第八章信息的聽覺傳示

1、范曉偉課課 程程 目目 的的 人機(jī)工程學(xué)的理論和方法為設(shè)計(jì)中考慮人機(jī)工程學(xué)的理論和方法為設(shè)計(jì)中考慮“人的因素人的因素”提供人體尺度數(shù)據(jù)；為設(shè)計(jì)中提供人體尺度數(shù)據(jù)；為設(shè)計(jì)中“機(jī)的功能機(jī)的功能”合理性提供科合理性提供科學(xué)依據(jù)；為設(shè)計(jì)中考慮學(xué)依據(jù)；為設(shè)計(jì)中考慮“環(huán)境因素環(huán)境因素”提供設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；為提供設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；為“人人- -機(jī)機(jī)- -環(huán)境環(huán)境”系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供整體思路；為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供整體思路；為“以人為核心以人為核心”的設(shè)計(jì)思想提供可行方法。的設(shè)計(jì)思想提供可行方法。 通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生把人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)作通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生把人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)作為一個(gè)統(tǒng)一的整體來研究，以創(chuàng)造適合于人操作的機(jī)械設(shè)為一個(gè)

2、統(tǒng)一的整體來研究，以創(chuàng)造適合于人操作的機(jī)械設(shè)備和作業(yè)環(huán)境，使人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，從而獲得系備和作業(yè)環(huán)境，使人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，從而獲得系統(tǒng)的最高綜合效率，培養(yǎng)統(tǒng)的最高綜合效率，培養(yǎng)“以人為本以人為本”的設(shè)計(jì)價(jià)值觀的設(shè)計(jì)價(jià)值觀。目目 錄錄1聽覺的特征聽覺的特征2聽覺傳示的信息類型與設(shè)計(jì)原則聽覺傳示的信息類型與設(shè)計(jì)原則3信息的聽覺傳示裝置信息的聽覺傳示裝置81 聽覺特征811 聲音的波形振動(dòng)：物體在平衡位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。物體振動(dòng)會(huì)發(fā)出聲音。聲源：振動(dòng)的物體聲音介質(zhì)：傳播聲音的物質(zhì)單音（純音）、復(fù)音：具有一定的周期和只有一種簡單頻率、波形為正弦波的聲音，稱為單音或純音，其他為復(fù)音。樂音、噪音：由頻

3、率成整數(shù)比值的幾個(gè)純音可以形成樂音，或周期音。由不規(guī)則波構(gòu)成非周期音，或噪音。白噪音：包含各種可聽到的聲音。812人耳與聲波傳導(dǎo)1 人耳的構(gòu)造 耳包括外耳、 中耳和內(nèi)耳三部分。 外耳包括耳廓和外耳道，有保護(hù)耳孔、集聲和傳聲的作用。 中耳包括鼓膜、鼓室以及連接鼓室與鼻咽腔的咽鼓管。 內(nèi)耳包括耳蝸、前庭 和半規(guī)管。 2 聲波的傳導(dǎo) 鼓膜聽骨前庭窗膜外淋巴、內(nèi)淋巴、基底膜 蝸神經(jīng)末梢電信號(hào)神經(jīng)傳導(dǎo)聽覺低級(jí)中樞大腦聽覺中樞-外耳外耳( (聲能聲能)-)-中耳中耳( (機(jī)械能機(jī)械能)-)- -內(nèi)耳內(nèi)耳( (液態(tài)能液態(tài)能)-)- -中樞中樞( (電能電能)-)- 構(gòu)構(gòu)造造包含器官包含器官各器官之基本功能各

