Локализация по временной разнице звуковых сигналов.

Локализация по временной разнице звуковых сигналов.

На более низких частотах в действие вступает механизм анализа фазового сдвига звуковых сигналов, приходящих к разным ушам. За счет «разнесенности» ушей в пространстве звуковой сигнал, приходящий от источника, расположенного под некоторым углом к фронтальному направлению, затрачивает различное время для достижения барабанных перепонок в разных ушах. Это приводит к появлению фазового сдвига в сигналах, пришедших от одного и того же источника к разным ушам. Данный фазовый сдвиг может быть проанализирован нашим мозгом и на основании этого анализа делается вывод о направлении на звуковой источник.

С повышением частоты (с уменьшением длины звуковой волны) фазовый сдвиг сигналов, пришедших от одного и того же источника к разным ушам, увеличивается. Как только он достигает значения близкого к половине длины звуковой волны, данный механизм локализации перестает работать, поскольку наш мозг не может однозначно определить отстает ли звуковой сигнал в одном из слуховых каналов от другого или наоборот опережает его. Естественно, чем больше угол между направлением на звуковой источник и плоскостью симметрии человеческой головы, тем больше фазовый сдвиг в пришедших к ушам сигналах. Соответственно с повышением частоты звука угол, в котором мы можем локализовать источник, пользуясь данным механизмом, уменьшается.

Конус неопределенности.

Конус неопределенности.

Кроме того, данный метод локализации страдает еще одним ограничением. Представьте себе, что источник звука находится под углом 30 градусов к фронтальному направлению головы. При восприятии звукового сигнала мы получим определенный фазовый сдвиг в левом ухе относительно правого, и на основе анализа этого сдвига наш мозг сделает вывод о расположении источника. Рассмотрим теперь звуковой источник, расположенный под углом 30 градусов к направлению в котором «смотрит» затылок или (что то же самое) под углом 150 градусов к фронтальному направлению. Для этого источника фазовый сдвиг будет точно такой же, как и для первого. Если не ограничиваться только теми источниками, которые находятся на одном уровне с ушами, а рассмотреть также те, которые располагаются выше или ниже, то можно продолжить наши рассуждения и получить конус с вершиной, расположенной в слуховом канале. На основании этого конуса могут расположиться звуковые источники, для которых разность фаз в правом и левом ушах будет одинаковой. Этот эффект, мешающий точному и однозначному определению местоположения звуковых источников с помощью анализа разности фаз для правого и левого слуховых каналов, получил название «конуса неопределенности».

Для того чтобы устранить эту неопределенность человек пользуется третьим, пожалуй, наиболее эффективным механизмом пространственной локализации звука.

Локализация по спектральным различиям звуковых сигналов.

Вид ачх звукового сигнала после прохождения через правую и левую ушные раковины.

Еще один механизм локализации звука человеком, который, кстати, является наиболее точным, относится к сложным звуковым сигналам и импульсам, и основывается на возможности анализа спектрального состава звука нашим мозгом. При излучении сложного звукового сигнала (т.е. такого сигнала, в спектре которого присутствуют различные частоты) источником, расположенным под определенным углом к плоскости симметрии головы, спектральный состав звука в правом и левом ушах будет различным. Это связано, во-первых, с экранирующим воздействием головы, которое проявляется сильнее на высоких частотах (поэтому в дальнем от излучателя ухе высокочастотных составляющих будет меньше). Кроме того, ушная раковина человека не зря имеет такую сложную форму - по сути, она является точно рассчитанным частотным фильтром, которым наделила нас природа.

Фильтрация звуков различной частоты ушной раковиной зависит от направления на источник. При изменении направления звуковой сигнал по-разному отражается от участков ушной раковины и соответственно происходит усиление и ослабление различных участков спектра принимаемого звукового сигнала. Анализ спектрального состава звукового сигнала, поступающего в слуховые каналы, является также основным механизмом при определении того, находится ли звуковой источник спереди или сзади. По вполне очевидным причинам, механизмы, основанные на оценке разницы интенсивности и фазового сдвига, о которых мы написали выше, в данном случае практически не работают. Ушная же раковина по-разному фильтрует сигналы, приходящие спереди и сзади, поэтому мы и можем сделать вывод об их месторасположении.