張潮有詩云：“松下聽琴，月下聽簫。澗邊聽瀑布，山中聽松風(fēng)，覺耳中別有不同。”無論對于動(dòng)物還是人類，聽聲都是很重要的事情，耳朵則是我們感知聲音的重要器官。那么，為什么當(dāng)我們捂住雙耳時(shí)也依然能聽到自已說話的聲音呢？為什么我們總覺得自己的錄音聽上去不像自己的聲音呢？為什么當(dāng)我們小心地咀嚼食物時(shí)還是感覺很吵呢？這是因?yàn)槁曇糁饕ㄟ^兩種途徑傳入內(nèi)耳，即空氣傳導(dǎo)和骨傳導(dǎo)。通常情況下，兩種傳播路徑同時(shí)運(yùn)行。只不過，我們聽到的絕大多數(shù)聲音是依靠氣導(dǎo)的方式傳入我們耳內(nèi)。
一、氣傳導(dǎo)與骨傳導(dǎo)的原理
如圖所示，人耳按結(jié)構(gòu)和功能，可以分為外耳、中耳、內(nèi)耳三個(gè)部分。
正常人耳感知聲音的基本過程如上圖藍(lán)色線條所示：聲源發(fā)出聲波——被耳廓收集——經(jīng)外耳道傳導(dǎo)——鼓膜將聲波轉(zhuǎn)換為振動(dòng)——引起聽骨鏈的機(jī)械運(yùn)動(dòng)——鐙骨底板的振動(dòng)引起前庭窗的運(yùn)動(dòng)——能量傳入了耳蝸中的內(nèi)外淋巴液，變成液體振動(dòng)——基底膜上的毛細(xì)胞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生生物電活動(dòng)——神經(jīng)沖動(dòng)通過聽神經(jīng)，延上傳神經(jīng)通路——到達(dá)聽皮層中樞——聽覺產(chǎn)生。
以上就是氣導(dǎo)的機(jī)制。與氣導(dǎo)不同，骨傳導(dǎo)是將聲音轉(zhuǎn)化為不同頻率的固體振動(dòng)，通過人的顱骨、骨迷路等結(jié)構(gòu)傳遞聲波，即直接將人體骨結(jié)構(gòu)作為傳聲介質(zhì)。其基本過程如圖中紅色線條所示：聲源產(chǎn)生聲波——引起顱骨振動(dòng)——振動(dòng)傳遞到耳蝸并引起淋巴液振動(dòng)——往后的傳輸路徑與空氣傳導(dǎo)是一致的，它對聲音的傳輸不需要外耳與中耳的參與。通常人們也并不需要利用自己的顱骨去感受聲音，但是當(dāng)外耳和中耳的病變使聲波傳遞受阻時(shí)，則可以用骨傳導(dǎo)來彌補(bǔ)聽力。
貝多芬雙耳失聰后嘗試了由喬瓦尼發(fā)明的一項(xiàng)技術(shù)，他咬著一根與鋼琴相連的棍子就可以聽到由顎骨傳來的音樂，這就是聲音的骨傳導(dǎo)原理的早期應(yīng)用。
二、骨傳導(dǎo)設(shè)備的分類
1）按聲音頻率分類，分為超聲骨傳導(dǎo)與常態(tài)骨傳導(dǎo)
超聲骨傳導(dǎo)助聽器把聲音信號(hào)調(diào)制到超聲范圍，再通過骨傳導(dǎo)的方式傳遞到人的聽神經(jīng)，主要用于全聾人或者深度耳聾患者,是替代人工耳蝸的有效方式。
常態(tài)骨傳導(dǎo)聽覺裝置把所接收到的語音信號(hào)直接轉(zhuǎn)變?yōu)檎駝?dòng)信號(hào),這是目前大多數(shù)骨傳導(dǎo)設(shè)備的傳聲原理。
2）從佩戴方式分類,可分為外部佩戴式與植入固定式兩種
外部佩戴式不需要采取手術(shù)固定方式進(jìn)行佩戴,如骨傳導(dǎo)耳機(jī)等。植入固定式骨傳導(dǎo)聽覺裝置需要通過手術(shù)植入到人體內(nèi)，使感音神經(jīng)性耳聾、傳導(dǎo)性耳聾以及混合性耳聾的患者恢復(fù)聽力。
3）按發(fā)聲原理分類，骨導(dǎo)助聽器可分為電磁式、壓電式、超磁致伸縮式三種
三、骨傳導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用
目前市場上大多數(shù)的耳機(jī)與助聽器都是利用空氣振動(dòng)的原理做成的產(chǎn)品，因此本文對氣導(dǎo)的應(yīng)用不進(jìn)行贅述。而骨傳導(dǎo)省去了部分聲波傳遞步驟，能在嘈雜的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)清晰的聲音還原，同時(shí)聲波也不會(huì)因?yàn)樵诳諝庵袛U(kuò)散而影響到他人，利用這個(gè)特點(diǎn)，人們將骨傳導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用在不同領(lǐng)域中。
