人們常說的聽聲辨位就是人們?cè)诼牭铰曇粢院�，能辨別出聲音是從哪個(gè)方向傳播過來的，而聲音在不同環(huán)境下傳播的又不一樣，這就是人耳對(duì)聲音方向感的作用。

    聲源方位感，是聽覺器官對(duì)聲音的音高、音強(qiáng)、音色、音長感覺之外的又一個(gè)感覺要素，它涉及到復(fù)雜的生理學(xué)心理學(xué)方面的問題。同時(shí)，聲源方位感也是立體聲技術(shù)的理論依據(jù)。

一、時(shí)間差、相位差與聲級(jí)差、音色差

雙耳效應(yīng)借以定位的原理是時(shí)間差、相位差、聲級(jí)差、聲色差。

（一）時(shí)間差和相位差

    時(shí)間差主要是指聲音到雙耳瞬間的先后差異。聲波在常溫下傳播的速度為344m/s，當(dāng)聲源偏離聽音人正前方中軸線時(shí)，耳A與耳B同聲源之間的距離有差別，從而出現(xiàn)聲音到達(dá)耳A與耳B之間的時(shí)間差。

    時(shí)間差作為聲源定位機(jī)理，對(duì)正面和兩側(cè)的聲源定位準(zhǔn)確性較高，對(duì)來自后面的聲源定位則誤差較大。其原因尚不十分清楚�？赡芤�?yàn)槁曇魜碜员硞?cè)，會(huì)因?yàn)樽蠖�或右耳產(chǎn)生耳殼遮蔽效應(yīng)，使得聲音因衍射而時(shí)差有變化。

    因?yàn)槿硕鷮?duì)聲音有適應(yīng)性，當(dāng)聲音到達(dá)基底膜的剎那間，毛細(xì)胞表現(xiàn)興奮而靈敏。當(dāng)聲音持續(xù)刺激，毛細(xì)胞的反應(yīng)相對(duì)地遲鈍。因此突發(fā)聲和瞬態(tài)聲的聲源定位準(zhǔn)確性較高。

    一個(gè)迅速流動(dòng)的聲源，會(huì)吸引聽覺的注意。因此，方位不斷變化的聲音，人耳對(duì)其方位辨認(rèn)的誤差較小。這就是近代立體聲節(jié)目出現(xiàn)聲移位的原因。

    一個(gè)連續(xù)的聲音，雖然到達(dá)雙耳也存在時(shí)間差，但是因?yàn)檫_(dá)到同一只耳朵的后續(xù)聲掩蓋了前面的聲音，使時(shí)間差變得不明顯。

    高頻聲與低頻聲傳播速度是一致的，所以時(shí)間差同聲源的頻率無關(guān)。但相位差同聲源的頻率有關(guān)。當(dāng)一個(gè)聲音到達(dá)雙耳，在兩耳之間出現(xiàn)時(shí)間差的同時(shí)，亦必然出現(xiàn)相位差。在一定的頻率范圍內(nèi)，相位差是聲源方位感的信息之一。

    相位差定位機(jī)理在頻率較低時(shí)效果較明顯。例如，在常溫中20Hz聲音的波長是17m，200Hz為1.7m，時(shí)間差所形成的相位差人耳能夠感覺出。而在聲源處于高頻區(qū)時(shí)，例如10kHz的波長85px，20kHz是42.5px，時(shí)間差所造成的相位差甚至超過360°，等于開始另一個(gè)波長。這時(shí)的相位差作為定位信息已無任何作用，因?yàn)橐褵o法分辨出相位屬于滯后或超前。因而高頻聲屬于“混亂的相位差”信息。

（二）聲級(jí)差和音色差

    聲級(jí)差指聲波到達(dá)兩耳出現(xiàn)不同的聲強(qiáng)。形成聲級(jí)差的主要原因是遮蔽效應(yīng)。前進(jìn)中的聲波如遇到幾何尺寸等于或大于聲波長的障礙物，會(huì)發(fā)生遮蔽效應(yīng)。其原理是：高頻聲在傳播遇到障礙物時(shí)，因無法越過障礙物，在障礙物后面形成聲陰影區(qū)；低頻聲波長大于障礙物而在障礙物后面形成聲衍射區(qū)。對(duì)聲級(jí)差起重要作用的是高頻聲，因?yàn)楦哳l聲波不能繞過聽者頭部，所以處于聲陰影區(qū)的那只耳朵比能夠聽到直達(dá)聲的那只耳朵，聲強(qiáng)級(jí)產(chǎn)生差異。頻率愈高，聲源偏離正面中軸線愈大，聲級(jí)差就愈明顯。