4、器官之基本功能外外耳耳1. 耳廓耳廓2. 外耳道外耳道3. 鼓膜鼓膜1. 收集聲波。收集聲波。2. 把聲波傳到耳膜，有放大效果。把聲波傳到耳膜，有放大效果。3. 外耳、中耳之分界線，聲波撞擊耳膜時(shí)，會(huì)引起耳膜之振動(dòng)，傳入三塊外耳、中耳之分界線，聲波撞擊耳膜時(shí)，會(huì)引起耳膜之振動(dòng)，傳入三塊聽小骨。聽小骨。中中耳耳4. 4. 錘骨錘骨5. 5. 砧骨砧骨6. 6. 鐙骨鐙骨7. 7. 卵圓窗卵圓窗8. 8. 咽鼓管咽鼓管4-6. 合稱聽骨鏈，以杠桿原理，把聲波的能量轉(zhuǎn)成機(jī)械能，從合稱聽骨鏈，以杠桿原理，把聲波的能量轉(zhuǎn)成機(jī)械能，從外耳經(jīng)中耳送到內(nèi)耳，有放大效果。外耳經(jīng)中耳送到內(nèi)耳，有放大效果。7. 是

5、內(nèi)耳門戶，鐙骨振動(dòng)，引起內(nèi)耳淋巴液波動(dòng)，最后經(jīng)由圓窗得到釋放是內(nèi)耳門戶，鐙骨振動(dòng)，引起內(nèi)耳淋巴液波動(dòng)，最后經(jīng)由圓窗得到釋放8. 連接中耳腔與咽喉部，排除積聚在中耳的液體，維持耳膜兩邊氣壓平衡連接中耳腔與咽喉部，排除積聚在中耳的液體，維持耳膜兩邊氣壓平衡內(nèi)內(nèi)耳耳9. 前前 庭庭10. 半規(guī)管半規(guī)管11. 耳耳 蝸蝸12. 聽神經(jīng)聽神經(jīng)9.10. 維持身體平衡。維持身體平衡。11. 有約有約1萬余計(jì)的毛細(xì)胞，將液態(tài)能轉(zhuǎn)換成電能，連接聽神經(jīng)傳萬余計(jì)的毛細(xì)胞，將液態(tài)能轉(zhuǎn)換成電能，連接聽神經(jīng)傳至大腦。至大腦。12. 將電能傳送至大腦，產(chǎn)生聽覺將電能傳送至大腦，產(chǎn)生聽覺聽覺過程聽覺過程 將空氣中的聲波轉(zhuǎn)變

6、為機(jī)械振動(dòng)：耳廓將收集到的外界聲波，經(jīng)外耳道傳至鼓膜引起鼓膜與之發(fā)生同步振動(dòng)。 將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w振動(dòng)：鼓膜的振動(dòng)推動(dòng)中耳內(nèi)的聽骨鏈，經(jīng)放大后彈過卵圓窗進(jìn)入內(nèi)耳，引起耳蝸內(nèi)淋巴液的波動(dòng)。 將液體波動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)沖動(dòng)：耳蝸內(nèi)淋巴液的波動(dòng)引起基底膜的振動(dòng)，在毛細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)經(jīng)傳入神經(jīng)傳入大腦聽覺中樞，產(chǎn)生聽覺。813人耳的分辨能力可聽范圍辨別聲音的強(qiáng)弱辨別聲音的方向和距離可聽范圍人的頻率聽覺范圍：20Hz -20,000Hz聲壓聽覺范圍：0.00002Pa為聽閾；20Pa為痛閾辨別聲音的強(qiáng)弱 受過良好訓(xùn)練的被試者，在良好的聲環(huán)境條件下，聽覺器官能夠覺察到0.5dB的強(qiáng)度變化，因此在人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7、運(yùn)用強(qiáng)度變化傳遞信息時(shí)，必須考慮沒有接受過訓(xùn)練的作業(yè)者。辨別聲音的方向和距離 聽覺器官具有方位辨別能力，主要根據(jù)聲信號(hào)到達(dá)兩耳的強(qiáng)度差和時(shí)間差判別聲源方向。其中對(duì)高頻聲信號(hào)根據(jù)強(qiáng)度差，對(duì)低頻聲信號(hào)則根據(jù)時(shí)間差來判斷。 判斷聲源的距離主要依靠人的主觀經(jīng)驗(yàn)。 聽覺的空間定位聽覺的空間定位：當(dāng)一個(gè)聽覺正常的人聽到一個(gè)聲音時(shí)，一當(dāng)一個(gè)聽覺正常的人聽到一個(gè)聲音時(shí)，一般都不僅能辨別這個(gè)聲音來自哪個(gè)方向，而且還能判斷聲源的般都不僅能辨別這個(gè)聲音來自哪個(gè)方向，而且還能判斷聲源的距離。聽覺之所以能對(duì)聲源進(jìn)行空間定位，主要是源于聽覺的距離。聽覺之所以能對(duì)聲源進(jìn)行空間定位，主要是源于聽覺的雙耳效應(yīng)雙耳效應(yīng)。814聽

