Amit hallunk és miből áll a hallószerv: https://en.wikipedia.org/wiki/Auditory_system
A hang lokalizációja arra utal, hogy a hallgató képes azonosítani az észlelt hang helyét vagy eredetét irányban és távolságban. Utalhat az akusztikai tervezés módszereire is, amelyekkel szimulálhatjuk a hallási jel elhelyezését egy virtuális 3D térben (lásd a binaurális felvételt).
Az emberi hallórendszer hang lokalizációs mechanizmusait alaposan tanulmányozták. Az emberi hallórendszer számos jelet használ a hangforrás lokalizálásához, ideértve a két fül közötti idő- és szintkülönbségeket, spektrális információkat, időzítési elemzést, korrelációs elemzést és a minták illesztését.
Ezeket a jelzéseket az állatok is használják, de előfordulhatnak eltérések a használatban, és vannak olyan lokalizációs jelek, amelyek hiányoznak az emberi hallórendszerből, például a fülmozgások hatása.
Az oldalsó bemeneti irány (bal, elülső, jobb) meghatározásához a hallórendszer a következő füljelzési információkat elemzi:
Interaurális időbeli különbségek
A jobb oldalról érkező hang a jobb fülig ér el korábban, mint a bal fül. Az auditív rendszer értékeli az interaurális időbeli különbségeket
Fázis késések alacsony frekvenciákon
csoport késések nagy frekvenciákon
Interaurális szintkülönbségek
A jobb oldalról érkező hangnak magasabb a jobb füle, mint a bal fülnél, mert a fej árnyékolja a bal fület. Ezek a szintkülönbségek nagymértékben frekvenciafüggőek, és növekszik a frekvencia növekedésével.
800 Hz alatti frekvenciák esetén elsősorban az interaurális időbeli különbségeket (fáziskésések), az 1600 Hz feletti frekvenciáknál elsősorban az interaurális szintkülönbségeket értékelik. 800 Hz és 1600 Hz között van egy átmeneti zóna, ahol mindkét mechanizmus szerepet játszik.
Alacsony frekvenciák értékelése
800 Hz alatti frekvenciák esetén a fej mérete (a fül távolsága 21,5 cm, ami 625 µs interaurális időkésleltetésnek felel meg) kisebb, mint a hanghullámok fél hullámhossza. Tehát a hallási rendszer nagyon pontosan meg tudja határozni a fázis késését mindkét fül között. Az interaurális szintkülönbség ebben a frekvenciatartományban nagyon alacsony, így a bemeneti irány pontos értékelése a szintkülönbségek alapján szinte lehetetlen. Amint a frekvencia 80 Hz alá csökken, nehézzé vagy lehetetlenné válik az időkülönbség vagy a szintkülönbség felhasználása a hang laterális forrásának meghatározásához, mert a fülek közötti fáziskülönbség túl kicsi lesz egy irányértékeléshez (azaz a fáziskülönbség elég nagy ahhoz az elülső fülben érzékelt elmaradó hullám egybeesik a következő hullámmal, amelyet a közelebbi fül érzékel).
A magas frekvenciák értékelése
1600 Hz feletti frekvenciák esetén a fej méretei nagyobbak, mint a hanghullámok hossza. Ezeken a frekvenciákon nem lehet egyértelműen meghatározni a bemeneti irányt interaurális fázisok alapján. Az interaurális szintkülönbségek azonban egyre nagyobbak lesznek, ezeket a szintkülönbségeket az auditív rendszer értékeli. A fülek közötti késések értékelhetők; ez magasabb frekvenciákon kifejezettebb. Ez azt jelenti, hogy ha van hangjelzés, akkor a két fül közötti késés felhasználható a megfelelő hangforrás bemeneti irányának meghatározására. Ez a mechanizmus különösen fontos a visszhangzó környezetben. A hang megjelenése után rövid idő áll rendelkezésre, ahol a közvetlen hang eléri a füleket, de még nem a visszavert hang. A hallórendszer ezt a rövid időkeretet használja a hangforrás irányának kiértékelésére, és ezt az észlelt irányt addig tartja, amíg a reflexiók és visszhangok megakadályozzák az egyértelmű iránybecslést.
A fent leírt mechanizmusokkal nem lehet megkülönböztetni a hallót megelőző vagy a halló mögötti hangforrást; ezért további jelzéseket kell értékelni.
Hang lokalizáció a középsíkon (elöl, felül, hátul, alul)
Az emberi külső fül, azaz a pinna és a külső hallójárat szerkezete irány-szelektív szűrőket képez. A mediánsíkban lévő hangbemenet irányától függően különböző szűrőrezonanciák válnak aktívvá. Ezek a rezonanciák az irányspecifikus mintákat ültetik be a fülek frekvenciaválaszaiba, amelyeket a hallórendszer értékelhet (iránysávok). A fej, a váll és a törzs egyéb irány-szelektív reflexióival együtt alkotják a külső fülátviteli funkciókat.
Ezek a minták a fül frekvenciareakcióiban nagyon egyediak, a külső fül alakjától és méretétől függően. Ha a hangot fejhallgatón keresztül mutatják be, és egy másik, más alakú külső fülfelületű fej segítségével rögzítették, akkor az irányminták eltérnek a hallgató sajátjától, és problémák jelentkeznek, amikor ezekkel az idegen fülekkel próbálják értékelni a középsík irányait. Ennek eredményeként a hátsó permutációk vagy a fej belsejében történő lokalizáció jelenhetnek meg, amikor dummy head felvételeket hallgatnak, vagy másként binaurális felvételeknek nevezik őket.
