Как наш мозг находит источники звука? Работа «психоакустиков»

Объект исследования: Алгоритмы, способы определения направления звука Гипотезы: Наш мозг определяет, с какой стороны звук громче Наш мозг определяет, до какого уха звук дошёл раньше Могут существовать другие способы, о которых мы не знаем

План исследования Найти в печатных источниках и интернете информацию о том, каким образом мозг определяет направление источника звука Провести анализ найденной информации

Мы нашли описание методов локализации источника звука: по уровню интенсивности звукового сигнала по временной разнице звуковых сигналов по спектральным различиям звуковых сигналов

Интенсивность звукового сигнала При излучении звука источником, расположенным под углом к направлению плечей, сила давления звука на барабанные перепонки в разных ушах будет различным. Это связано с тем, что одно ухо будет находиться как бы "в тени", которую создает голова и туловище. Анализируя эту разницу, наш мозг способен сделать вывод о направлении на источник звука. Данный механизм является достаточно эффективным, но лишь на звуковых частотах более 2000 Гц. Дело в том, что при длине звуковой волны, сравнимой с диаметром человеческой головы, дальнее от источника ухо перестает находиться в "акустической тени", что обусловлено явлением дифракции («огибания») звуковой волны на поверхности головы.

Временная разница звуковых сигналов На низких частотах действует механизм анализа фазового сдвига звуковых сигналов. За счет "разнесенности" ушей в пространстве звуковой сигнал, приходящий от источника, расположенного под углом к направлению плечей, затрачивает разное 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 делается вывод о направлении на звуковой источник. С повышением частоты фазовый сдвиг сигналов увеличивается, и 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. С повышением частоты звука угол, в котором мы можем локализовать источник, пользуясь данным механизмом, уменьшается.

Спектральные различия звуковых сигналов При излучении сложного звукового сигнала (с различными частотами) источником, спектральный состав звука в правом и левом ушах будет различным. Это связано с экранирующим действием головы, которое проявляется сильнее на высоких частотах. Кроме того, ушная раковина человека не зря имеет такую сложную форму - 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 основным механизмом при определении того, находится ли звуковой источник спереди или сзади.

Сложный спектральный состав для простоты локализации В целом, можно сказать, что наилучшим образом определяется местоположение звуковых источников, которые излучают сигнал со сложным спектральным составом. Чистые тона, которые, кстати, практически не встречаются в природе, поддаются локализации с большим трудом и разрешающая способность человеческого слуха при этом крайне невелика. Высокие частоты (свыше 8000 Гц) практически не поддаются локализации, точно так же невозможно определить и местоположение источников звука очень низкой частоты (менее 150 Гц)

Выводы: 1.Наш мозг использует различные методы определения источника звука 2.Все способы имеют ограниченное применение, в зависимости от высоты звука 3.Лучше всего находится источник звука со сложным спектральным составом

По материалам avreport.ru