广告

从无意识歪头,谈人耳如何精准辨别声源方位?

2016-08-08 网络整理 阅读:
无论是竖直方向上的声源,还是正前方与正后方声源,都具备同一个特征——即无法提供双耳差线索。这样的声源是如何被人耳定位的?

在体验VR游戏时,3D音效可使玩家感受到声音的远近和方位;另外,在影视剧中经常能看到演员用抖动耳朵,来表现分辨声源。那么在现实中呢?细心的朋友应该会注意到,大家听声辨位时经常会不自觉地将头轻歪,这是为什么呢?小编闲着的时候特地在大知乎上搜了一下“人耳如何辨别声源方位”,果然有相关的问答,而且令小编忍不住抱拳的是回答者不仅专业详细,还图文并茂,大知乎果然人才辈出!小编特地整理了一下两位用户的回答,分享给大家。1jvednc

知乎用户夏晓昊:无论是来自于实验结果,还是人类的实际经验,都可以得出一个很简单的结论——即神经系统通过对比同一个音源到达两耳之间的时间差(Interaural Time Difference,简称 ITD)以及强度差(Interaural Intensity Difference,简称 IID),就可以判断出声源在水平方向上的位置。1jvednc

对人耳空间定位(包括水平定位以及竖直定位)更细致的研究表明: 1jvednc

●低频(1.5KHz以下)的情况下,主要是 ITD 在对声音定位起主要作用;1jvednc

●中频(1.5K-4KHz范围内)的情况下,主要是 ITD 和 IID 共同作用;1jvednc

●中高频(4KHz-6KHz范围内)的情况下,主要是 IID 起作用;1jvednc

●高频(6KHz以上)的情况下,则是耳廓对声波的散射引起的干涉效应起作用。1jvednc

但无论是竖直方向上的声源,还是正前方与正后方声源,都具备同一个特征——即无法提供双耳差线索。这样的声源是如何被人耳定位的?1jvednc

知乎用户胡痴儿2.0图文并茂地解释道:一切声音定位的基础都是左右耳定位。左右定位是基础,上下定位是辅助。1jvednc

2016072400054 1jvednc

左右定位有两种方式:1jvednc

1、通过时间差定位1jvednc

第一种是通过声音的时间差,比如一个声音如果从左边来,那么左耳先听到它,于是做出判断:『哟,原来你在我靠左的位置』。1jvednc

2016072400055 1jvednc

局限:1jvednc

如果频率超过1500hz的声音,波长小于人的头部尺寸的一半,你的左右耳无法分辨出哪个先到达你的耳朵。1jvednc

所以这时,只能通过双耳听到的不同音量大小来分辨方向了。1jvednc

2016072400056 1jvednc

2、通过声源的大小定1jvednc

如果右边的声音大,左边的声音小,我们就判断声源更靠近右边一些;而如果左右两边的音量大小越接近,那么我们会感觉声音越接近『中心』。1jvednc

2016072400057 1jvednc

局限:1jvednc

在500-800hz之间的声音(波长刚好比头部大一倍),我们的耳朵很难分辨出哪只耳朵听到的声音更大一些,所以用『双耳听到不同音量以分辨声源的方向』这种方法失效了。1jvednc

