竟如何能聽到任何超過模糊聲響的聲音。因為耳蝸， 那個小小的器官，內部有細小的毛髮，會隨著振動前後擺動。 隨著聲波掠過它們，那些微小的毛髮處於液體中，本質上是來自水的液體。 聲學觀點來看。所以你會聽到這段聲音透過空氣傳到我們耳中，但最終卻結束於 在液體中，它最終會進入水中。而水的聲阻抗約為其3,000倍。 空氣中。如果你將其代入正確的方程式，會發現僅約百分之零點一的聲學能量 能量將穿過空氣與水之間的介面，抵達你體內那些微小的毛髮。 耳蝸。這有點像是把頭浸入水中時，試圖聽見池外發生的事情。 在水中，那麼我們的聽覺為什麼會如此靈敏？我們怎麼能聽到所有這些？ 我們能夠聽到的事物？你的耳朵能夠將空氣中的大部分聲學能量傳遞過來 透過稱為阻抗匹配的過程傳遞至耳蝸內部的液體。如果你曾經學習過 你可能曾經遇過阻抗匹配，但這同樣適用於聲學能量。 你的耳朵以兩種非常巧妙的方式實現了這一點，而這兩種方式都利用了機械優勢。 我首先要談的是你耳朵裡面的杠杆。所以你耳朵裡有這三塊骨頭。 你可能熟悉的中耳，令人驚訝的是，它們的作用就像一根槓桿。為了說明其工作原理， 一個槓桿可以克服兩種介質之間的阻抗差異，我已讓我的波動重生。 機器。我之前拍過一段影片，內容是關於超音波凝膠，這種凝膠也用來減輕 當兩種介質之間的阻抗不匹配時所產生的反射，就在那支影片裡。 我示範波在介面處部分反射、部分透射的現象。 兩個阻抗不同的媒介。請注意左側的阻抗較高，因為我已 在這些桿上加上螺母的重量。也許你直覺上就能明白這是為什麼。 在兩者之間的界面上，輕杆試圖將較重的杆向上拉，但由於 較重的釣竿慣性較大，無法將其拉起那麼高，其餘的能量則被反射。 如果這一點不合直覺，或者您想要完整的說明，我建議您觀看這段影片。 原始的超音波凝膠影片，但就我們在此的目的而言，知道光棒無法做到這點就足夠了。 由於額外的慣性，重桿只能移動一點點，因此只有一部分能量被傳遞。 剩下的部分則會被反射。要如何用槓桿來解決這個問題呢？讓我們把波浪機器拆開來看看。 兩個並在中間放一個槓桿。目前阻抗沒有差異。 兩側的重量沿著整個長度都相同，且槓桿的支點位於中間。 因此，我們應預期所有的波動能量都會透過槓桿傳遞。我們並未完全看到 因為部分能量被反射了，這是因為槓桿並非完美，它具有一定的質量。 它本身會產生摩擦，但理想情況下，所有能量都應被傳輸。 而且所發生的一切就是波動會被槓桿翻轉過來。讓我們加上 一些重量放在波動機器的左側。現在，槓桿就像一個中介一樣。 在兩種阻抗不同的介質之間，且槓桿支點位於中心的情況下，即使如此 應預期與槓桿處於相同狀態時，所產生的傳輸與反射量大致相同。 並不存在，這大約就是我們所看到的情況。那麼，我們該如何調整這個槓桿呢？ 緩解這個問題？好吧，記得問題在於你有一根輕質的杆子，卻試圖移動一個沉重的物體。 這根桿就是槓桿設計用來應對的這種情境。你看，你有 在這根槓桿的兩側分別放置一個重物和一個輕物，而重物正在佔上風。 #Region 1: The Great Divide The Great Divide is a massive, jagged mountain range that stretches across the northern part of the continent. Its peaks are perpetually shrouded in snow and ice, and its slopes are treacherous and unforgiving. The range is so vast that it divides the