TOA音学：为何能知道声音从哪个方向传来？

TOA音学：为何能知道声音从哪个方向传来？

为何能知道

声音从哪个方向传来？

【音学】

序言

听到远处传来朋友的呼唤声；向身边靠近的自行车铃铛声；山林里传来的鸟鸣声……

我们在听到声音时，即使不用眼睛去确认声源，也能够用耳朵去判断声音传来的方向。

但是，为什么只通过【听】就能够判断方向呢？

平时我们都将其视作理所当然的事情而不太会在意，然而一旦理清了其中的脉络，说不定可以发现声音世界有趣的地方。

那么，本次就让我们探索下【为何能知道声音从哪个方向传来？】的话题吧！

PART.1

显而易见的理由是？

这是因为【声音的大小】和【声音传递到左右耳的时间差】所决定的。

虽说都会感叹道：“原来是这么一回事啊！”但事实上这件事要深究起来的话却意外的复杂。

PART.2

耳朵和声音的关系

举例来说，如果我们听到的声音是从正面传来的，双耳和音源的距离基本相等，那么双耳捕捉到的声音大小相同、声音传递到耳朵里的时间也相同。

接着，让我们看看声音从右前方传来的时候会发生什么吧。在这个场景下，音源的发声点离右耳更近，离左耳较远。

声音的大小会在空气传播中逐渐减弱，因此左耳听到的声音比右耳听到的要更小，这样就能明显地感受到距离差。

然后，让我们试试将音源移动到正右侧的时候会发生什么吧。

在此场景下，右耳和左耳之间被头部所隔开。这个时候，传递到左耳的声音相比右前方时更加的小、更加的迟缓。

如此就能根据左右耳听到的声音大小、时间差来确定方向和距离。

PART.3

那三维空间下如何呢？

这里会出现一个疑问。

那就是，“声音不只是横向传播，纵向也会传入耳朵”。事实上的确，从正上方、正下方或正后方发出声音的时候，双耳听到的音量和时间应该是相同的。即使如此，我们依然能够辨认树上唱歌的小鸟声或桥下河水的湍流声。其中的原因是耳垂和头部的形状。

根据头部和耳垂形状的不同使得声音在传入耳朵时发生了微妙的变化，这些被记录在我们的大脑中，并且根据经验来判断音源的方向。

PART.4

有没有人耳很难听清的声音？

这样看来，人耳是一个比我们想像中灵敏度更高的传感器。但即便像这样，有时候我们也会难以判断声音的方向。

那就是低频率的声音。

大家在生活中有没有遇到过听到空中飞机的声音抬头时却找不到飞机在哪里；寻找遗失在附近被设置成震动模式的手机，听到震动声却不知道是从哪里发出的，而只能苦苦寻找的种种经历？

这是由于低音的波长比较长的关系，传播途中遇到障碍物后，会向四周进行散射的特点，双耳听到声音的时间差会减少。

与这个情况相反的是汽车和电车的警笛。

像警笛声这样的高音，波长比较短，传播过程中比较容易被障碍物遮挡，并且很难传递到发声源所在位置的背后。通过积极的使用这种类型的声音，我们可以很容易地制造出一种耳朵可以清晰听到并判断来源的声音。

PART.5

我们生活中用到的声音的倾听者

利用到我们耳朵特性所使用到的声音技术不仅仅只有警笛。

比如说去电影院的时候，可以体验到与银幕上登场的人物说话同步的声音。此外，也有主人公的声音是从中间传来的，背景音乐听起来是从背后响起的场景布置。另外还有那些能够使用环绕声耳机体验服务的电影院存在。

这些就是扬声器、耳机为了配合音乐、电影场景，通过音量、时间、传递方式等特性，调整两耳听到声音的时间差所实现的。基于以上的原因，我们的大脑会感觉到有来自上下左右的音源发出的声音。

PART.6

平时我们大多以为听到声音从哪个方向传来的能力是自然形成的意识，但看似如此自然而然的事，其深层次原因是由于耳朵、大脑、声音传递的震动等复杂的组合而产生的。那么，当你下次听到远处传来的声音时，不妨闭上眼睛，将意识集中在声音传来的方向。或许这样可以让你重新找回自己敏锐的感觉。