Как наше ухо определяет направление звуков
Одна из функций слуха – определение ориентации предметов.Наши уши могут дать нам приблизительное представление о том, откуда исходит звук.
В сетчатке каждого глаза имеется около миллиона ганглиозных клеток, и визуально говоря, у нас есть около двух миллионов каналов информации, позволяющих определить, где что находится.А вот для слуха узким местом является то, что у него всего два канала: барабанные перепонки левого и правого уха.Попытка определить источник звука с помощью вибрирующих звуковых волн подобна размещению двух устройств на берегу озера, которые улавливают рябь на озере и определяют, сколько лодок на озере и где они находятся.Можно себе представить, насколько это сложно.
Наш мозг решает эту проблему несколькими способами.Ранее я уже писал краткое введение к нему.
Локализация одиночного источника звука в слуховой системе человека.
Ухо, ближайшее к источнику звука, может услышать звук первым, а разницу во времени между звуком, достигающим двух ушей, можно использовать для определения местоположения источника звука.Этот тип информации называется бинауральной разницей во времени.
Уши, находящиеся рядом с источником звука, слышат больше звука, что называется бинауральной разницей уровней звука.
Эту информацию можно использовать для определения местоположения звука на уровне звука в любой момент: от разницы зависит низкая частота;Звук с такой высокой частотой зависит от разницы уровней звука).
Однако такое позиционирование неоднозначно.Поскольку звук возникает не только на поверхности, он может возникать спереди или вверху и внизу.Звук 45° или нет, разница во времени на уровне бинаурального звука у них совершенно одинаковая, вы будете правильно использовать эти две информации, они образуют «двойной конус».Хорошо, мы будем использовать дополнительную информацию, чтобы уменьшить двусмысленность.
Если вы хотите локализовать звук в вертикальной плоскости, вам необходимо использовать спектральную информацию звука.Направление распространения звука влияет на то, как он отражается во внешнем ухе (также известном как «ухо», но его технический термин — «ушная раковина»).Звуки разных частот усиливаются или ослабляются в зависимости от направления источника звука.Кроме того, форма наших двух ушей немного различается, поэтому влияние на звук также различно, что более способствует вынесению суждений на основе спектральной информации звука.
Основное суждение мозга основано на бинауральной разнице во времени.Когда другая информация конфликтует друг с другом, эта информация является доминирующей.Спектральная информация, предоставляющая информацию о вертикальной плоскости, является неточной и часто вводит в заблуждение.
Именно из-за неоднозначности такого позиционирования мы поворачиваем голову, слушая звук.Постоянно читая множество фрагментов информации об источнике звука, мы можем скрыть эту неопределенность и создать всеобъемлющую и дополняющую доказательную базу, позволяющую определить, откуда может исходить звук.Например, птицы, как и мы, продолжают поворачивать головы, иногда под звуки насекомых, чтобы уменьшить неопределенность положения звука.
Чем больше информации содержит звук, тем легче его найти.Поэтому шум, содержащий звуки разных частот, легче обнаружить.Это причина добавления широкополосного белого шума к свистку автомобиля вместо использования чистого тонального сигнала, как раньше.
Эхо является еще более вводящим в заблуждение фактором.Мы можем получить хорошее представление о сложностях локализации звука, изучая, как мы обрабатываем эхо.Большинство сред, включая комнаты, площадки, долины и т. д., создают эхо.
Достаточно сложно определить, откуда исходит тот или иной звук, не говоря уже о том, чтобы различить различную акустику, отражения и их реверберацию, приходящие на вас с разных направлений.Однако, к счастью, слуховая система имеет специальные механизмы для смягчения этого нарушения, связанного с неправильной оценкой положения.
Когда исходный звук и эхо за очень короткое время достигнут ваших ушей, мозг объединит их в группу, и только первый оригинальный звук будет представлять всю группу.Это легко реализуется в эффекте Хасса, также известном как эффект приоритета.
Пороговое значение разницы во времени звука для эффекта Хааса составляет 30-50 миллисекунд.Если разница во времени между появлением двух голосов превышает этот порог, вы услышите два голоса, исходящие из двух мест.Это то, что мы обычно называем эхом.Создавая эхо и сокращая разницу во времени сверху и снизу порога, вы почувствуете влияние этого эффекта.
Попробуйте хлопнуть в ладоши по огромной стене (например, по Стене Эха Храма Неба), чтобы ощутить эффект Хааса.Пожалуйста, встаньте на расстоянии примерно 10 метров от стены и хлопните в ладоши.На таком расстоянии разница во времени между исходным звуком и эхом, создаваемым хлопками в ладоши, превысит 50 миллисекунд.Итак, вы услышите два голоса.
Теперь подойдите к стене и продолжайте аплодировать.На расстоянии около 5 метров от стены — разница во времени между исходным звуком и эхом менее 50 миллисекунд — вы больше не услышите эти два звука.Исходный звук и эхо слились воедино, и они кажутся звуком со стороны исходного звука.На этом этапе играет роль эффект приоритета.Конечно, это лишь один из многих механизмов, помогающих лучше локализовать звук.
В любом случае слух может быстро и примерно подсказать нам источник звука, и нам достаточно вернуться и разобраться с ним.
Гуандун Нанди Янлун Technology Co., Ltd.
Время публикации: 22 октября 2022 г.