شنوایی دوگوشی و مکان‌یابی صدا

شنیدن با دو گوش به شنوندگان امکان می‌دهد تا صداها را در فضا مکان‌یابی کرده و گوینده هدف را از صداهای مزاحم جدا کنند. شنوایی دوگوشی از تفاوت‌های کوچک بین سیگنال‌های دریافتی در دو گوش، عمدتاً در زمان رسیدن و سطح، همراه با شکل‌دهی طیفی اعمال شده توسط سر و گوش‌های بیرونی بهره می‌برد. این موضوع به سرنخ‌های جهت صدا، مکانیسم‌هایی که دو گوش را مقایسه می‌کنند، و مزایای شنیدن دوگوشی برای شنیدن در محیط‌های پر سر و صدا می‌پردازد.

Definition

شنوایی دوگوشی استفاده همزمان از دو گوش برای پردازش صدا است، و مکان‌یابی صدا تعیین جهت و فاصله منبع صدا توسط شنونده از طریق سرنخ‌های آکوستیک، عمدتاً تفاوت‌های بین سیگنال‌های رسیده به هر گوش است.

Scope

این موضوع تفاوت‌های زمانی و سطحی بین گوشی، سرنخ‌های طیفی (لاله گوش) برای ارتفاع و تفکیک جلو-عقب، دقت مکان‌یابی، پردازش دوگوشی که دو گوش را ترکیب می‌کند، و مزایای شنوایی دوگوشی برای درک گفتار در نویز را پوشش می‌دهد. این یک منبع مرجع و آموزشی در مورد شنوایی فضایی است، نه راهنمای بالینی.

Core questions

• کدام سرنخ‌های آکوستیک به شنونده می‌گویند که صدا از کجا می‌آید؟
• سیستم شنوایی چگونه زمان‌بندی و سطح را در دو گوش مقایسه می‌کند؟
• چه چیزی ابهاماتی مانند جلو در مقابل عقب یا ارتفاع را حل می‌کند؟
• شنیدن با دو گوش چگونه در محیط‌های پر سر و صدا کمک می‌کند؟

Key concepts

• تفاوت زمانی بین گوشی
• تفاوت سطح بین گوشی
• نظریه دوگانه
• تابع انتقال مرتبط با سر و سرنخ‌های لاله گوش
• حداقل زاویه قابل شنیدن
• مخروط سردرگمی و ابهام جلو-عقب
• سرکوب دوگوشی و رهایی فضایی از پوشش
• مشکل مهمانی کوکتل

Key theories

نظریه دوگانه مکان‌یابی

مکان‌یابی افقی بر دو سرنخ مکمل استوار است: تفاوت‌های زمانی بین گوشی در فرکانس‌های پایین، جایی که سر سایه آکوستیک کمی ایجاد می‌کند، غالب هستند، و تفاوت‌های سطحی بین گوشی در فرکانس‌های بالا، جایی که سر گوش دورتر را سایه می‌اندازد، غالب هستند.

مدل تشخیص همزمانی (مکان) زمان‌بندی بین گوشی

جفرس پیشنهاد کرد که تفاوت‌های زمانی بین گوشی توسط نورون‌هایی که به عنوان آشکارسازهای همزمانی در امتداد خطوط تأخیر عمل می‌کنند، رمزگذاری می‌شوند، به طوری که مکان حداکثر پاسخ عصبی نشان‌دهنده یک تأخیر بین گوشی خاص و در نتیجه یک جهت است.

Mechanisms

صدایی که از یک طرف می‌آید، کمی زودتر و در فرکانس‌های بالا، با شدت بیشتری به گوش نزدیک‌تر می‌رسد و تفاوت‌های زمانی و سطحی بین گوشی ایجاد می‌کند که ساقه مغز آن‌ها را مقایسه می‌کند؛ هسته زیتونی فوقانی میانی به زمان‌بندی بین گوشی و هسته زیتونی فوقانی جانبی به سطح بین گوشی حساس است. چین‌خوردگی‌های لاله گوش صدا را به روشی وابسته به جهت فیلتر می‌کنند و سرنخ‌های طیفی اضافه می‌کنند که ابهامات ارتفاع و جلو-عقب را که سرنخ‌های بین گوشی به تنهایی حل نمی‌کنند، برطرف می‌سازند. با مقایسه دو گوش، سیستم شنوایی همچنین تشخیص و وضوح هدف را در نویز بهبود می‌بخشد، مزیتی که به عنوان رهایی فضایی از پوشش (spatial release from masking) شناخته می‌شود.

