人耳的听觉定位原理![原创][推荐][注意][导读]

齐斌V

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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.
  实际上，一般声源发出的声波绕过聆听者的头部即会产生强度差又会产生时间差.
  
  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.
                   未完 待续

      听觉定位原理  续!

目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.

爱乐爱乐

继续啊

矮子鼻儿

太理论了……

reago

来来来!继续看理论:::::::::一、 耳朵——最精巧的话筒



说人耳是最精巧的话筒一点也不过分，这是一个把外界的声波传送到人脑的精密系统。图1是人耳的基本结构。



声波首先遇到的是耳廓，耳廓由软骨、皮下组织和皮肤构成，它象雷达天线那样就对声波起到聚焦的作用。声波通过约（2.5～3.5）厘米长的外耳道通到鼓膜，引起鼓膜振动。鼓膜的内侧叫鼓室，也就是中耳的所在。鼓室里面有空气，平时与外界环境隔绝，由耳咽管通向外面。只有当吞咽东西时耳咽管道才打开，使鼓室与外界环境保持相等的气压。



鼓膜内侧有三根串联的听小骨，鼓膜最先遇到的是砧骨，然后是槌骨和镫骨，镫骨连接着卵园窗，卵园窗后面就是内耳部分。这三根听小骨与二边的鼓膜和卵园窗以韧带铰链起来，起到声波缓冲和音量自动调节的作用。



内耳由前庭、三个半规管和耳蜗组成，里面充满着淋巴液。前庭和三个相互垂直的半规管是起人体平衡功能的，耳蜗才与听觉有关。耳蜗形状象蜗牛壳，内有作两周半螺旋形回转的蜗管。从蜗管口到底部的壁上有三万根从长至短的听辫毛，听辫毛的根部连着听神经。



声音进入耳道，振动耳膜，再经三块听小骨扩大和缓冲后，传到卵园窗，引起淋巴液振动，刺激听辫毛神经，最后由听神经把感应到的声音信息传到大脑。



除了这一通道，声音还会由外耳道壁和中耳附近的颅骨传到内耳。这种声音的传导方式叫骨传导。



了解了耳朵和听觉的关系后，你马上可以明白耳塞与头戴式耳机的区别是不可跨越的。因为耳塞根本不用人的耳廓，直接让声波去振动鼓膜。高音的韵味不同，耳塞总有直剌耳底的感觉，时间听得长一些就会受不了。骨传导在这里起不了作用,低音也好不到那里去。发烧友大多听到过“深低音要靠身体和骨头去感受” 的说法吧。



二、 耳朵的听力特性



除了听力有明显障碍的朋友，一般人并不关心自已的耳朵听力特性到底好不好。但声学专家们早就对此作过深入的研究。



图2是对人耳听力的实验数据，可听声压范围在上下二条直线之间。看来人耳听力的涵盖范围很宽，但不宜乱用。不用扩展设备的正宗交响音乐与摇滚音乐会等靠大功率音响弄大的声音是不同的，后者可以超过115dB，甚至达120dB以上，实际上早已不适合人耳。这是些对人耳残忍的音乐，想要保持良好的听力，请离远些听。实线外侧的高低声压声音没有人能听得到。高声压处的那条曲线叫最大可听阀，声压高于它人就听不到声音了。高音声压大，人会感到耳朵痛，低音声压高，耳边一片空白。《拯救大兵雷恩》中抢滩一幕就用无声来表示大声响，颇具匠心。最下面的那条曲线称最小听阀，这可不是每个人都能听到的最低声压，只有1%的人才听得到！进入成年阶段的人，大概都听不到这么轻的声音了。中间一条条虚线分别表示不同百分比人群能听到的最低声压声音，所以，一般设计考虑,应以中间那条50%的实线作最低听阀较为贴近实际。



图3是当今国际上公认的等响度曲线。所谓等响度曲线是按人耳听感响度一样时，不同频率需要的不同声压值的连线。图中每一条线都是“曲” 的，但人听时却一样响。响度的单位是“phon方”，以1kHz频率、声压40dB时的声音响度定为40方。图中可见同样是40方响度，30Hz频率的声音要有79dB的声压，而20Hz频率声音更要高达90dB，比1kHz时高出50dB，整整30000多倍！这些曲线里包含着很多有用的基本概念：