A hangforrás távolsága
Az emberi hallórendszernek csak korlátozott lehetőségei vannak a hangforrás távolságának meghatározására. A közeli tartományban vannak olyan jelek a távolság meghatározására, mint például a szélsőséges szintkülönbségek (pl. Ha egy fülbe suttognak) vagy a közeli tartományban található specifikus pinna rezonanciák.
A hallórendszer ezeket a nyomokat használja a hangforrástól való távolság becslésére:
Hangspektrum: A magas frekvenciákat a levegő gyorsabban csillapítja, mint az alacsony frekvenciákat. Ezért egy távoli hangforrás halkabban hangzik, mint egy közeli, mert a magas frekvenciák csillapodnak. Ismert spektrumú hang (pl. Beszéd) esetében a távolság nagyjából megbecsülhető az észlelt hang segítségével.
Hangerő: A távoli hangforrások alacsonyabb hangerővel rendelkeznek, mint a közeli hangforrások. Ez a szempont különösen jól ismert hangforrások (pl. Ismert hangszórók) esetében értékelhető.
Mozgás: A vizuális rendszerhez hasonlóan az akusztikai érzékelésben is megfigyelhető a mozgás parallaxis jelensége. Mozgó hallgató számára a közeli hangforrások gyorsabban haladnak, mint a távoli hangforrások.
Tükröződések: A zárt helyiségekben kétféle hang érkezik a hallgatóhoz: A közvetlen hang a hallgató füléhez érkezik, anélkül, hogy a falra reflektálna. A visszaverődő hang legalább egyszer visszatükröződött egy falnál, mielőtt megérkezett a hallgatóhoz. A közvetlen hang és a visszavert hang aránya jelezheti a hangforrás távolságát.
Jelfeldolgozás
Az emberi hallórendszer hangfeldolgozása úgynevezett kritikus sávokban történik. A hallási tartomány 24 kritikus sávra van felosztva, mindegyik szélessége 1 kéreg vagy 100 mel. Irányelemzés céljából a kritikus sávon belüli jeleket együtt elemzik.
A hallórendszer a zavaró zajból képes kivonni a kívánt hangforrás hangját. Tehát a hallási rendszer csak egy előadóra koncentrálhat, ha más beszélők is beszélnek (a koktélparti hatás). A koktélparti effektus segítségével a zavaró irányokból származó hangot a kívánt irányú hanghoz képest gyengítettnek érzékeljük. A hallórendszer akár 15 dB-rel is megnövelheti a jel/zaj arányt, ami azt jelenti, hogy a zavaró hangot a tényleges hangerő felének (vagy kevesebbnek) csillapítják.
Lokalizálás zárt helyiségekben
A zárt helyiségekben nemcsak a hangforrás közvetlen hangja érkezik a hallgató fülébe, hanem a falakon is tükröződő hang. A hallórendszer csak a közvetlen hangot [szükséges idézet] elemzi, amely először érkezik, a hang lokalizálásához, de nem a visszavert hangot, amely később érkezik (az első hullámfront törvénye). Tehát a hang lokalizálása még visszhangos környezetben is lehetséges. Ez a visszhangtörlés a laterális lemniscus háti magjában (DNLL) fordul elő.
Annak érdekében, hogy meghatározzuk azokat az időszakokat, ahol a közvetlen hang érvényesül, és amelyek felhasználhatók az irányértékeléshez, az auditív rendszer elemzi a különböző kritikus sávokban bekövetkező hangerő-változásokat, valamint az észlelt irány stabilitását. Ha több kritikus sávban erősen támad a hangerő, és ha az észlelt irány stabil, akkor ezt a támadást minden valószínűség szerint egy olyan hangforrás közvetlen hangja okozza, amely újonnan lép be, vagy amely megváltoztatja jeljellemzőit. Ezt a rövid időtartamot használja a hallórendszer e hang irány- és hangelemzéséhez. Amikor a tükröződések valamivel később megérkeznek, nem erősítik ilyen erősen a kritikus sávok belső hangerejét, de az irányjelek instabillá válnak, mert több visszaverődési irányú hang keveredik. Ennek eredményeként az auditív rendszer nem indít új irányított elemzést.
Interaurális időbeli különbségek:
a jobb oldalról érkező hang a jobb fülig ér, nem pedig a bal fülig. Az auditív rendszer értékeli az interaurális időbeli különbségeket:
Fáziskésés alacsony frekvenciákon
csoport késleltetés magas frekvenciákon
Interaurális szintkülönbségek:
a jobb oldali hangnak magasabb a hangja a jobb fülben, mint a bal fülben, mert https://en.wikipedia.org/wiki/Head_shadow a bal fülben. Ezek a szintkülönbségek nagymértékben függenek a frekvenciától és növekszik a frekvencia növekedésével.
800 Hz alatti frekvenciáknál különösen az interaurális időbeli különbségeket (fáziskésés), az 1600 Hz feletti frekvenciáknál elsősorban az interaurális szintkülönbségeket értékelik. 800 Hz és 1600 Hz között van egy átmeneti zóna, ahol mindkét mechanizmus szerepet játszik.