land into two distinct regions: the lush, fertile valleys to the south, and the harsh, frozen tundras to the north. Travelers who attempt to cross it often face extreme weather, avalanches, and dangerous wildlife. The Great Divide is not just a geographical feature—it is a symbol of separation, both physical and cultural. 正如其正確名稱所稱。以這種方式，你給予較輕的物體機械優勢。你現在 能夠用較輕的物體移動較重的物體，換句話說，就是用較小的力來移動它。 你原本就不需要的。順便一提，在這種情況下，你並不會憑空獲得任何能量。 雖然你能夠用較小的力氣移動一個沉重的物件，但這較小的力氣必須移動更長的距離。 在更長的距離上進行，以使所做的功與之前相同。那麼，讓我們試試看。 現在使用我們的波浪機。通過將槓桿的支點移向阻抗較高的介質 我們正在給予低阻抗介質機械優勢，並觀察更多能量的轉移。 被傳輸。請記住，這不僅僅是關於振幅的問題，那一側較重，因此即使是很小的差異也是如此。 振幅攜帶著大量的能量。重點在於反射並沒有那麼多。我們仍然在前進 稍微有點，但和往常一樣，槓桿並非完美，不過我們在此處做得相當不錯。 傳輸更多的能量，這正是你耳朵內部正在發生的情況。 轉點大約在這裡。由於耳內槓桿的結構較難觀察，因此更難看出其本質。 這些骨骼形狀都十分奇特，但確實存在。那根槓桿並非全部真相。那些 你耳朵中的三塊骨骼合起來，並不足以提供足夠的機械優勢來完全矯正 阻抗不匹配。我們需要另一個機械優勢的來源。要找出它在哪裡，請看 耳膜與卵圓窗之間的大小差異。你會注意到，耳膜的面積較大。 比卵圓窗更大。它能夠在其較大的表面上聚集大量的聲能。 將聲能聚焦於卵圓窗較小的區域，從而增加表面積的集中度。嚴格來說 說到這裡，我其實不應該稱之為機械優勢，因為從技術上講，那才是…… 你施加的輸入力很小，卻產生了很大的輸出力，但我們這裡所做的只是 透過擁有較大的表面積來聚集更多力量。但不管怎樣，這就是兩種作用機制。 表面積的差異，以及耳內那個瘋狂的小桿。最後一項 一個有趣的事實是，你的中耳有一塊肌肉，稱為鼓膜張肌。 與麥氏骨相連，這塊骨頭與你的耳膜相連，你會感受到 當顴肌收縮時，鼓膜張肌會緊張，如果你真的皺起臉來，就會產生這種效果。 像這樣，你可能會聽到耳朵裡有轟鳴聲，或者打哈欠時，你也可能會聽到耳朵裡有轟鳴聲。 那種轟鳴聲基本上就是你所知道的肌肉在那樣震動，你知道那些微小的震顫。 從肌肉緊張透過傳入內耳，但實際上是一種保護機制。 因此 pushViewController，使馬盧斯骨頭被拉動，進而拉動鼓膜，使鼓膜被拉動。 緊繃，當它處於這種緊繃狀態時，對 incoming 的聲波就不那麼敏感了，這是一種反射動作。 因此，如果突然出現巨大的聲音，或持續的巨響，你的顱骨肌（鼓膜張肌）就會 將耳膜拉緊，使較少的聲音傳遞至內耳，它甚至會產生反應。 當 perceived 有潛在巨大聲音的威脅時，你的耳朵實際上會出現轟鳴感 在一些非同尋常的情況下，你本不會預期會有巨大的聲音，但或許你卻 如果你感到壓力大或焦慮，可能會患上顫肌張力失調症，這是指你的顫肌 鼓膜肌肉在不應該收縮的時候收縮了，希望您喜歡這支影片，如果喜歡的話 別忘了按訂閱，下次見