Какво чуваме и от какво се състои слуховият орган: https://en.wikipedia.org/wiki/Auditory_system
Локализацията на звука се отнася до способността на слушателя да идентифицира местоположението или произхода на засечен звук по посока и разстояние. Той може също да се позовава на методите в акустичното инженерство за симулиране на поставяне на слухов сигнал във виртуално 3D пространство (вж. Бинаурален запис).
Механизмите за локализация на звука на човешката слухова система са широко проучени. Човешката слухова система използва няколко сигнала за локализиране на източника на звук, включително разлики във времето и нивата между двете уши, спектрална информация, анализ на времето, анализ на корелацията и съвпадение на моделите.
Тези сигнали се използват и от животни, но може да има разлики в употребата, а също така има локализационни сигнали, които липсват в слуховата система на човека, като ефектите от движенията на ушите.
За определяне на страничната посока на входа (ляво, отпред, отдясно) слуховата система анализира следната информация за ушния сигнал:
Вътрешни времеви разлики
Звукът от дясната страна достига дясното ухо по-рано от лявото ухо. Слуховата система оценява междууралните времеви разлики от
Фазови закъснения при ниски честоти
групови закъснения при високи честоти
Разлики между нивата
Звукът от дясната страна има по-високо ниво на дясното ухо, отколкото на лявото ухо, тъй като главата засенчва лявото ухо. Тези разлики в нивата са силно зависими от честотата и те се увеличават с увеличаване на честотата.
За честоти под 800 Hz се оценяват главно междуурални времеви разлики (фазови закъснения), а за честоти над 1600 Hz се оценяват главно различия в междууравно ниво. Между 800 Hz и 1600 Hz има преходна зона, където и двата механизма играят роля.
Оценка за ниски честоти
За честоти под 800 Hz размерите на главата (разстояние на ухото 21,5 cm, съответстващо на междуурално закъснение от 625 µs), са по-малки от половината дължина на вълната на звуковите вълни. Така че слуховата система може много точно да определи фазовите закъснения между двете уши. В този честотен диапазон вътрешните различия в нивата са много ниски, така че прецизната оценка на посоката на входа е почти невъзможна въз основа на разликите в нивата. Тъй като честотата пада под 80 Hz, става трудно или невъзможно да се използва или времева разлика, или разлика в нивото, за да се определи страничният източник на звука, тъй като фазовата разлика между ушите става твърде малка за оценка на посоката (т.е. фазовата разлика е достатъчно голяма, че изоставащата вълна, усетена в офсайдното ухо, съвпада със следващата вълна, която се усеща от по-близкото ухо).
Оценка за високи честоти
За честоти над 1600 Hz размерите на главата са по-големи от дължината на звуковите вълни. При тези честоти не е възможно еднозначно определяне на посоката на входа въз основа на междууралните фази. Разликите в междууралното ниво обаче стават по-големи и тези различия в нивата се оценяват от слуховата система. Също така могат да се оценят групови закъснения между ушите; това е по-изразено при по-високи честоти. Това означава, че ако има звук, забавянето на това начало между двете уши може да се използва за определяне на посоката на входа на съответния източник на звук. Този механизъм става особено важен в отекващата среда. След начало на звука има кратък период от време, при който директният звук достига до ушите, но все още не е отразеният звук. Слуховата система използва тази кратка времева рамка за оценка на посоката на източника на звук и запазва тази открита посока, докато отраженията и реверберацията предотвратяват еднозначна оценка на посоката.
Описаните по-горе механизми не могат да се използват за разграничаване на източник на звук пред слушателя или зад слушателя; следователно трябва да бъдат оценени допълнителни сигнали.
Локализация на звука в средната равнина (отпред, отгоре, отзад, отдолу)
Външното ухо на човека, т.е. структурите на пина и външния ушен канал, образуват селективни филтри. В зависимост от посоката на входа на звука в средната равнина стават активни различни резонанси на филтъра. Тези резонанси имплантират специфични за посоката модели в честотните реакции на ушите, които могат да бъдат оценени от слуховата система (насочени ленти). Заедно с други селективни отражения в главата, раменете и торса, те формират външните ушни трансферни функции.
Тези модели в честотните реакции на ухото са силно индивидуални, в зависимост от формата и размера на външното ухо. Ако звукът се представя през слушалки и е записан чрез друга глава с различни по форма външни ушни повърхности, моделите на насочване се различават от тези на слушателя и ще се появят проблеми при опит за оценка на посоките в средната равнина с тези чужди уши. В резултат на това могат да се появят пермутации отпред - отзад или локализация вътре в главата при прослушване на фиктивни записи на главата или по друг начин наричани бинаурални записи.
