汽车影音改装实用教程：听觉定位原理

人对声源方位的定位和对声音的立体感觉，主要依赖于双耳。“耳壳效应”对双耳的定位功能起着重要的补充作用。如图1-15所示为构成声像立体感图示。

图1-14 声像临场感构成图

图1-15 声像立体感构成图

1）双耳效应。当某一声源至两耳的距离不同时，两耳虽然听到的是同一声波，但到达两耳的声音在声级、时间、相位上存在着差异，这种微小差异成为听觉系统判断低频声源方向的重要客观依据。对于频率较高的声音，还要考虑声波的绕射性能。由于头部和耳壳对声波传播的遮盖阻挡影响，也会在两耳间产生声强差和音色差。

总之，由于到达两耳处的声波状态的不同，造成了听觉的方位感和深度感，这就是常说的“双耳效应”。不同方向上的声源会使两耳处产生不同的（但是特定的）声波状态，从而使人能由此判断声源的方向位置。如果人们设法特意地在两耳处制造出与实际声源能够产生相同的声波状态，就可以造成某个方向上有一个对应的声源幻象（声象）的感觉，这正是立体声技术的生理基础。形成双耳效应的本质因素在于声音到达两耳的声级差DL_p、时间差D_t和相位差D_f。

①声级差。如果左耳听到的声音比右耳的要大，那么，听音人会觉得声音来自左侧方向，反之亦然。这种现象称为左右耳之间的声级差。声级差效应是听觉辨别声源方位的重要根据之一，如果声音来自听者正前方的中轴线上，那么，到达双耳的声音大小是一样的，于是听者就觉得这个声音处在前方；倘若声音来自听音人的左侧，听音人就会觉得声源偏左，这取决于扬声器的安装角度和设备的好坏。

当声波在传播过程中遇到障碍物时会产生绕射现象，低频绕射损失不大，高频声波由于遮蔽区的存在，使到达被遮蔽的耳朵的声级较之直达另一耳朵的声级要小，而且频率越高或声源偏离两耳中轴线的角度越大，两耳的声级差DL_p也就越大。这种现象称为遮蔽效应（注意：遮蔽效应与掩蔽效应不同）。遮蔽效应在引起声级差的同时，也会导致两耳的音色差，它也有助于双耳的定位作用。

由以上分析，声级差DL_p用来判别高频声的定位。不过，当声源较远时，双耳处的声级将近似相等，因而定位作用不甚明显。

图1-16 时间差构成图示(www.xing528.com)

②时间差。如果左耳先听到声音，那么听者就觉得这个声音是从左边（先听到声音的耳朵的这侧方向）来的，反之亦然。这种现象称为左右耳之间的时间差效应。时间差效应是听觉辨别声源方位（发出声音的位置）的重要根据之一。如图1-16所示为聆听距离差异而导致时间差的图示。

耳朵在头的两侧，如果一个声音来自听者正前方（中轴线），那么这个声音到达两耳的距离是相等的，因此，听者就觉得这个声音出自正前方；如果这个声音来自听音人的左侧，那么左耳就比右耳先听到这声音，于是听者便觉得声音出自前方的左侧。换句话说，如果声源偏离正前方中轴线的角度越大，左耳与右耳的听音时间差就越大，即使声源距离较远，时间差总是存在的。

③相位差。人耳在中频区（约3kHz）左右时对声音的定位反应较差。对集群声方向的辨别能力要高于对纯音方向的辨别，这是由于音色差可以提供人耳更多的方向信息的缘故。声音是以波的形式传播，而声波在空间不同位置上的相位是不同的（除非刚好相距一个波长）。由于两耳在空间上的距离，所以声波到达两耳的相位就可能有差别。

耳朵内的鼓膜是随声波而振动的，这个振动的相位差也就成为我们判别声源方位的一个因素。频率越低，相位差定位感觉越明显。相位差D_f与时间差D_t和频率（或波长）有关。对低频声波，时间差不会引起太大的相位差，所以可以用来判别低频声波的方位。而对于高频声波，时间差会导致很大的相位差，有可能引起“混乱相差”。

④音色差。声波如果从右侧的某个方向上传来，则要绕过头部的某些部分才能到达左耳。波的绕射能力同波长与障碍物尺寸之间的比例有关。人头的直径约为200mm，相当于1700Hz声波的波长，所以频率为1000Hz以上的声波绕过头颅的能力较差，衰减较大。也就是说，同一个声音中的各个分量绕过头部的能力各不相同，频率越高的分量衰减越大。于是左耳听到的音色同右耳听到音色就有差异。只要声音不是从正前方（或正后方）来，两耳听到音色就会不同，这也是人们判别声源方位的一种依据。如图1-17所示为由聆听距离差异而导致音色差的图示。

2）耳廓效应。耳廓效应也称单耳效应，人们利用单耳对声音进行定位的能力，由于声音来自方向不同，到达人耳经耳廓反射进入耳道后，会出现时间（相位）和音量等方面的微小差异，根据这些差异，听音者就可以判断出声音的方向。耳廓效应对声音定位的作用是客观存在的，实验还证明耳廓效应对4～20kHz频段的辨位能力最强。而人耳能够辨别方向是由于：①声音到达两耳的时间差；②声音到达两耳的相位差；③声音到达两耳的声级差；④人体对声音的感受；⑤视觉和心理因素的判别。实际上方向的辨别是很复杂的综合作用。

图1-17 音色差构成图

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