両耳聴と音源定位

両耳で聞くことで、聞き手は空間内の音源を特定し、競合する音の中から目的の話し手を分離することができます。両耳聴は、主に到達時間とレベルにおける両耳間のわずかな違いと、頭部と外耳によってもたらされるスペクトル形成を利用します。このトピックでは、音の方向の手がかり、両耳を比較するメカニズム、および騒音下での聴取における両耳聴の利点について説明します。

Definition

両耳聴とは、音を処理するために両耳を一緒に使用することであり、音源定位とは、主に各耳に到達する信号間の違いという音響的な手がかりから、音源の方向と距離を聞き手が判断することです。

Scope

このトピックでは、両耳間時間差と両耳間レベル差、高度と前後分解能のためのスペクトル（耳介）手がかり、音源定位の精度、両耳を統合する両耳処理、および騒音中の音声理解における両耳聴の利点について説明します。これは空間聴覚に関する参照および教育資料であり、臨床ガイドラインではありません。

Core questions

• 音響的な手がかりのうち、聞き手に音源の場所を伝えるものは何ですか？
• 聴覚系はどのようにして両耳のタイミングとレベルを比較するのですか？
• 前と後ろ、または高度のような曖昧さを解決するものは何ですか？
• 両耳で聞くことは、騒がしい環境でどのように役立つのでしょうか？

Key concepts

• 両耳間時間差
• 両耳間レベル差
• 二重理論
• 頭部伝達関数と耳介の手がかり
• 最小可聴角
• 錯覚の円錐と前後曖昧性
• 両耳性抑制とマスキングからの空間的解放
• カクテルパーティー問題

Key theories

音源定位の二重理論

水平方向の音源定位は、2つの相補的な手がかりに基づいています。頭部が音響的な影をほとんど作らない低周波数では両耳間時間差が支配的であり、頭部が遠い方の耳を遮蔽する高周波数では両耳間レベル差が支配的です。

両耳間タイミングの同時検出（場所）モデル

Jeffressは、両耳間時間差が遅延線に沿って同時検出器として機能するニューロンによって符号化され、最大の神経応答の場所が特定の両耳間遅延、ひいては方向を表すと提唱しました。

Mechanisms

片側にずれた音は、近い方の耳にわずかに早く、そして高周波数ではより強く到達し、脳幹が比較する両耳間時間差とレベル差を生じさせます。内側上オリーブ核は両耳間タイミングに敏感であり、外側上オリーブ核は両耳間レベルに敏感です。耳介のひだは、方向依存的に音をフィルタリングし、両耳間手がかりだけでは解決されない高度と前後の曖昧さを解決するスペクトル手がかりを追加します。両耳を比較することで、聴覚系は騒音中のターゲットの検出と明瞭度も向上させます。これはマスキングからの空間的解放として知られる利点です。

Clinical relevance

非対称性または片側性の難聴は、音源定位と騒音からの音声分離に必要な両耳間手がかりを劣化させます。これは、片耳がよく聞こえる場合でも、そのような難聴を持つ聞き手が騒がしい環境で困難を報告する理由の一つです。両耳へのバランスの取れた入力を回復することは、多くのリハビリテーションアプローチの目標です。この資料は両耳機能について記述するものであり、個別の診断やデバイスの推奨の根拠となるものではありません。

Evidence & guidelines

音源定位の精度は、Mills (1958) によって最小可聴角を通じて定量化され、両耳間タイミングの神経基盤はJeffress (1948) によって構築されました。競合する音からの音声を分離する上での両耳聴の役割は、Cherry (1953) がカクテルパーティー問題の説明で強調し、この分野はBlauert (1997) で統合されています。

History

20世紀初頭のレイリー卿の二重理論は、時間差とレベル差が異なる周波数範囲に寄与すると提唱しました。Jeffressの1948年の同時検出モデルは、両耳間時間差がどのように神経学的に符号化されるかについて影響力のある説明を与え、Millsの1958年の測定は人間の音源定位の精度を確立しました。Cherryの選択的注意に関する研究はカクテルパーティー問題を導入し、その後の研究では頭部伝達関数と両耳性アンマスキングが詳細に説明されました。

Debates

人間の両耳間タイミングはJeffress型の場所マップによって符号化されるのか？

同時検出モデルは一部の種にはよく適合しますが、哺乳類における証拠は、両耳間時間差が微細な場所マップではなく、半球間の発火率差によって部分的に符号化される可能性を示唆しており、人間のメカニズムについては議論が続いています。

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

両耳間時間差とレベル差とは何ですか？

これらは両耳間の信号の違いです。両耳間時間差は、片側にずれた音の到達時間のわずかな違いであり、両耳間レベル差は、頭部が遠い方の耳を遮蔽することによって生じる強度の違いです。これらが合わさって、水平方向の音源定位の主要な手がかりとなります。

騒音下での聴取が、両耳よりも片耳の方が難しいのはなぜですか？

両耳は、聴覚系が信号を比較し、ターゲットと背景の空間的分離を利用することを可能にします。これはマスキングからの空間的解放と呼ばれる利点です。片耳しか使用できない場合、これらの両耳性手がかりは失われ、競合する音から音声を分離することがより困難になります。