Разстояние на звуковия източник
Слуховата система на човека има само ограничени възможности за определяне на разстоянието на звуковия източник. В близкия обхват има някои индикации за определяне на разстоянието, като екстремни разлики в нивата (например при шепнене в едното ухо) или специфични пина резонанси в близкия обхват.
Слуховата система използва тези улики за оценка на разстоянието до източник на звук:
Звуков спектър: Високите честоти се потискат по-бързо от въздуха, отколкото ниските честоти. Следователно далечният звуков източник звучи по-приглушено от близък, тъй като високите честоти са атенюирани. За звук с известен спектър (например реч) разстоянието може да бъде приблизително оценено с помощта на възприетия звук.
Сила на звука: Отдалечените източници на звук имат по-ниска сила на звука от близките. Този аспект може да бъде оценен особено за добре познати източници на звук (например известни високоговорители).
Движение: Подобно на зрителната система има и феноменът паралакс на движението в акустичното възприятие. За движещ се слушател близките звукови източници преминават по-бързо от отдалечените звукови източници.
Отражения: В затворени помещения два вида звук пристигат към слушателя: Директният звук пристига в ушите на слушателя, без да се отразява на стената. Отразеният звук се отразява поне веднъж на стената, преди да пристигне при слушателя. Съотношението между директен звук и отразен звук може да даде индикация за разстоянието на звуковия източник.
Обработка на сигнала
Звуковата обработка на слуховата система на човека се извършва в така наречените критични ленти. Диапазонът на изслушване е сегментиран на 24 критични ленти, всяка с ширина 1 кора или 100 Mel. За насочен анализ сигналите вътре в критичната лента се анализират заедно.
Слуховата система може да извлече звука от желания източник на звук от смущаващ шум. Така че слуховата система може да се концентрира само върху един говорител, ако други говорители също говорят (ефектът на коктейлното парти). С помощта на коктейлния ефект звукът от смущаващи посоки се възприема отслабен в сравнение със звука от желаната посока. Слуховата система може да увеличи съотношението сигнал/шум с до 15 dB, което означава, че смущаващият звук се възприема като отслабен до половината (или по-малко) от действителната си сила на звука.
Локализация в затворени помещения
В затворените стаи не само директният звук от източник на звук пристига в ушите на слушателя, но и звукът, който се отразява по стените. Слуховата система анализира само директния звук [необходимо е цитиране], който пристига първи, за локализация на звука, но не и отразения звук, който пристига по-късно (закон на фронта на първата вълна). Така че локализацията на звука остава възможна дори в ехогенна среда. Това премахване на ехото се случва в гръбното ядро на страничния лемнискус (DNLL).
За да определи периодите от време, в които преобладава директният звук и които могат да се използват за оценка на посоката, слуховата система анализира промените в силата на звука в различни критични ленти, както и стабилността на възприеманата посока. Ако има силна атака на силата на звука в няколко критични ленти и ако възприеманата посока е стабилна, тази атака е по всяка вероятност причинена от директния звук на звуков източник, който навлиза ново или който променя характеристиките на сигнала си. Този кратък период от време се използва от слуховата система за анализ на посоката и силата на звука на този звук. Когато отраженията пристигнат малко по-късно, те не подобряват силата на звука вътре в критичните ленти по толкова силен начин, но насочващите сигнали стават нестабилни, тъй като има комбинация от звук от няколко посоки на отражение. В резултат от слуховата система не се задейства нов насочен анализ.
Вътрешни времеви разлики:
звукът от дясната страна достига до дясното ухо, а не до лявото ухо. Слуховата система оценява междууралните времеви разлики от:
Фазово забавяне при ниски честоти
групово забавяне при високи честоти
Разлики между нивата:
звукът от дясната страна има по-високо ниво в дясното ухо, отколкото в лявото, защото https://en.wikipedia.org/wiki/Head_shadow в лявото ухо. Тези разлики в нивата са силно зависими от честотата и се увеличават с увеличаване на честотата.
За честоти под 800 Hz се оценяват особено междууралните времеви разлики (фазово закъснение), а за честоти над 1600 Hz се оценяват главно различията между нивата. Между 800 Hz и 1600 Hz е преходна зона, където и двата механизма играят роля.