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听觉定位原理!

来源:网络整理 时间:2017-02-27 21:05 点击:

声音可以由声波传到人的两耳时所具有的强度差(声级差),时间差(相位差),音色差来区别.这些差别作用与人的中枢神经系统,使中枢神经系统对声音传来的方向做出心理判断.这就是我们所说的"听觉定位".强度差,时间差,音色差是听觉定位的三到要素.当一声源发声时,由于聆听者自身头部的屏蔽作用,声源到两耳的距离一般来说并不相等.因此到达2耳的声音也就不完全相同,而是具有一定的强度差和时间差.一般我们近似的把人头当做一个球体来处理,对于一般人来说2耳间距为17厘米左右.
对于纯音来说,由于声音到达双耳时存在时间差.声音绕过聆听者的头部以后,在双耳产生的声音响度差不仅与入射角有关,而且还是频率的函数.
  频率低于300赫兹时,由于波长很长,声波可以不受阻挡的绕过人的头部,在左耳和右耳产生相等的声压这样双耳感觉到的声波强度差几乎为零

 
  究竟哪一项差值在声源定位中起主导作用呢?

  目前这个问题尚无定论.起初有人认为是时间差起主要作用,但实验证明,上述结论当频率在1KHZ以下时非常明显是正确的,但频率再高时情况就不同了.随着频率的升高,聆听者双耳产生的时间差也随之增加,甚至可能出现一个相位差对应几种不同的声音入射方向,难以判断相位超前还是落后,因此声源无法定位.另外一些人认为强度差在声源定位中是主导因素,这对高频声音定位容易解释.但如前所述,频率在300HZ以下的声音利用强度差却无法定位.
前对这个问题的解释,比较流行的说法是:声波在聆听者两耳产生的时间差,可以作为低频和中频定位的主要依据,强度差可以作为高频定位的主要依据。需要指出的是对于3KHZ附近的过度频率范围,无论是相位差还是强度差这两个因素均难于解释声音的定位作用。事实上在这一频率范围内人耳的定位作用也差。
实验还证明,对于位于聆听者前面的声源,水平面上声音定位的准确度一般是10到15度;对于聆听者后面的声源定位精度要低的多,这可以用耳朵的屏蔽效应解释。不同的人听觉的灵敏度不同,对声源定位的精确度也不同。听觉灵敏的人(例如乐队指挥)对其前面声源定位的精度可以达到3度,对声音强度差的判断可达1DB!
人耳对声音高度(仰角)的定位原理,目前还不太清楚,曾经有人认为,人对声源方位仰角的判断很迟钝,也有人认为人的听觉能力仅限于水平面,对仰角的判断是依靠都部微小的转动实现的.近来还有人提出单耳效应对垂直定位很重要.我个人认为,应该是响度差,相位差和反射声混响声共同作用的结果,而且每个频率他们各自的作用都不同.关于深度定位,聆听者听到的直达声和间隔声(包括室内前期反射声与混响声)的强度对比是一个重要因素。顺便指出,人对声源的定位,除了听觉的生理作用以外,还涉及到心理作用。目前有人提出的"心理声学效应"就将声学和心理学进行了联系.

精彩评论:

对高频声的定位还要考虑到人头外形的影响引起的散射和衍射效应。

“实验还证明,对于位于聆听者前面的声源,水平面上声音定位的准确度一般是10到15度;对于聆听者后面的声源定位精度要低的多,这可以用耳朵的屏蔽效应解释。"
从外耳形状来看屏蔽作用很有限,对于高频可能明显一些,但对于中低频可能没有什么作用。后方定位会低到什么程度,不知道有没有定量的分析。
人耳可以辨别左右但不分前后(原因很简单,因为耳朵长在头两侧),人对前后声音的定位其实是用视觉来完成的。我在作实验中用人工头来录音,声源在人工头正前方。回放时,声音响起,下意识就会向后看,换了多个人试听结果都一样。因为前面看不到声源,又无法分清前后,就会认为声音来自后面。

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