① 低音本身就难以听到，小音量时低声就更难听到



② 3kHz～5kHz是人耳最敏感的声段



③ 高音段中响度会有喘息



三、 立体感的产生机理



立体感是指除了声音的强弱、音调和音色之外的声音的方位感和纵深感，即声源的左右、上下和前后信息。这些声音的感觉是因为人有二只耳朵和复杂外形的耳廓产生的。人类听觉在水平方向的定位精度高达3-5°，最小能分辨的时间差为26-44μS。



早期人们只知道两耳定位原理，人类依靠两只耳朵接收到的同一声音的强弱不同、相位不同或时间先后不同的两种声音，经过大脑分析就会产生声源来自不同方位的感觉。人耳辨别声源的方向主要依靠时间差和声压差，高音的定位主要是靠声压差，低音的定位则靠时间差，两者的过渡区域在1.5kHz～3kHz之间。而这段范围内无论声压差还是时间差都不能提供足够的信息，定位比较困难。



后来，人们对耳廓对声音的定位作用开始重视起来，耳廓的效应和机理比两耳定位要复杂多了。全世界没有那二个人的耳廓是一模一样的，就是同一人的左右耳廓也不完全对称。不但耳廓，脸形、鼻子高低、皮肤质感、颈肩等等耳廓周围的身体部分都会使两只耳朵最终进入的声音发生差别，产生方位感和纵深感。所以，近年用了个叫头相关传输函数(HRTF)的矩阵来模拟这些因素的总影响。看来这方面的研究还刚开始，离实用尚有一段距离。前两年实验室中令人惊讶的耳机五声道系统，开发成产品LUCAS环绕声耳机处理器后，效果就大打折扣，只有15组HRTF的选择怎样可能满足千千万万的用户。只落得从几千元卖价开始，到三百来元的实际卖价贴在高档耳上，销完了事。两只音箱的立体声系统重放和仿真人头录音(把话筒塞在一个仿真人头的耳朵里录出的两声道声音) 用耳机收听都会与现场有较大的差别，也就是说，这方面的基本研究还没有完结。



人类对声音距离的判断能力相对较弱，只有50%的正确度。因为，它要靠人脑分析声源直接送到耳朵的声音与声源发出的声音在周围环境中反射后再进入人耳的声音的差别，来判断距离。声音的强弱，环境的差别，听者的经验和视觉诱导都会影响声源距离远近的正确判断。



从对人耳特性的了解，可以帮助我们正确地使用和挑选声响。



① 由于每个人的耳朵结构不同，同样设备的听感可能会不同，特别是细微的差别更显得仁者见仁，智者见智。所以与现场实际声音和听惯的设备比较，比听别人下的结论更正确。



② 音量较响时，听感总显得较好。不但低音会表现得更饱满，高音也更加明亮，音调自动展宽了。所以，比较设备务必保持同样的声压输出，别让响度掩盖了频宽的不足。



③ 不必排斥等响度控制。日常家用常常是在小音量场合，音调就会收缩，听起来不够味。等响度控制是用电子电路在小音量时有意提升一些低音或高音的成分，补偿小音量时人耳本身的弱点，使听感低音和高音得到提升。



④ 立体声设备两个声道的对称性和环境及音箱布局的对称性与声音定位关系重大，特别是水平方向人耳是十分灵敏的，更加明显。

小甲

现场需要3分贝的声压级差可分辨/1K，
而耳机只需0。3分贝就可以了，这是技术性问题。

齐斌V

耳壳效应
使单耳具有声方位判断能力的耳壳效应，其心理—生理机制目前还不十分清楚。尽管如此，耳壳效应对声音定位的作用是客观存在。实验还证明耳壳效应对4kHz一20kHz频段的辨位能力最强。

winny

santiyago

声波全息技术什么时候能够发展啊？

mm

等着吧。最少10年。

蓝色轨迹

晕