骨導(dǎo)技術(shù)的具體應(yīng)用如下：
(1) 骨傳導(dǎo)助聽器
對于傳導(dǎo)性失聰（指患者耳朵中的聲音通道受阻，外界聲音無法正常的傳入，使其不能感知聲音），我們可以借助助聽器打通或重新開辟一條通道，使聲音通過振動(dòng)直接傳入人腦，再通過聽覺神經(jīng)，使失聰患者重新感知外界聲音。如今市面上的骨導(dǎo)助聽器通常分為外掛式和植入式兩種。外掛式不需要采取手術(shù)固定方式進(jìn)行佩戴，植入式助聽器通常可分為骨錨式、中耳植入式與外耳植入式等三種。
(2) 骨傳導(dǎo)麥克風(fēng)
骨傳導(dǎo)麥克風(fēng)是利用人講話時(shí)引起的頭頸部骨骼的輕微振動(dòng)來把聲音信號(hào)收集起來轉(zhuǎn)為電信號(hào)。由于聲音在骨傳導(dǎo)的損失率遠(yuǎn)低于氣導(dǎo)，它在很嘈雜的環(huán)境里也可以把聲音高清晰的傳出來，在很多需要有較強(qiáng)抗噪能力的場合下有著重要的應(yīng)用價(jià)值。例如在軍事行動(dòng)中，有時(shí)不能大聲講話，佩戴骨傳導(dǎo)麥克風(fēng)的士兵只需要發(fā)出很小的聲音就能準(zhǔn)確地傳遞指令。
華為FreeBuds系列耳機(jī)還推出了骨聲紋識(shí)別功能，將骨傳導(dǎo)麥克風(fēng)+聲紋識(shí)別結(jié)合到耳機(jī)上，使得用戶可以通過耳機(jī)完成微信支付、解鎖手機(jī)等操作。
(3) 骨傳導(dǎo)耳機(jī)
同骨傳導(dǎo)麥克風(fēng)一樣，骨傳導(dǎo)耳機(jī)也是通過顱骨的振動(dòng)將聲音傳入內(nèi)耳。因?yàn)槭桥c骨骼直接接觸，所以在堵住雙耳的情況下也可以照常清晰的聽到聲音，也可以在非常嘈雜的環(huán)境下分辨來自骨傳導(dǎo)耳機(jī)的聲音。
隨著人們運(yùn)動(dòng)健康意識(shí)的加強(qiáng)，舒適牢固、防水防汗已經(jīng)成為行業(yè)共識(shí)的產(chǎn)品基本特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，尤其對于戶外運(yùn)動(dòng)而言，需要既能聽到音樂，也能無障礙地感知外界的聲音，這樣能讓運(yùn)動(dòng)者的安全更受保障，因此，更適合在運(yùn)動(dòng)場景下使用的骨傳導(dǎo)耳機(jī)也受到了越來越多專業(yè)運(yùn)動(dòng)愛好者的青睞。
與氣導(dǎo)設(shè)備相比，骨傳導(dǎo)設(shè)備的佩戴方式無需入耳，能夠減少耳道內(nèi)的細(xì)菌滋生從而保護(hù)耳道。骨傳導(dǎo)耳機(jī)的振動(dòng)單元直接作用于顱骨，避免了因長期使用傳統(tǒng)耳機(jī)對耳朵的鼓膜造成傷害，當(dāng)然，并不是說骨傳導(dǎo)耳機(jī)開大音量且長時(shí)間使用就不會(huì)造成聽力損傷，只是危害會(huì)小很多。
但是，由于骨傳導(dǎo)的原理特性，相比于同價(jià)位氣導(dǎo)產(chǎn)品，骨導(dǎo)產(chǎn)品的傳音效果較差，還可能會(huì)存在漏音的情況，骨傳導(dǎo)技術(shù)對設(shè)備與使用者的貼合程度要求比較高，如果貼合程度不太好將大大影響音質(zhì)。
骨傳導(dǎo)技術(shù)以其獨(dú)有的優(yōu)越性在這幾年越來越受到人們的關(guān)注，如果能解決其音質(zhì)低成本高的問題，勢必會(huì)有更廣闊的市場。
參考文獻(xiàn)：
[1]趙禹,張懌翔,劉后廣,王浩,潘嘯,黃新生.外耳道與中耳腔對氣傳導(dǎo)及骨傳導(dǎo)影響的人耳有限元模型研究[J].臨床耳鼻咽喉頭頸外科雜志,2019,33(03):251-254+258.
[2]王草山.骨傳導(dǎo)技術(shù)發(fā)展綜述[J].化學(xué)工程與裝備,2016,(01):180-184.
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