Clinical relevance

کم شنوایی نامتقارن یا یک‌طرفه، سرنخ‌های بین گوشی مورد نیاز برای مکان‌یابی و جداسازی گفتار از نویز را کاهش می‌دهد، که یکی از دلایلی است که شنوندگان با چنین کم شنوایی‌هایی حتی زمانی که یک گوش به خوبی می‌شنود، در محیط‌های پر سر و صدا مشکل را گزارش می‌کنند. بازیابی ورودی متعادل به دو گوش هدف بسیاری از رویکردهای توانبخشی است. این مطالب عملکرد دوگوشی را توصیف می‌کند و مبنایی برای تشخیص فردی یا توصیه‌های دستگاه نیست.

Evidence & guidelines

دقت مکان‌یابی توسط میلز (1958) از طریق حداقل زاویه قابل شنیدن (minimum audible angle) کمی‌سازی شد، و مبنای عصبی زمان‌بندی بین گوشی توسط جفرس (1948) چارچوب‌بندی شد. نقش شنوایی دوگوشی در جداسازی گفتار از صدای مزاحم توسط چری (1953) در توضیح او از مشکل مهمانی کوکتل (cocktail-party problem) برجسته شد، و این حوزه در بلائورت (1997) ترکیب شده است.

History

نظریه دوگانه لرد ریلی در اوایل قرن بیستم پیشنهاد کرد که تفاوت‌های زمانی و سطحی برای محدوده‌های فرکانسی مختلف عمل می‌کنند. مدل تشخیص همزمانی جفرس در سال 1948 توضیح تأثیرگذاری از چگونگی رمزگذاری عصبی تفاوت‌های زمانی بین گوشی ارائه داد، و اندازه‌گیری‌های میلز در سال 1958 دقت مکان‌یابی انسان را تثبیت کرد. کار چری بر روی توجه انتخابی، مشکل مهمانی کوکتل را معرفی کرد، و تحقیقات بعدی توابع انتقال مرتبط با سر (head-related transfer functions) و آشکارسازی دوگوشی (binaural unmasking) را با جزئیات شرح داد.

Debates

آیا زمان‌بندی بین گوشی توسط یک نقشه مکانی به سبک جفرس در انسان رمزگذاری می‌شود؟

مدل تشخیص همزمانی برای برخی گونه‌ها به خوبی صدق می‌کند، اما شواهد در پستانداران نشان می‌دهد که تفاوت‌های زمانی بین گوشی ممکن است تا حدی توسط تفاوت‌های نرخ بین نیمکره‌ها به جای یک نقشه مکانی دقیق رمزگذاری شوند، و مکانیسم انسانی همچنان مورد بحث است.

Key figures

• Lloyd Jeffress
• A. W. Mills
• Colin Cherry
• Jens Blauert
• John William Strutt (Lord Rayleigh)

Seminal works

• jeffress-1948
• mills-1958
• cherry-1953

Frequently asked questions

تفاوت‌های زمانی و سطحی بین گوشی چیستند؟

آن‌ها تفاوت‌های بین سیگنال‌های دریافتی در دو گوش هستند. تفاوت زمانی بین گوشی، تفاوت کوچک در زمان رسیدن برای صدایی است که از یک طرف می‌آید، و تفاوت سطح بین گوشی، تفاوت در شدت است که ناشی از سایه انداختن سر بر گوش دورتر است. این دو با هم، سرنخ‌های اصلی مکان‌یابی افقی هستند.

چرا شنیدن در نویز با یک گوش سخت‌تر از دو گوش است؟

دو گوش به سیستم شنوایی اجازه می‌دهند تا سیگنال‌ها را مقایسه کرده و از جداسازی فضایی بین هدف و پس‌زمینه بهره ببرد، مزیتی که رهایی فضایی از پوشش نامیده می‌شود. با تنها یک گوش قابل استفاده، این سرنخ‌های دوگوشی از بین می‌روند و جداسازی گفتار از صدای مزاحم را دشوارتر می‌کنند.