聴覚の生物物理学II：中耳

🧠 中耳の本質は、空気から内耳液 inner ear fluid 内耳液（inner ear fluid） inner ear fluid（内耳液） へのインピーダンス不整合 impedance mismatch インピーダンス不整合（impedance mismatch） impedance mismatch（インピーダンス不整合） を補い、界面での反射を減らすことにある。 鼓膜と卵円窓 oval window 卵円窓（oval window） oval window（卵円窓） の面積差や耳小骨系は寄与するが、伝達利得 gain 利得（gain） gain（利得） は周波数依存的で、固定倍率の単純な変圧器ではない。¹

外耳から届いた鼓膜振動を内耳液 inner ear fluid 内耳液（inner ear fluid） inner ear fluid（内耳液） へ渡す際、中耳は音響インピーダンスacoustic impedance音響インピーダンス（acoustic impedance）acoustic impedance（音響インピーダンス）の不整合による反射を軽減する。

なぜ増圧が必要か

空気は音響インピーダンス acoustic impedance 音響インピーダンス（acoustic impedance） acoustic impedance（音響インピーダンス） が低く、内耳液inner ear fluid 内耳液（inner ear fluid）inner ear fluid（内耳液） は高い。鼓膜の振動をそのまま液体へ当てると多くが反射され、エネルギー伝達が悪い。中耳は大きい鼓膜へ加わる力を小さい卵円窓 oval window 卵円窓（oval window） oval window（卵円窓） へ集中する。

同じ力なら面積が小さいほど圧力は大きく、ツチ骨malleus ツチ骨（malleus）malleus（ツチ骨） ―キヌタ骨 incus キヌタ骨（incus） incus（キヌタ骨） のてこ作用も寄与する。ただし実際の伝達は鼓膜形状、耳小骨関節、蝸牛負荷などにも左右される。

flowchart TD
  A["鼓膜の大面積"] --> B["耳小骨が力を伝達"]
  B --> C["てこ作用で力が増加"]
  C --> D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='oval window'>卵円窓</span>の小面積へ集中"]
  D --> E["周波数依存の圧力・速度変換"]
  E --> F["反射を減らして<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cochlear fluid'>蝸牛液</span>へ伝達"]

⭐ 中耳増幅はエネルギーを新しく作るのではなく、変位を小さくして力・圧力を高めるインピーダンス impedance インピーダンス（impedance） impedance（インピーダンス） 整合である。

卵円窓oval window 卵円窓（oval window）oval window（卵円窓） に入力された圧力は基底膜の進行波 traveling wave進行波（traveling wave） traveling wave（進行波）へ変換される。したがって中耳の役割は増幅器 amplifier 増幅器（amplifier） amplifier（増幅器） というより、空気中の振動を液体中の振動へ効率よく受け渡す整合器である。

まとめ

• 中耳は空気―内耳液 inner ear fluid 内耳液（inner ear fluid） inner ear fluid（内耳液） 間のインピーダンス不整合 impedance mismatch インピーダンス不整合（impedance mismatch） impedance mismatch（インピーダンス不整合） を補う。
• 面積比・てこ作用・鼓膜と耳小骨の周波数依存特性がインピーダンス impedance インピーダンス（impedance） impedance（インピーダンス） 整合に寄与する。
• 卵円窓oval window 卵円窓（oval window）oval window（卵円窓） への入力と正円窓 round window 正円窓（round window） round window（正円窓） の逃げが内耳液 inner ear fluid 内耳液（inner ear fluid） inner ear fluid（内耳液） 振動を可能にする。