8、覺的掩蔽效應(yīng)兩種聲音同時(shí)存在會(huì)出現(xiàn)聲音之間的掩蓋現(xiàn)象。1、掩蔽的特征 強(qiáng)的聲音可以掩蓋弱的聲音 聽兩個(gè)音調(diào)相近的聲音，所聽到是被低頻調(diào)制了的單頻聲音。 一個(gè)聲音為另一個(gè)聲音掩蔽的現(xiàn)象，叫做掩蔽。一個(gè)聲音的聽閾因另一個(gè)聲音的掩蔽而增強(qiáng)的現(xiàn)象，叫掩蔽效應(yīng)。3 殘余掩蔽 掩蔽聲去掉以后，掩蔽效應(yīng)仍然會(huì)存在一會(huì)兒，人的聽閾復(fù)原需要一定的時(shí)間。我們稱為殘余掩蔽。 這是一種聽覺疲勞。與刺激的時(shí)間和強(qiáng)度有關(guān)。 “余音繞梁，三日不絕”。4 掩蔽對(duì)語言的影響 噪音對(duì)語言的掩蔽不僅使聽閾提高，對(duì)語言的清晰度有影響。 噪聲超過說話10-15dB，必須全神貫注才能聽清；噪聲超過說話20-25dB，根本無法聽清說話聲音

9、。 噪聲在8002500Hz（人的語言頻率），影響最大。82 聽覺傳示聽覺傳示的特點(diǎn)聽覺傳示的特點(diǎn)傳遞的信息本身具有聲音的特點(diǎn)：傳遞的信息本身具有聲音的特點(diǎn)：如操作者可通過機(jī)器聲如操作者可通過機(jī)器聲音的變化而獲得機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常的信息音的變化而獲得機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常的信息。視覺顯示無法勝任信息傳遞的場(chǎng)合：視覺顯示無法勝任信息傳遞的場(chǎng)合：如缺乏照明、視線受如缺乏照明、視線受阻擋或者視覺負(fù)荷過重的場(chǎng)合，均可采用聽覺顯示器來傳遞阻擋或者視覺負(fù)荷過重的場(chǎng)合，均可采用聽覺顯示器來傳遞信息或?qū)π畔鬟f進(jìn)行分流。信息或?qū)π畔鬟f進(jìn)行分流。需要在工作過程中不時(shí)移動(dòng)工作位置的場(chǎng)合：需要在工作過程中不時(shí)移動(dòng)工作位置

