私たちの耳は音の方向をどのように判断しているのでしょうか
聴覚の機能の 1 つは、物の方向を判断することです。私たちの耳は、音がどこから来ているかを大まかに知ることができます。
それぞれの目の網膜には約 100 万個の神経節細胞があり、視覚的に言えば、物がどこにあるかを伝えるための情報チャネルが約 200 万あります。しかし、聴覚に関しては、左右の耳の鼓膜という 2 つのチャネルしかないことがネックになります。音波を振動させて音の発生源を特定しようとすることは、湖の端に 2 つの装置を置いて湖の波紋を捉え、湖に何隻のボートがいるのか、どこにあるのかを判断するようなものです。その困難さは容易に想像できる。
私たちの脳は、さまざまな方法でこの問題を解決します。以前に簡単な紹介文を書きました。
人間の聴覚系における単一音源の定位。
音源に最も近い耳が最初に音を聞くことができ、両方の耳に届く音の時間差を利用して音源の位置を特定できます。この種の情報は両耳時間差と呼ばれます。
音源に近い耳にはより多くの音が聞こえますが、これをバイノーラル音レベル差といいます。
この情報を使用すると、いつでもサウンド レベルでサウンドを特定できます。低周波はその差に依存します。この高周波の音は音圧レベルの差に依存します）。
しかし、この位置付けは曖昧です。音は表面だけで発生するものではなく、前方や上下からも発生することがあります。45°の音であってもなくても、バイノーラル音レベルでの時間差はまったく同じです。これら 2 つの情報を正しく使用すると、「二重円錐」が形成されます。OK、曖昧さを減らすために追加情報を使用します
垂直面内でサウンドを定位させたい場合は、サウンドのスペクトル情報を使用する必要があります。音が伝わる方向は、外耳 (「耳」とも呼ばれますが、専門用語では「耳介」) で音がどのように反射するかに影響します。さまざまな周波数の音は、音源の方向に応じて強調または減衰されます。さらに、私たちの両耳の形状はわずかに異なるため、音への影響も異なり、音のスペクトル情報に基づいた判断が容易になります。
脳の主な判断は両耳の時間差に基づいています。他の情報が競合する場合、この情報が優先されます。垂直面の情報を提供するスペクトル情報は不正確であり、誤解を招くことがよくあります。
この定位が曖昧であるからこそ、私たちは音を聴くときに頭を向けてしまうのです。音源に関する複数の情報を常に読み取ることで、この不確実性をカバーし、音がどこから来たのかを判断するための包括的で補完的な証拠ベースを確立できます。たとえば、鳥は私たちと同じように、音の位置の不確実性を減らすために、時には昆虫の鳴き声を聞きながら頭を回し続けます。
サウンドに含まれる情報が多いほど、見つけやすくなります。したがって、異なる周波数の音を含むノイズを見つけやすくなります。これが、従来のように純音信号を使用するのではなく、広帯域のホワイト ノイズを車の警笛に追加する理由です。
エコーはさらに誤解を招く要因です。エコーの処理方法を調べることで、音の定位の複雑さをよく理解できます。部屋、会場、渓谷など、ほとんどの環境ではエコーが発生します。
単一の音がどこから来ているかを知ることは、ましてや、さまざまな方向からやってくるさまざまな音響、反射、およびその残響を区別することは非常に困難です。しかし幸いなことに、聴覚システムには、この位置の誤判断による障害を軽減するための特別なメカニズムが備わっています。
原音とエコーが非常に短時間で耳に届くと、脳はそれらをグループに結合し、最初の原音だけがグループ全体を代表します。これは、優先効果としても知られるハス効果で簡単に実現できます。
ハース効果の音の時間差の閾値は30～50ミリ秒です。2 つの音声の到達時間差がこのしきい値を超えると、2 つの場所から 2 つの音声が聞こえることになります。これは通常エコーと呼ばれるものです。エコーを発生させ、スレッショルド以上から以下までの時間差を短くすることで、このエフェクトの効果を実感できます。
ハース効果を体験するには、巨大な壁（天壇のエコーウォールなど）で手を叩いてみてください。壁から10メートルほど離れたところに立って、手をたたいてください。この距離では、原音と手拍子によるエコーとの時間差は50ミリ秒を超えます。したがって、2つの声が聞こえます。
さあ、壁に向かって拍手を続けてください。壁から約 5 メートル離れると、元の音とエコーの間の時間差は 50 ミリ秒未満になります。これら 2 つの音は聞こえなくなります。原音とエコーが融合し、原音の方向からの音のように見えます。この時点では、優先効果が役割を果たしています。もちろん、これは音の位置をより正確に特定するために使用される多くのメカニズムの 1 つにすぎません。
いずれにせよ、聴覚は音の発生源をすぐに大まかに知ることができるので、戻って対処するだけで十分です。
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投稿日時: 2022 年 10 月 22 日