Анализ бинауральных различий ушных сигналов

Это основной механизм локализации по азимуту. Обеспечивает локализацию в пределах b=±90⁰.

В бинауральных различиях ушных сигналов можно выделить две составляющих:

1) амплитудные различия, возникающие вследствие экранирующего действия головы;

2) фазо-временные различия, возникающие за счет разной длины пути волны до ушей.

Анализируются обе составляющих, что обеспечивает дублирование и взаимодополнение результатов. Важно, чтобы результаты амплитудных и фазовых оценок не конфликтовали друг с другом. Подсознательный конфликт разных механизмов оценки параметров звука (не только пространственных) может вызывать непонятный дискомфорт при прослушивании. В ряде случаев такую ситуацию могут создавать электроакустические системы, например, при прослушивании на стереотелефоны фонограммы с "интенсивностной" стереофонией в отсутствие "временной".

Основная проблема измерения фазовой составляющей бинауральных различий - неоднозначность определения направления, т.к. на частотах выше ~800 Гц разность фаз может составлять несколько периодов. Решается эта проблема тем, что на каждую волосковую клетку действует узкополосный сигнал и неоднозначность фазового сдвига можно устранить, анализируя фазовый сдвиг огибающих. Это эквивалентно измерению не фазового сдвига, а скорости изменения фазового сдвига с частотой (а это есть групповое время запаздывания). Такой способ корректно работает в диапазоне ширин критической полосы слуха до 800 Гц, т.е. до 3-4 кГц. В области более высоких частот работа данного механизма локализации может быть нарушена при доминировании в огибающей периодического сигнала с частотой более 800 Гц, т.е. и сдвиг огибающих может превышать один период. Однако это маловероятно, диапазону частот свыше 4 кГц присущи в основном атональные звуки с небыстрой огибающей. К тому же работает дублирующий механизм анализа амплитудных различий.

Наибольшее значение при оценке сдвига огибающих имеет нарастающий фронт волны. Кроме того, лучше, если сигнал имеет при этом длящееся продолжение, это удерживает на нем внимание и способствует наиболее точному определению как тембральных, так и пространственных характеристик. Таково большинство музыкальных звуков.

Ниже 250 Гц различия ушных сигналов несущественны и этот механизм также не работает.

Пространственная дифференциация нескольких источников звука обеспечивается большим количеством каналов обработки.

Синтез апертуры при сканирующих движениях головы

Из изменений ушных сигналов при перемещении головы можно извлечь информацию о пространственных координатах источника. Например, если при повороте головы не происходит изменений ушных сигналов, то источник имеет угол места 90⁰. Этот механизм является одной из причин эффекта локализации звука внутри головы при прослушивании передач через головные телефоны и подъема центра стереопанорамы при чрезмерной ее ширине, поскольку в обоих случаях при повороте головы ушные сигналы изменяются меньше, чем должны были бы при данном угловом положении КИЗ.

Поворот головы в горизонтальной плоскости может служить основой для решения вопроса спереди / сзади, а качание влево-вправо - для решения вопроса сверху-снизу. Эту же задачу выполняет слежение за спектром в пеленговых зонах. Некоторые эксперименты показывают, что если между этими двумя механизмами возникает конфликт, то приоритет имеет оценка, полученная при сканирующих движениях головы.

Для нормальной работы этого механизма необходима информация о направлении и скорости перемещения головы. Такая информация поставляется тремя сенсорными системами:

1) зрительной системой;

2) вестибулярным аппаратом (датчики вестибулярной системы - полукружные каналы, совмещены с улиткой);

3) тензомоторными датчиками шейных мышц.

Локализация по дальности

Механизм локализации по дальности наименее изученный и наименее точный. Точность определения дальности составляет в лучшем случае 13% (щелчки, звонки, тональные импульсы на расстоянии 0,5-1,5 м). Но и это для пассивного пеленгатора с базой около 20 см - поразительный результат. Вероятно, основной причиной локализации звука внутри головы при прослушивании на стереотелефоны является корректная локализация действительного источника звука по дальности.

Более-менее определенно можно указать лишь параметры, на которые в принципе можно ориентироваться при локализации по дальности.

1. Громкость звука. В совокупности со сведениями о мощности источника и условиях распространения это позволяет определить дальность.

2. Спектральный состав. При удалении источника звука высокие частоты затухают быстрее. Если известен спектральный состав сигнала источника, то можно определить дальность.

3. Кривизна волнового фронта.

4. Акустическое отношение (связано с дальностью).

5. Изменение ушных сигналов при перемещениях.

6. Использование информации от других сенсорных систем.

Полезно отметить следующие экспериментально установленные феномены локализации по дальности.

1. При увеличении громкости звука и неизменном положении источника КИЗ приближается к слушателю.

2. При удалении источника звука на расстояние более 3 м КИЗ начинает отставать от источника. Таким образом, при бесконечном удалении источника слуховой образ не может удаляться бесконечно далеко. Граница, за которую не может удалиться кажущийся источник звука, называется акустическим горизонтом.

Большое значение имеет ознакомление с источником, т.к. для корректной локализации по дальности нужны сведения о мощности и спектральном составе сигнала источника.