Chris Said

06Aug2018

私が感覚生理学について学んだ最もクールなことの1つは、聴覚システムが音を 音が右から来ているか左から来ているかを判断するために、脳は振幅とタイミングの耳間の違いを使用します。 下の図に示すように、音が左耳に比べて右耳で大きい場合、それはおそらく右側から来ています。 その差が小さいほど、音が正中線に近い（i.eあなたの正面からあなたの背中に行く垂直面）。 同様に、音が左耳の前にあなたの右耳に到着した場合、それはおそらく右から来ています。 タイミング差が小さいほど、正中線に近くなります。 この背後にある神経機構に関する魅力的な文献があります。

耳間のラウドネスとタイミングの違いは非常に便利ですが、残念ながら、彼らはまだあいまいさの多くを残します。 たとえば、正面の右からの音は、背面の右からの音とまったく同じラウドネスの違いとタイミングの違いがあります。

このシステムは、前面と背面の間にあいまいさを残すだけでなく、上部と下部の間にもあいまいさを残します。 実際には、このシステムによって明確にすることはできません混乱のコーン全体があります。 コーンの表面に沿ったすべてのポイントからの音は、同じ耳間のラウドネスの違いとタイミングの違いを持っています。

このシステムは混乱のコーンを残しながら、人間はまだ少なくともある程度、コーン上の異なる点から音の位置を決定することができます。 どのようにしてこれを行うことができますか？

驚くべきことに、私たちは耳と頭の形のためにこれを行うことができます。 音が私たちの耳と頭を通過するとき、特定の周波数は他の周波数よりも減衰されます。 重要なことに、減衰パターンは音の方向に大きく依存します。

この位置に依存する減衰パターンは頭部関連伝達関数(HRTF)と呼ばれ、理論的にはこれを使用して混乱の円錐に沿った位置を明確にすることができます。 誰かのHRTFの例は、水平軸に周波数と垂直軸に極角で、以下に示されています。 より熱い色はより少ない減少（すなわちより多くの力）を表す。 あなたの頭と耳があなたにこのHRTFを与えた場合、それはあなたが期待するよりも高い周波数パワーを持っている場合、あなたは音が正面から来ている

このシステムは理論的には良いように聞こえますが、実際にはこれらの手がかりを実際に使用していますか？ 1988年、Frederic WightmanとDoris Kistlerは、人々が実際に場所を推測するためにHrtfを使用していることを示すために、独創的な一連の実験（1、2）を行いました。 最初に、彼らは彼らの耳に小さなマイクを入れて、異なる場所からの音を再生することによって、各参加者のHRTFを測定しました。 次に、彼らは、各場所と各参加者のためのデジタルフィルタを作成しました。 つまり、これらのフィルタは、各参加者のHRTFを実装しました。 最後に、彼らはリスナーにヘッドフォンを置き、デジタルフィルタのいずれかを介して音を渡すたびに、彼らに音を再生しました。 驚いたことに、参加者は、音がヘッドフォンから来ていたにもかかわらず、使用されたフィルタに応じて、音の”場所”を正しく推測することができました。 他の人のHRTFではなく、自分のHRTFを使用するとき、彼らはまた、音のローカライズではるかに優れていました。

この仮説のさらなる証拠は、Hofman et al.,1998,whoは、人々の耳を再形成するためにパテを使用することによって、彼らはHrtfを変更し、したがって、音の局在を混乱させることができたことを示しました. 興味深いことに、人々はすぐに彼らの新しいHrtfで音をローカライズする方法を再学習することができました。

最後の楽しい事実：ヒューマノイドロボットの音の局在化を改善するために、日本の研究者はロボットの頭に人工耳を取り付け、音の位置を推測するた ここではロボットのいくつかの写真があります。

彼らの論文は一種のばかげており、複数の場所でマイクを使用するだけでなく、いくつかの疑問の正当化を持っていますが、私はそれがこれらの原則が適用されているのを見るのは楽しいと思いました。