从客观指标来评估人类听觉系统对声音相位的敏感程度——耳蜗神经的相锁

日常生活中，很多人吹嘘对音箱系统的相位非常敏感，即便是高频信号。

但大部分人类归根到底还是肉身，会受到各种客观物理规律限制。当然多个音箱的相位不一致导致的客观干涉不在本文讨论之列。

下面我们先看看凡人的听觉系统。

人耳的结构

• 外耳：共振腔

• 中耳：放大作用和强声保护作用

• 内耳：频谱分析作用

下面的人耳听觉系统的3D图片是我从一款解剖软件中截取出来的

内耳结构图

基底膜(basilar membrane)分析声音示意图（位置理论）

匈牙利-美国物理学家贝克西（Békésy,Georgvon）用实验验证了这个理论，写了“听觉原理”巨著，获得了1961年诺贝尔医学及生理学奖。

各种频率在基底膜上的振动模式

听神经主要由神经纤维组成，这些神经纤维支配着耳蜗内的毛细胞。它的响应是相对均匀的。每条神经纤维的频率都经过了严格的调整（与基底膜的振动模式相匹配）。

基底膜内膜有3500根神经纤维，外膜有3排神经纤维共20000根，俗称毛细胞。当声波在基底膜上振幅超过一定阈值时，产生电脉冲，经毛细胞传入大脑，感知语音。

毛细胞的立体纤毛束

有点类似于生理性质的傅里叶变换，见下图展开的动作电位，以及听神经纤维的动作。

每条听觉神经纤维仅对狭窄的频率范围做出响应

耳蜗神经纤维向低频声音的放电不是随机的；它们发生在特定时间（相锁）。即对低频信号，人耳对相位是比较敏感的。

从上图来看，以客观的听神经来说，对于单一频率的正弦波，频率在2kHz以上的，基本没有细胞电位和音频之间的相锁（phase lock）。也就是毛细胞不再根据正弦波的不同相位改变自身的电位，此时听觉系统不再编码声音的相位，而只编码幅值。

所以2kHz以上的正弦波的相位对人耳而言，基本是没有意义的。包括双耳听觉的相位在高频也是没有意义的。这就是为什么经常使用双耳时间差，而不是双耳相位差的原因之一。

来源：声学号角