Thính giác hai tai và Định vị âm thanh

Nghe bằng hai tai cho phép người nghe định vị âm thanh trong không gian và tách người nói mục tiêu khỏi các âm thanh cạnh tranh. Thính giác hai tai khai thác những khác biệt nhỏ giữa các tín hiệu ở hai tai, chủ yếu về thời gian đến và mức độ, cùng với việc định hình phổ do đầu và tai ngoài tạo ra. Chủ đề này bao gồm các tín hiệu về hướng của âm thanh, các cơ chế so sánh hai tai và lợi ích của việc nghe hai tai đối với việc nghe trong môi trường ồn ào.

Definition

Thính giác hai tai là việc sử dụng đồng thời hai tai để xử lý âm thanh, và định vị âm thanh là việc người nghe xác định hướng và khoảng cách của nguồn âm thanh từ các tín hiệu âm học, chủ yếu là sự khác biệt giữa các tín hiệu đến từng tai.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự khác biệt về thời gian và mức độ giữa hai tai, các tín hiệu phổ (vành tai) để xác định độ cao và phân giải trước-sau, độ nhạy định vị, quá trình xử lý hai tai kết hợp hai tai và những lợi thế của thính giác hai tai trong việc hiểu lời nói trong môi trường ồn ào. Đây là tài liệu tham khảo và giáo dục về thính giác không gian, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Những tín hiệu âm học nào cho người nghe biết âm thanh đến từ đâu?
• Hệ thống thính giác so sánh thời gian và mức độ ở hai tai như thế nào?
• Điều gì giải quyết các sự mơ hồ như trước so với sau hoặc độ cao?
• Nghe bằng hai tai giúp ích như thế nào trong môi trường ồn ào?

Key concepts

• Sự khác biệt thời gian giữa hai tai
• Sự khác biệt mức độ giữa hai tai
• Lý thuyết song song
• Hàm truyền liên quan đến đầu và tín hiệu vành tai
• Góc nghe tối thiểu
• Nón nhầm lẫn và sự mơ hồ trước-sau
• Giảm tiếng ồn hai tai và giải phóng không gian khỏi che lấp
• Vấn đề tiệc cocktail

Key theories

Lý thuyết song song về định vị

Định vị ngang dựa trên hai tín hiệu bổ sung: sự khác biệt thời gian giữa hai tai chiếm ưu thế ở tần số thấp, nơi đầu ít tạo bóng âm, và sự khác biệt mức độ giữa hai tai chiếm ưu thế ở tần số cao, nơi đầu che chắn tai xa.

Mô hình phát hiện trùng hợp (vị trí) của thời gian giữa hai tai

Jeffress đề xuất rằng sự khác biệt thời gian giữa hai tai được mã hóa bởi các tế bào thần kinh hoạt động như các bộ phát hiện trùng hợp dọc theo các đường trễ, sao cho vị trí phản ứng thần kinh tối đa đại diện cho một độ trễ giữa hai tai cụ thể và do đó là một hướng.

Mechanisms

Một âm thanh ở một bên sẽ đến tai gần hơn sớm hơn một chút và, ở tần số cao, mạnh hơn, tạo ra sự khác biệt về thời gian và mức độ giữa hai tai mà thân não so sánh; nhân trám trên giữa (medial superior olive) nhạy cảm với thời gian giữa hai tai và nhân trám trên bên (lateral superior olive) nhạy cảm với mức độ giữa hai tai. Các nếp gấp của vành tai lọc âm thanh theo cách phụ thuộc vào hướng, thêm các tín hiệu phổ giúp giải quyết các sự mơ hồ về độ cao và trước-sau mà các tín hiệu giữa hai tai đơn thuần không giải quyết được. Bằng cách so sánh hai tai, hệ thống thính giác cũng cải thiện khả năng phát hiện và hiểu rõ mục tiêu trong môi trường ồn ào, một lợi ích được gọi là giải phóng không gian khỏi che lấp (spatial release from masking).

Clinical relevance

Mất thính lực không đối xứng hoặc một bên làm suy giảm các tín hiệu giữa hai tai cần thiết cho việc định vị và tách lời nói khỏi tiếng ồn, đây là một lý do khiến những người bị mất thính lực như vậy gặp khó khăn trong môi trường ồn ào ngay cả khi một tai nghe tốt. Khôi phục đầu vào cân bằng cho hai tai là mục tiêu của nhiều phương pháp phục hồi chức năng. Tài liệu này mô tả chức năng hai tai và không phải là cơ sở để chẩn đoán cá nhân hoặc khuyến nghị thiết bị.

Evidence & guidelines

Độ nhạy định vị được Mills (1958) định lượng thông qua góc nghe tối thiểu (minimum audible angle), và cơ sở thần kinh của thời gian giữa hai tai được Jeffress (1948) xây dựng. Vai trò của thính giác hai tai trong việc tách lời nói khỏi âm thanh cạnh tranh được Cherry (1953) nhấn mạnh trong mô tả của ông về vấn đề tiệc cocktail, và lĩnh vực này được tổng hợp trong Blauert (1997).

History

Lý thuyết song song của Lord Rayleigh vào đầu thế kỷ XX đề xuất rằng sự khác biệt về thời gian và mức độ phục vụ các dải tần số khác nhau. Mô hình phát hiện trùng hợp của Jeffress năm 1948 đã đưa ra một giải thích có ảnh hưởng về cách sự khác biệt thời gian giữa hai tai có thể được mã hóa thần kinh, và các phép đo của Mills năm 1958 đã thiết lập độ chính xác của định vị ở người. Công trình của Cherry về sự chú ý chọn lọc đã giới thiệu vấn đề tiệc cocktail, và nghiên cứu sau này đã mô tả chi tiết các hàm truyền liên quan đến đầu (head-related transfer functions) và giải che lấp hai tai (binaural unmasking).

Debates

Liệu thời gian giữa hai tai có được mã hóa bằng bản đồ vị trí kiểu Jeffress ở người không?

Mô hình phát hiện trùng hợp phù hợp với một số loài, nhưng bằng chứng ở động vật có vú cho thấy sự khác biệt thời gian giữa hai tai có thể được mã hóa một phần bằng sự khác biệt về tốc độ giữa các bán cầu thay vì một bản đồ vị trí tinh vi, và cơ chế ở người vẫn còn đang tranh cãi.

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

Sự khác biệt thời gian và mức độ giữa hai tai là gì?

Chúng là sự khác biệt giữa các tín hiệu ở hai tai. Sự khác biệt thời gian giữa hai tai là sự khác biệt nhỏ về thời gian đến của âm thanh ở một bên, và sự khác biệt mức độ giữa hai tai là sự khác biệt về cường độ do đầu che chắn tai xa. Cùng với nhau, chúng là các tín hiệu định vị ngang chính.

Tại sao nghe trong môi trường ồn ào khó hơn với một tai so với hai tai?

Hai tai cho phép hệ thống thính giác so sánh các tín hiệu và khai thác sự tách biệt không gian giữa mục tiêu và nền, một lợi thế được gọi là giải phóng không gian khỏi che lấp. Với chỉ một tai có thể sử dụng, các tín hiệu hai tai này bị mất, khiến việc tách lời nói khỏi âm thanh cạnh tranh trở nên khó khăn hơn.