10、的場(chǎng)合：視覺信號(hào)不視覺信號(hào)不適合需要操作者經(jīng)常移動(dòng)的場(chǎng)合，而聽覺信號(hào)主要是時(shí)間性適合需要操作者經(jīng)常移動(dòng)的場(chǎng)合，而聽覺信號(hào)主要是時(shí)間性質(zhì)的，有利于順序呈現(xiàn)。質(zhì)的，有利于順序呈現(xiàn)。 需要緊急顯示、及時(shí)處理信息的場(chǎng)合：需要緊急顯示、及時(shí)處理信息的場(chǎng)合：聽覺信號(hào)容易察覺，聽覺信號(hào)容易察覺，且不易疲勞，特別適合緊急情況下使用。且不易疲勞，特別適合緊急情況下使用。82 聽覺傳示821 聽覺傳示的信息類型機(jī)械聲信息、語言聲信息項(xiàng)目項(xiàng)目機(jī)械聲信息機(jī)械聲信息語言聲信息語言聲信息信息聲性質(zhì)信息聲性質(zhì)音調(diào)信號(hào)系統(tǒng)音調(diào)信號(hào)系統(tǒng)語言信號(hào)系統(tǒng)語言信號(hào)系統(tǒng)信息內(nèi)容信息內(nèi)容單一或單純單一或單純多變復(fù)雜多變復(fù)雜信息源信息源不一

11、定清楚不一定清楚一般清楚一般清楚信息互換性信息互換性一般不互換一般不互換互換互換可懂度可懂度熟悉編碼可以懂熟悉編碼可以懂語言相通可以懂語言相通可以懂信息處理信息處理立即處理立即處理各種情況都可以各種情況都可以環(huán)境影響環(huán)境影響影響較大影響較大一般影響小一般影響小時(shí)間性時(shí)間性瞬時(shí)瞬時(shí)可以瞬時(shí)和延續(xù)可以瞬時(shí)和延續(xù)82 聽覺傳示821 聽覺傳示的信息類型2 適合機(jī)械聲系統(tǒng)的信息類型 非常簡單又暫時(shí)的信息 與后續(xù)信息無關(guān)的信息； 應(yīng)急信息； 需要立即作出反映的信息等3 適合語言聲系統(tǒng)的信息類型 需要靈活機(jī)動(dòng)的通信場(chǎng)合； 需要能辨別信息源的場(chǎng)合； 聽者未掌握信號(hào)編碼的場(chǎng)合； 信息涉及到一些準(zhǔn)備時(shí)間的場(chǎng)合等

12、83 聽覺傳示設(shè)計(jì)的一般原則一致性原則選用反映物理量的信號(hào)和編碼時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用使用者熟悉或在邏輯上有聯(lián)系的信號(hào)及編碼。漸進(jìn)性原則信息表示復(fù)雜內(nèi)容時(shí)，信號(hào)可以分為兩步或三步設(shè)置。不變?cè)瓌t：同樣信號(hào)表示同樣的信息內(nèi)容，不混雜，不交叉，這樣可以提高識(shí)別度。適應(yīng)原則：信號(hào)強(qiáng)度不宜過大過小，要適應(yīng)人的承受能力和識(shí)別能力。83 信息聽覺傳示裝置831聲納聲納利用水聲進(jìn)行定位，定向用的裝置叫做聲納。利用水聲進(jìn)行定位，定向用的裝置叫做聲納。 送波用聲納裝置：送波用聲納裝置：向水中發(fā)射各種形式的聲信號(hào)，碰到目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生回波，向水中發(fā)射各種形式的聲信號(hào)，碰到目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生回波，經(jīng)過多普勒頻移等等裝置系統(tǒng)，對(duì)回波分析，得到

13、所經(jīng)過多普勒頻移等等裝置系統(tǒng)，對(duì)回波分析，得到所需要的信息。需要的信息。 受波用聲納裝置：受波用聲納裝置：不主動(dòng)發(fā)射聲波，通過裝置接受水中目標(biāo)的噪聲場(chǎng)，得不主動(dòng)發(fā)射聲波，通過裝置接受水中目標(biāo)的噪聲場(chǎng)，得出目標(biāo)信息。出目標(biāo)信息。832 水聲測(cè)深裝置 在船上向下發(fā)射聲脈沖，測(cè)出發(fā)射和收到回波的時(shí)間就能知道海深了。 把測(cè)深儀的功率加大,頻率降低,則發(fā)出的聲波就能透射進(jìn)海底地層,并能記錄不同地質(zhì)層間的反射,這就構(gòu)成了海底地層剖面儀。 將測(cè)深儀的發(fā)射、接受固定在海底，接受海面回波，就可以測(cè)量海面波浪、潮汐。 833水聲控制與通訊裝置 在海洋工程和航海工程領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。 比如潛水員的通訊；潛艇之間；潛艇

