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人耳是怎麽區分前後和上下的?

2012-11-12數碼

這是一個好問題。因為之前對此我也有些困惑,所以專門查過一些相關資料[1],希望能幫到你。

無論是來自於實驗結果,還是人類的實際經驗,都可以得出一個很簡單的結論——即神經系統透過對比同一個音源到達兩耳之間的時間差(Interaural Time Difference,簡稱 ITD)以及強度差(Interaural Intensity Difference,簡稱 IID),就可以判斷出聲源在水平方向上的位置。

對人耳空間定位(包括水平定位以及豎直定位)更細致的研究表明:

  • 低頻(1.5KHz以下)的情況下,主要是 ITD 在對聲音定位起主要作用;
  • 中頻(1.5K-4KHz範圍內)的情況下,主要是 ITD 和 IID 共同作用;
  • 中高頻(4KHz-6KHz範圍內)的情況下,主要是 IID 起作用;
  • 高頻(6KHz以上)的情況下,則是耳廓對聲波的散射引起的幹涉效應起作用。
  • 但無論是豎直方向上的聲源,還是正前方與正後方聲源,都具備同一個特征——即 無法提供雙耳差線索 。這樣的聲源是如何被人耳定位的?

    一方面,由於人體的構造原理,被人耳所能接受到的聲音會受到耳廓,肩部以及頭部構造的影響——一部份聲音在傳播過程中,遇到人體阻擋時會發生繞射、散射,並與直達耳道的聲音在耳道口的位置發生幹涉,從而影響到進入人耳的聲音訊譜;

    另一方面,錄音師 @闞歐禮 老師也曾提到過,人耳在判斷聲源位置時會無意識地扭動頭部——而這一過程會造成一定的雙耳差線索(例如當聲源在正前方時,向左輕微扭動頭部,則右耳會離聲源更近,左右耳之間形成一定的 ITD 與 IID),從而幫助人耳進行聲源定位。

    換句話說,此時之所以能夠定位,是來自於神經系統對單耳接收到的聲音進行特征分析和辨識從而得出的結論。其中甚至會包括來自於聯想和以往經驗的要素在起作用,故實際過程非常復雜。

    但是在研究過程中,科學家發現一種動物的聽覺定位系統很有意思,該動物就是倉鸮。倉鸮的兩只耳朵並不在同一個高度上,而是左耳朝下,右耳朝上。在捕捉獵物時,透過 ITD 來判斷聲源水平位置,透過 IID 來判斷聲源豎直位置。NASA 有本書[2]中對此現象的推測是:倉鸮之所以前進演化出了這樣的耳朵是因為他們的食物在半空中,而人類的耳朵始終保持在一個水平面上的原因則是因為人類的獵物/威脅則一直呆在地面上。(那如果未來人類能夠長久居住在太空中,是不是女孩子們都可以前進演化成貓兒娘呢? XD)

    [1]【虛擬聽覺空間實作中與頭相關傳遞函數的特征分析和高效建模】

    [2] http:// citeseerx.ist.psu.edu/v iewdoc/download?doi=10.1.1.20.8443&rep=rep1&type=pdf