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人听到声音为什么会分辨出前后左右?

人听到声音为什么会分辨出前后左右? 声学楼论坛
2020-05-08
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导读:辨识声源位置有两个重要的线索:空间线索Spatial cue和频率线索Spectral cue。

人听到声音为什么会分辨出前后左右?


比如有人在背后喊我,我会知道声音是从背后传来的,这个是先天的还是后天的,非常疑惑。


辨识声源位置有两个重要的线索:空间线索Spatial cue和频率线索Spectral cue。


空间线索

瑞丽老爷子又出现了,他在1906年提出的Duplex Theory,描述双耳声音定位原理。空间线索包括双耳时间差Interaural time difference (ITD) 和双耳强度差Interaural level difference (ILD) ,前者适用于低频声音,后者适用于高频。


低频时(~80Hz<波长<~800Hz),声音在脑袋发生衍射,所以左右耳接收到的声音大强度上差异不大;但是人可以通过相位差,也就是声音到达双耳的时间差来辨别方位;


高频时,由于波长太短,ITD已经是N倍波长,所以无法通过ITD来判断方位;然而这时候脑袋大的好处是,如果声音从侧面传来,会阻挡往另一只耳朵传,所以声音强度差很明显。

左:HRIR (Hear-related impulse response);右:HRTF (Head-related transfer function) ,也就是大家熟悉的头部相关传递函数 [Institute of Technical Acoustics, RWTH Aachen University]

然而,空间线索只能比较好的解释在两边的声源或者是水平面声源的定位问题,比如人耳要比我们想象的厉害。


频率线索

人的头、耳朵、肩膀这一区域对声音有空间滤波作用。我在之前的文章提到过

人是怎么感知声音频率高低的?

比如,闭上眼睛,一个高频声音分别在前后方播放,由于耳廓的特殊形状,声音在耳廓上发生的反射不同,导致传导到内耳的声音不一样,因此人能判定声音的前后位置。这个叫做spectral cue。当然这只是对于高频声音,在低频由于波长很大,闭上眼睛人很难分清前后。

还有个很好玩的例子

用Spectral cue猎杀无人机


频率线索能帮我们部分解决高频的cone of confusion的问题。

cone of confusion:声音在圆锥体的图示圆锥体的横截面的各个同心圆上,会让人辨别困难。
[https://www.researchgate.net/publication/257764036_Virtual_Audio_Systems/figures?lo=1&utm_source=google&utm_medium=organic]



不过,最快速有效的办法还是——让我们尽情摇摆!

转一下头,什么front-back confusion,cone of confusion都解决了


改变各种cue,声音突然听起来,很Q、很有辨识度呢!


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文章转载自:子鱼说声学

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“声学楼”创办于2005年,致力于促进声学领域技术交流与应用。历经多年发展,声学楼已从一个单纯声学工程师交流平台,成长为音频企业上下游多方参与音频技术专业论坛之一,每年还通过举办技术研讨会、年会等活动,搭建起与会的行业供需双方沟通的桥梁。
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