14、與水面之間的聯(lián)系；海面上發(fā)布指令等；控制水下儀器、設(shè)備作業(yè)（如海底油井）。834音響報(bào)警裝置1、音響報(bào)警裝置的種類、音響報(bào)警裝置的種類 蜂音器蜂音器：聲壓級(jí)低，5060dB；頻率較低。 鈴鈴：較蜂音器聲壓頻率都高。 角笛角笛：吼聲和尖叫聲。 汽笛汽笛：聲頻率和聲強(qiáng)高，適用于緊急事態(tài)的音響報(bào)警。 報(bào)警器報(bào)警器：聲音強(qiáng)度大，頻率由低向搞，可以抵抗噪聲干擾。 1.1.常見的音響和報(bào)警裝置：常見的音響和報(bào)警裝置： 1 1）峰鳴器）峰鳴器 2 2）電鈴）電鈴 3 3）角笛和氣笛）角笛和氣笛 4 4）警報(bào)器）警報(bào)器峰鳴器是音響裝置中聲壓級(jí)最低、頻率也較低的裝置。峰鳴器發(fā)出的聲音柔和，不會(huì)使人緊張或驚恐，適

15、用于較寧靜的環(huán)境。它常配合信號(hào)燈一起使用，作為提示性聽覺顯示裝置，提請(qǐng)操作者注意，或指示操作者去完成某種操作，也可用作指示某種操作正在進(jìn)行。例如，汽車駕駛員在操縱汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，架駛室的顯示儀表板上就有信號(hào)燈閃亮和蜂鳴器鳴笛，顯示汽車正在轉(zhuǎn)彎，直至轉(zhuǎn)彎結(jié)束。 1.1.常見的音響和報(bào)警裝置：常見的音響和報(bào)警裝置： 1 1）峰鳴器）峰鳴器 2 2）電鈴）電鈴 3 3）角笛和氣笛）角笛和氣笛 4 4）警報(bào)器）警報(bào)器電鈴的用途不同，其聲壓級(jí)和頻率也有較大差別。例如，電話鈴聲的聲壓級(jí)和頻率只稍大于蜂鳴器，主要是在寧靜的環(huán)境下讓人注意；而用作指示上下班的鈴聲和報(bào)警的鈴聲，其聲壓級(jí)和頻率就較高，因而可用于具有強(qiáng)度噪聲的環(huán)境中。 1.1.常見的音響和報(bào)警裝置：常見的音響和報(bào)警裝置： 1 1）峰鳴器）峰鳴器 2 2）電鈴）電鈴 3 3）角笛和氣笛）角笛和氣笛 4 4）警報(bào)器）警報(bào)器角笛的聲音有吼聲（聲壓級(jí)90100dB、低頻）和尖叫聲（高聲強(qiáng)、高頻）兩種。常用作高噪聲環(huán)境中的報(bào)警裝置。氣笛聲頻率高，聲強(qiáng)也高，較適合于緊急狀態(tài)的音響報(bào)警裝置。 1.1.常見的音響和報(bào)警裝置：常見的音響和報(bào)警裝置： 1 1）峰鳴器）峰鳴器 2 2）電鈴）電鈴 3 3）角笛和氣笛）角笛和氣笛 4 4）警報(bào)器）警報(bào)器警報(bào)器的聲音強(qiáng)度大，可傳播很遠(yuǎn)，頻率由低到高，發(fā)出的聲調(diào)富有上升和下降的變化，可以抵抗其它