声源定位包括哪些方面?
声源定位是听觉系统对发声物体位置的判断过程,它包括水平声源定位和垂直声源定位以及与听者距离的识别。人类拥有声源定位能力的机制是声源传到双耳的时间、相位和强度的差异。每个人的声源定位能力是不一样的,双耳听觉平衡的好坏是这一能力的决定性因素之一。对于双耳听觉障碍患者而言,如果只对一侧耳朵进行助听,无论来自什么方向的声音大多数会被听力阈值较好的一侧听到,这样就无法判定声源的方向。
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人耳对声源定位有哪些因素制约?
人们对于通过听觉辨别声源方位的能力大多习以为常,也很少有人会关注其中的原理,但有一类群体的人对这个问题的关注达到了吹毛求疵的程度,这就是音响爱好者,也叫做 Hi-Fi 爱好者。
他们除了对音响器材音质保真的这个基本指标外,同时非常注重音响器材再现声场和定位的能力。即便如此,Hi-Fi爱好者中,对声场和定位这两个概念理解普遍是模糊和感性的。因此有必要在此简单地解释一下这个问题。
要解释定位,首先要说说声像。所谓声像,就是音响系统再现出来的声源,经人耳接收、大脑加工后,虚拟出来的发声源在空间的像。因此,定位其实就是对声像的定位,而由声像所构成的空间,我们就叫做声场。这样看来,这里最关键的因素是定位了。
那么,人耳是如何对声音进行定位呢?经过科学研究和实现,知道人耳对声音定位主要是依靠以下三个方面:
一、时间差和相位差
由于声源与人的两耳距离不同,因此到达两耳的时间也不同,这就产生了一个时间差,同时也产生了相位差。
人耳对于时间差和相位差的敏感度是不同的,例如,1000HZ以下的声音,人耳主要是靠相位差来定位,但由于人耳本身对于相位差不是很敏感,因此人耳对于低频率的声音定位是比较迟钝的,所以我们在布置音响时可以比较随意地摆放低音炮。
如何实现机器人精准的声源定位?
首先需要确认——机器人定位的声源是哪种类型,语音识别还是环境声音?
如果是环境声音的话,比较靠谱的方式是运用空气声呐系统。因为声呐的工作原理是:
1、声音增强,由于空间范围噪声相关性较差,声呐阵列可以对接收的信号进行信号增强,同时滤除大部分噪声信号。
2、声音定向,利用阵列空间信息,空气声呐可以实时采集多通道信息并实时计算声源方位,根据阵型维度的不同,空气声呐可以实现在多个维度范围内的灵活定向。
能定位声音来源的工具?
空气声呐可以实现以空气为介质的声音定位。因为声呐的工作原理是:
1、声音增强,由于空间范围噪声相关性较差,声呐阵列可以对接收的信号进行信号增强,同时滤除其余大部分无效声音信号。
2、声音定向,利用声呐阵列空间信息,空气声呐可以实时采集多通道信息并实时计算声源方位,根据阵型维度的不同,空气声呐可以实现在多个维度范围内的灵活定向。
这样就可以进行精准声源定位,不论是噪声或其他想要被捕捉的声音信号,只要与环境声音有明显不同的声音特征值,就可以实现。
人是如何凭借声音确定声源位置的?
左右定位有两种方式:
1、通过时间差定位
第一种是通过声音的时间差,比如一个声音如果从左边来,那么左耳先听到它,于是做出判断:喔,原来你在我靠左的位置。
如果频率超过1500hz的声音,波长小于人的头部尺寸的一半,你的左右耳无法分辨出哪个先到达你的耳朵。
所以这时,只能通过双耳听到的不同音量大小来分辨方向了。
2、通过声源的大小定
如果右边的声音大,左边的声音小,我们就判断声源更靠近右边一些;而如果左右两边的音量大小越接近,那么我们会感觉声音越接近中心。
在500-800hz之间的声音(波长刚好比头部大一倍),我们的耳朵很难分辨出哪只耳朵听到的声音更大一些,所以用双耳听到不同音量以分辨声源的方向这种方法失效了。
所以我们只能根据左右耳听到的时间差来辨认声音的方向。
二、声音的前后定位
当声音位于正前方或者正后方时。这两个声音你左右耳听起来音量一样大,并且同时被你听到。
你便无法区分它们是前面传来的还是后面传来的。
换句话说,此时之所以能够定位,是来自于神经系统对单耳接收到的声音进行特征分析和识别从而得出的结论。其中甚至会包括来自于联想和以往经验的要素在起作用,故实际过程非常复杂。
耳朵是怎样定位声源的位置的?
双耳的定位功能
1.双耳时间差
人的左右两耳之间有一定的距离,除了中垂面上的声源之外,其他方向的声源到达两耳就会产生时间差,若声源的方向偏右,则先到达右耳,反之亦然。声源越是偏向一侧,双耳之间的时间差则越大。
2.双耳相位差
由于声波到达空间不同位置的两点时,相位通常是不同的,所以当声源与两耳的空间距离不同时,声波到达两耳的相位就可能存在差异。因此声波引起的人耳鼓膜的振动中就包含了这一相位差信息,成为了声源定位的一个因素。声源的频率越低,相位差的定位效果也越明显。
3.双耳声级差
左右耳之间的距离虽然很近,但是由于头颅的阻隔作用,声音到达两耳可能存在声级差,若声源偏向两耳连线的左侧,则到达左耳的声压级会比右耳的较大一些,反之亦然。
4.双耳音色差
当声波从一直耳朵传到另一只耳朵的时候,头部会产生绕射作用。人头的直径约为20cm,与频率为1.7KHz的声波波长相当,所以频率高于KHz的声波绕射能力较差,衰减也越大。对于一个复合音,其包含的不同频率成分绕过头部的能力各不同。因此左右耳听到同一个声音的音色就会产生差异。