Бинауральный слух и локализация звука

Слух двумя ушами позволяет слушателям определять местоположение звуков в пространстве и отделять целевого говорящего от конкурирующих звуков. Бинауральный слух использует небольшие различия между сигналами, поступающими в два уха, главным образом во времени прихода и уровне, а также спектральное формирование, налагаемое головой и наружными ушами. Эта тема охватывает сигналы, указывающие направление звука, механизмы сравнения двух ушей и преимущества бинаурального слуха для восприятия речи в шуме.

Definition

Бинауральный слух — это совместное использование двух ушей для обработки звука, а локализация звука — это определение слушателем направления и расстояния до источника звука на основе акустических сигналов, главным образом различий между сигналами, достигающими каждого уха.

Scope

Тема охватывает межушные различия во времени и уровне, спектральные (ушная раковина) сигналы для определения высоты и разрешения спереди-сзади, остроту локализации, бинауральную обработку, объединяющую два уха, и преимущества бинаурального слуха для понимания речи в шуме. Это справочный и образовательный материал по пространственному слуху, а не клиническое руководство.

Core questions

• Какие акустические сигналы сообщают слушателю, откуда исходит звук?
• Как слуховая система сравнивает время и уровень в двух ушах?
• Что разрешает неоднозначности, такие как спереди против сзади или высота?
• Как слушание двумя ушами помогает в шумной обстановке?

Key concepts

• Межушная временная разница
• Межушная разница в уровне
• Дуплексная теория
• Передаточная функция, связанная с головой, и сигналы ушной раковины
• Минимальный слышимый угол
• Конус путаницы и неоднозначность спереди-сзади
• Бинауральное подавление и пространственное высвобождение от маскировки
• Проблема «коктейльной вечеринки»

Key theories

Дуплексная теория локализации

Горизонтальная локализация основывается на двух взаимодополняющих сигналах: межушные временные различия доминируют на низких частотах, где голова создает небольшую акустическую тень, а межушные различия в уровне доминируют на высоких частотах, где голова затеняет дальнее ухо.

Модель обнаружения совпадений (места) межушного времени

Джеффрисс предположил, что межушные временные различия кодируются нейронами, действующими как детекторы совпадений вдоль линий задержки, так что место максимального нейронного ответа представляет собой определенную межушную задержку и, следовательно, направление.

Mechanisms

Звук, исходящий с одной стороны, достигает ближайшего уха немного раньше и, на высоких частотах, более интенсивно, создавая межушные различия во времени и уровне, которые сравнивает ствол мозга; медиальная верхняя олива чувствительна к межушному времени, а латеральная верхняя олива — к межушному уровню. Складки ушной раковины фильтруют звук направленно, добавляя спектральные сигналы, которые разрешают неоднозначности высоты и спереди-сзади, которые одни межушные сигналы оставляют неразрешенными. Сравнивая два уха, слуховая система также улучшает обнаружение и разборчивость цели в шуме, что известно как пространственное высвобождение от маскировки.

Clinical relevance

Асимметричная или односторонняя потеря слуха ухудшает межушные сигналы, необходимые для локализации и отделения речи от шума, что является одной из причин, по которой слушатели с такими потерями сообщают о трудностях в шумной обстановке, даже если одно ухо слышит хорошо. Восстановление сбалансированного ввода в два уха является целью многих реабилитационных подходов. Этот материал описывает бинауральную функцию и не является основанием для индивидуальной диагностики или рекомендаций по устройствам.

Evidence & guidelines

Острота локализации была количественно оценена Миллсом (Mills, 1958) с помощью минимального слышимого угла, а нейронная основа межушного времени была сформулирована Джеффриссом (Jeffress, 1948). Роль бинаурального слуха в отделении речи от конкурирующего звука была подчеркнута Черри (Cherry, 1953) в его описании проблемы «коктейльной вечеринки», а область синтезирована в работе Блауэрта (Blauert, 1997).

History

Дуплексная теория лорда Рэлея на рубеже двадцатого века предполагала, что различия во времени и уровне служат разным частотным диапазонам. Модель обнаружения совпадений Джеффрисса 1948 года дала влиятельное объяснение того, как межушные временные различия могут быть нейронно закодированы, а измерения Миллса 1958 года установили точность человеческой локализации. Работа Черри по избирательному вниманию представила проблему «коктейльной вечеринки», а более поздние исследования подробно описали передаточные функции, связанные с головой, и бинауральное демаскирование.

Debates

Кодируется ли межушное время картой места в стиле Джеффрисса у людей?

Модель обнаружения совпадений хорошо подходит для некоторых видов, но данные у млекопитающих предполагают, что межушные временные различия могут кодироваться частично различиями в скорости между полушариями, а не тонкой картой места, и механизм у человека остается предметом дискуссий.

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

Что такое межушные временные и уровневые различия?

Это различия между сигналами, поступающими в два уха. Межушная временная разница — это небольшая разница во времени прихода звука, исходящего с одной стороны, а межушная разница в уровне — это разница в интенсивности, вызванная затенением дальнего уха головой. Вместе они являются основными горизонтальными сигналами локализации.

Почему слышать в шуме сложнее одним ухом, чем двумя?

Два уха позволяют слуховой системе сравнивать сигналы и использовать пространственное разделение между целью и фоном, что называется пространственным высвобождением от маскировки. При наличии только одного пригодного для использования уха эти бинауральные сигналы теряются, что затрудняет отделение речи от конкурирующего звука.