我們的耳朵如何判斷聲音的方向
聽覺的功能之一是確定事物的方向。我們的耳朵可以讓我們大致了解聲音的來源。
每隻眼睛的視網膜中大約有一百萬個神經節細胞，從視覺上來說，我們有大約兩百萬個信息通道來告訴物體在哪裡。但對於聽力來說，瓶頸在於它只有兩個通道：左耳和右耳的耳膜。試圖通過振動聲波來定位聲音的來源，就像在湖邊放置兩個設備來捕獲湖中的漣漪，從而確定湖上有多少艘船以及它們在哪裡。其難度可想而知。
我們的大腦通過多種方式解決這個問題。我之前寫過一個簡單的介紹。
人類聽覺系統中的單一聲源定位。
離聲源最近的耳朵最先聽到聲音，根據聲音到達兩耳的時間差可以判斷聲源的位置。這種類型的信息稱為雙耳時間差。
靠近聲源的耳朵聽到的聲音較多，稱為雙耳聲級差。
該信息可用於隨時定位聲音在聲級上的位置：低頻取決於差異；這種高頻的聲音取決於聲級差異）。
然而，這種定位是模糊的。因為聲音不僅僅發生在表面，它也可能發生在前面或上下。45°發聲與否，它們在雙耳聲級上的時間差是完全一樣的，你會正確地使用這兩個信息，它們形成一個“雙錐”。好的，我們將使用附加信息來減少歧義
如果想要在垂直平面上定位聲音，則需要使用聲音的頻譜信息。聲音傳播的方向會影響它在外耳（也稱為“耳朵”，但其技術術語是“耳廓”）中的反射方式。不同頻率的聲音根據聲源的方向而增強或減弱。另外，我們兩隻耳朵的形狀略有不同，這樣對聲音的影響也不同，這更有利於根據聲音的頻譜信息進行判斷。
大腦的主要判斷是根據雙耳時間差。當其他信息相互衝突時，該信息占主導地位。提供垂直平面信息的光譜信息不准確並且常常具有誤導性。
正是因為這種定位的模糊性，讓我們在聽聲音的時候轉過頭來。通過不斷讀取有關聲源的多條信息，我們可以覆蓋這種不確定性，並建立全面且互補的證據基礎來確定聲音可能來自哪裡。例如，鳥類不斷轉動頭部，有時是昆蟲的聲音，就像我們一樣，以減少聲音位置的不確定性。
聲音包含的信息越多，就越容易定位。因此，包含不同頻率聲音的噪聲更容易定位。這就是為什麼要在車輛鳴笛中添加寬帶白噪聲，而不是像過去那樣使用純音信號。
迴聲是一個更具誤導性的因素。通過檢查處理迴聲的方式，我們可以很好地理解聲音定位的複雜性。大多數環境，包括房間、場地、山谷等，都會產生迴聲。
辨別單一聲音從何而來已經夠困難的了，更不用說區分從不同方向傳來的各種聲學、反射及其混響了。然而幸運的是，聽覺系統有特殊的機制來減輕這種位置誤判的干擾。
當原始聲音和迴聲在很短的時間內到達你的耳朵時，大腦會將它們組合成一組，並且只有第一個原始聲音才能代表整個組。這在哈斯效應（也稱為優先效應）中很容易實現。
哈斯效應的聲音時間差的閾值是30-50毫秒。如果兩個聲音到達的時間差超過這個閾值，你就會聽到來自兩個地方的兩個聲音。這就是我們通常所說的迴聲。通過創建迴聲並縮短從高於閾值到低於閾值的時間差，您將感受到這種效果的影響。
嘗試對著巨大的牆壁（如天壇回音壁）拍手，體驗哈斯效應。請站在離牆10米左右的地方拍手。在這個距離下，原始聲音與拍手產生的迴聲之間的時間差將超過50毫秒。所以，你會聽到兩種聲音。
現在走到牆邊繼續鼓掌。距離牆壁約5米——原聲與迴聲的時間差小於50毫秒——你將不再聽到這兩種聲音。原音和迴聲已經融合，似乎是從原音方向傳來的聲音。此時，優先效應就發揮了作用。當然，這只是用於幫助更好地定位聲音的眾多機制之一。
無論如何，聽覺能夠快速、粗略地告訴我們聲音的來源，足以讓我們回去處理。
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發佈時間：2022年10月22日