50、人类听觉定位信息解析

人类听觉定位信息解析

在日常生活中，我们能够凭借听觉感知声音的来源方向和位置，这背后涉及到多个复杂的机制。下面将详细介绍人类听觉定位所使用的关键信息。

1. 双耳时间差（Interaural Time Differences, ITD）

当声音源位于头部正中平面时，声音会同时到达双耳；而当声源不在正中平面时，声音会先到达同侧耳朵，后到达对侧耳朵，这种到达时间的差异就是双耳时间差（ITD）。

对于一个直径为 2r 的球形头部模型，从方位角为 θ 的远程声源发出的声音，其到达双耳的路径长度差在简单情况下为 2r sin(θ) 。但实际情况中，声音不能穿过头部，而是要绕过头部，此时路径长度差 d 等于 d1 和 d2 之和，用弧度表示方位角 θ 时，有 d = rθ + r sin θ，这就是伍德沃思公式（Woodworth’s formula）。

例如，对于直径为 20cm 的头部，方位角为 45°，声速为 343m/s 时，根据伍德沃思公式计算出的 ITD 为 299µs ，方位角为 90° 时达到最大 ITD 为 514µs ，远小于 1ms 。然而，人类听觉系统对短至 10 - 20µs 的 ITD 都很敏感，对应方位角差异为 1° - 2° 。通过一个简单的实验可以证明这一点：将 1m 长的花园软管放在听者身后，两端分别贴在左右耳上，在软管中间左侧几厘米处轻敲，听者通常会觉得声音来自左侧；在右侧相同距离处轻敲，听者则会觉得声音来自右侧。仅 1 - 2 厘米的距离差，声音传播所需时间约为 60µs ，经过训练和专门实验，甚至能将可感知的时间差降低到 10 - 20µs 。

1948 年，杰弗里斯（Jeffress）提出了一个简单的生理机制