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[综合讨论] 如何才能准确定位声源?

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发表于 2018-7-10 09:49 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  导读:
  定位,这是一个简单又复杂的名词,如果在一般的生活中来说,定位或许就是找准位置在哪里,这是一件非常容易理解的事情。声场定位的问题尤为重要,很多朋友们然无法弄明白定位的问题,比如怎么叫做定位精准,怎样的定位才是精准的,关于声音从什么地方传出来,应该怎么去判断这些一大堆的问题。

  本文将从人的双耳效应谈谈判断声源方位的重要根据,以及影响定位的因素等几个方面做简单的梳理。
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  一、人的双耳效应
  定位简单地来理解其实就是人判断声音在空间位置中的能力,我们知道人的耳朵其实是比较灵敏的,它不仅能够判定声源的方向,同时也能够判定声源的远近。

  之所以我们能够判断声音方位的原因,是声音达到每只耳朵的时间稍有不同,人脑正是利用这种差别以及一些其它的信息来构建一个虚拟的三维空间从而对声源进行定位识别的。
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  双耳间声压级差和相位差引起人耳感觉的辨别差值

  人耳在对声源进行定位的时候需要向听觉神经中枢提供判断信息,这个判断定位的信息来自于声源发出的声波传递到人双耳处的时间差异以及声压级差。

  1、时间差效应
  这是我们辨别声音位置的重要依据之一。其原理是:如果一个声音来自于听音者的正前方中轴线上,那么这个声音到达双耳的距离就应该是相等的,听者就会觉得这个声音来自于正前方的位置。

  如果这个声音来自于听音者的右侧,那么右耳就会比左耳先听到这个声音,便会判断声音来自于右前方。所以声源偏离正前方中轴线的角度越大,两耳朵的听音时间差异也就越大。
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  相位差引起瞬时声压差

  2、 声强差效应
  这是我们判断声源方位的另一个重要根据。它的原理是:如果一个声音来自于听音者正前方的中轴线上,那么这个声音达到双耳的声强度应该也是相等的,所以听音者就会觉得这个声音来自于正前方。

  如果声音来自于听音者的右侧,那么头部对于声波形成障碍减弱了声音到达左耳的强度,所以人们便会判断声音来自于右侧。同理声源偏离正前方中轴线的角度越大,双耳听到的声音强度差异也就越大。
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  人耳对于水平面内声音定位准确度曲线

  双耳效应正是来自于以上这些理论:人用两只耳朵一起听时才能提高对于声音的定位能力,因为只用一只耳朵仅能够决定除了方向上的响度、音色、音高等属性,但不能够具体确定声源的方向和准确位置。

  当两只耳朵一起使用时,声源发出的声波传播到两只耳朵中的距离、时间和强度有所差别,才能够对声源进行准确的定位。

  二、影响人们定位的因素
  人的头部会对于频率高的声音产生衰减的,其实频率低的声音要比频率高的声音更容易绕过头部,而一只耳朵中听到中高频逐渐衰减的声音会被当做是离这只耳朵更近的声音。其实我们的耳朵判断声源方向性还是相当准确,相对来说对于远近距离的判断要稍差一些。

  人的双耳间实际距离大概在16-18厘米,是800-10000声波波长的一半,因此对于在这个频率范围之外的声音不会产生方位感。

  对于700Hz以下的低频双耳听到的从侧面发出的声音已经基本上不会感觉到太大的差异。这就需要利用左右耳所听到的声音相位差来作为提示的信息:由于频率低的声波波长比头部的尺寸要大很多,所以一只耳朵会听到相位上拥有一些不同的声波,就能对于声源的位置产生提示。
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  等响度曲线

  人脑对于这些合成的增强和抵消声音进行处理从而来判断声源方向,这就是耳廓效应,这种效应主要对于4000Hz以上的声音才会产生定位作用。

  通常在声音的频率高于1400Hz时,强度差起到主要作用,而低于1400Hz时,时间差则起到主要作用。

  耳朵对于声源方向的判别,在水平方向上是比竖直方向上更好的。在水平方向0角度时,正常人在安静的环境中能够辨析出1-3度的水平方向角度变化,人们对于60度以下角度的判别能力都是很高的,但超过这个角度后辨别的能力就会迅速下降。

  三、喇叭的摆位关系到声场表现
  了解双耳效应及其运行的机制能够易于我们理解很多问题。

  1、以汽车音响为例
  喇叭摆在我们正前方的位置,我们坐在音响后方的中轴线位置上就会感觉声音是从两个喇叭之间传出的,而一般我们都是做在主驾驶位,左侧的音响播放时间提前了,那么我们就会感觉声像在左侧。

  音响之间的间距是声场中心声像定位之间的一种平衡,但一般汽车音响的喇叭的位置是固定不变的,人们感受声场信息正是通过“强度立体声法”和相位差(时间差)法来确定正确声像定位的。

  · 强度立体声法:通过增强左右侧喇叭的音量来控制声场转移
  · 时间差法:通过延时播放左右侧喇叭来控制声场转移。

  2、聆听交响乐时
  使用好的声像定位系统能够让我们在聆听交响乐的时候会发现首席小提琴演奏员的声音在前方的位置上,但木管乐器的声部则是在弦乐器的后方,铜管乐器又更远一些在木管乐器的后方,打击乐的演奏声音则是从最后一排中发出来的,同现场聆听差不多。
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  这其实正是因为声场的作用:演奏厅中的混响已经包围着所有的乐器,聆听室已经隐退由演奏厅代替了!我们听到的声音不再是一个平面上发出的,而是一个立体的空间中发出的声音。

  来源:艾维音响网公众号(ID:av010com),原文整理自中关村在线网,作者:武竟。

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