所以我们只能根据『左右耳听到的时间差』来辨认声音的方向。1jvednc

2016072400058 1jvednc

3、HRTF(什么是人头录音?)1jvednc

这时可以用到HRTF,比如上面来的声音会被肩膀所反射,身体下面来的声音则会被肩膀和身躯所遮挡。1jvednc

比如头部对声音的遮挡,消掉了一部分低频。1jvednc

2016072400059 1jvednc

所以经过身体『滤波』后,便可以用双耳听到不同大小的声音来分辨声音的方向。1jvednc

2016072400060 1jvednc

二、声音的前后定位1jvednc

当声音位于正前方或者正后方时。1jvednc

2016072400061 1jvednc

这两个声音你左右耳听起来音量一样大,并且同时被你听到。1jvednc

你便无法区分它们是前面传来的还是后面传来的。1jvednc

2016072400062 1jvednc

1. 滤波器(filter)对声音的反射和遮挡1jvednc

每个人的耳朵都是不同的(特别是外耳的形状),它们是一个个特殊的滤波器(filter)。1jvednc

就像听觉上的『指纹』1jvednc

2016072400063 1jvednc

声波达到我们耳朵时会被耳朵的pinna反弹,导致回响共振(resonance)。1jvednc

而每个人的pinna因为形状各异,所以反弹的方向也都不太相同。1jvednc

就像滤波器(filter)一样,滤掉了某些声音。1jvednc

比如你耳朵后面传来一个声音,被你耳朵挡掉了一部分。1jvednc

2016072400064 1jvednc

2、头部转动1jvednc

当你实在无法分辨声音的方向时,转动你的头部吧~1jvednc

(这一点和视觉一样,当我们看到的东西无法区分前后时,也需要转动头部引发透视变化,从而判断视觉上的前后关系。)1jvednc

当你转动头部时,声源和耳朵的位置关系改变了,所以双耳通过『时间差』和『音量差』分辨声音方向的能力又回来了。1jvednc

2016072400065 1jvednc

如图,右边的图是她轻轻扭头,这时A和B相对于你的头部的位置发生了一些改变。1jvednc

你马上能分辨他们的位置了:『咦,你听,B的D1比D2近,所以B在左边,而A的D1比D2远,所以A在右边』然后转过头来,即刻就明白了A和B的前后关系。1jvednc

2016072400066 1jvednc

垂直方向上同理,如果没办法区分声音的音源是来自上面还是来自下面,微微倾头,左耳向下右耳向上,D1比D2短,所以声音在你的上方。1jvednc

2016072400067 1jvednc

总结:1jvednc

综合上述由于人体的构造原理,被人耳所能接受到的声音会受到耳廓,肩部以及头部构造的影响——一部分声音在传播过程中,遇到人体阻挡时会发生衍射、散射,并与直达耳道的声音在耳道口的位置发生干涉,从而影响到进入人耳的声音频谱;1jvednc

另一方面,录音师 @阚欧礼 老师也曾提到过,人耳在判断声源位置时会无意识地扭动头部——而这一过程会造成一定的双耳差线索(例如当声源在正前方时,向左轻微扭动头部,则右耳会离声源更近,左右耳之间形成一定的 ITD 与 IID),从而帮助人耳进行声源定位。1jvednc

20160724000531jvednc

换句话说,此时之所以能够定位,是来自于神经系统对单耳接收到的声音进行特征分析和识别从而得出的结论。其中甚至会包括来自于联想和以往经验的要素在起作用,故实际过程非常复杂。1jvednc

但是在研究过程中,科学家发现一种动物的听觉定位系统很有意思,该动物就是仓鸮。仓鸮的两只耳朵并不在同一个高度上,而是左耳朝下,右耳朝上。在捕捉猎物时,通过 ITD 来判断声源水平位置,通过 IID 来判断声源竖直位置。NASA 有本书中对此现象的推测是:仓鸮之所以进化出了这样的耳朵是因为他们的食物在半空中,而人类的耳朵始终保持在一个水平面上的原因则是因为人类的猎物/威胁则一直呆在地面上。1jvednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
您可能感兴趣的文章
  • 商务部暂停天然砂对台湾地区出口,台积电难受了 据EDN电子技术设计了解,商务部网站8月3日早晨8点发布最新消息,表示将从即日起暂停天然砂对台湾地区出口。不少网友认为暂停天然砂对台湾地区的出口,此举将严重影响台湾的建筑业,实则影响不仅仅如此。台湾地区天然砂进口量的90%以上来自大陆,而台湾芯片占台湾2021年出口额的34.8%。网友称商务部暂停天然砂对台湾地区出口是捏到了台湾半导体制造业的七寸。
  • 波兰网友拆德国产电源插排,内部竟是中国制造?! 本文将会介绍LogiLink LPS262U电源插排(接线板)——包含三个USB端口和两个Schuko插座——的内部结构及其简短测试。
  • 华盛顿大学首创用人体热能为可穿戴电子设备供电 从健康和健身追踪器到虚拟现实设备,可穿戴电子产品已成为我们日常生活的一部分,但找到持续为这些设备供电的方法是一项挑战。华盛顿大学的研究人员开发了一种创新的解决方案:首创的柔性、可穿戴热电设备,可将体热转化为电能。
  • 深圳允许完全自动驾驶车辆上路,主驾无需坐人 据EDN电子技术设计引援央视财经报道,从8月1日开始,《深圳经济特区智能网联汽车管理条例》正式实施,智能网联汽车列入国家汽车产品目录或者深圳市智能网联汽车产品目录,这也让深圳成为了国内首个允许L3级别自动驾驶车辆合法上路的城市。
  • 理想ONE高速起火烧成光架,其1.2T三缸增程器曾被指隐藏 近期,网络平台上发布了一段理想ONE在行驶过程中,车辆出现起火的视频内容。现场拍摄的灭火后图片显示,该轿车过火后仅剩骨架,车辆前部增程器位置受损严重,车辆尾门已经在过火后从车身主体脱落。此前,曾有国内汽车媒体对一台行驶了10万公里的理想ONE的东安1.2T三缸增程发动机进行拆解,被指隐藏暗病。
  • 仿真器智能,工程师更聪明! 不要过度依赖SPICE仿真器的自动设定,因为过度相信自动化有时可能引发错误。请记得:仿真器智能,工程师更聪明!
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告
    向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了