    從衍射效應(yīng)的角度看，低頻聲當(dāng)然也會(huì)形成聲級(jí)差。但是由于頭部直徑為500px左右，低頻聲發(fā)生衍射時(shí)，多走的路程有限，因衍射而損失的能量很小，因而偏離中軸線的低頻聲，到達(dá)兩耳的聲級(jí)差幾近于零，對(duì)聲源定位作用不明顯。

    遮蔽效應(yīng)對(duì)音級(jí)差產(chǎn)生作用的同時(shí)，亦必然對(duì)音色差發(fā)生作用。我們知道，構(gòu)成音色的主要成分是基礎(chǔ)音及其上方各次諧波的分量。舉例說，一個(gè)基頻為200Hz，入射角為45°的復(fù)合波點(diǎn)聲源，那么，它的基礎(chǔ)音和低次諧波遇到頭部障礙后產(chǎn)生衍射效應(yīng)，其高次諧波則被頭部遮蔽而出現(xiàn)高頻聲陰影區(qū)。這時(shí)，到達(dá)一側(cè)耳朵的聲音為直達(dá)聲（原音色），到達(dá)另一側(cè)耳朵的聲音因?yàn)楦哳l損失而使音色發(fā)生變化。大腦皮質(zhì)根據(jù)兩耳的音色差來辨認(rèn)聲源方位。由此可見，音色差是高頻信號(hào)聲級(jí)差的另一種反映。

  應(yīng)該指出，音色差的形成主要是那些基頻在60Hz以上的復(fù)合音聲源。因?yàn)?0Hz以下的聲音高次諧波波長較大，遇到頭部尺寸（直徑約500px)的障礙并不產(chǎn)生遮蔽效應(yīng)。例如基頻為30Hz的聲音，其16次諧波為480Hz，波長為0.716m，波長比頭部直徑大許多，雙耳之間不會(huì)形成明顯的音色差，其17、18、19次諧波，強(qiáng)度很弱，對(duì)音色構(gòu)成意義不大。因此，60Hz以下的聲音比中頻、高頻聲的聲源方位感準(zhǔn)確率要低。

  從強(qiáng)度差和音色差對(duì)雙耳效應(yīng)作用中，可以推想，純音比復(fù)合音難以定位，原因在于純音是正弦波（單個(gè)波），不能構(gòu)造音色差。

（三）聲源深度感

    聲源深度感是聽音人與聲源之間的距離，所以聲源深度感又稱聲源距離定位。

    聲源深度感常常同某個(gè)數(shù)字模式相聯(lián)系。當(dāng)我們聽到一個(gè)聲音時(shí)，我們除了感覺到這個(gè)聲音發(fā)生的大致方位外，還會(huì)感覺到這個(gè)聲音發(fā)生的大致距離。若要精確地感覺到聲源的深度，則要熟悉聲場(chǎng)環(huán)境，熟悉聲源音色，或者直接借助視覺去測(cè)量聲源與自己的距離。由此說明，聲源深度感是后天形成的，可訓(xùn)練的。

    深度定位主要通過聲波衰減的程度來判定。聲波在輻射過程中，能量隨傳播的距離而損耗，首先是高次諧波中振幅較小的先衰減，形成音色變化。人耳聽到聲信號(hào)后，同大腦儲(chǔ)存的聲信號(hào)作比較，從而判斷這個(gè)聲信號(hào)聲源的深度。

    深度感的另一途徑是聲源比較法。當(dāng)有數(shù)個(gè)不同距離的聲源（陣聲源）存在時(shí)，人耳可通過靠近的點(diǎn)聲源來推測(cè)出其它聲源的深度。多個(gè)不同距離和入射角的點(diǎn)聲源所形成的陣聲源，使聽覺產(chǎn)生聲音的寬度感和包圍感。再重復(fù)一句話：聲源深度感通常同視覺并聯(lián)，靠視覺形成經(jīng)驗(yàn)，靠視覺幫助精確定位。

(四）時(shí)間差和聲級(jí)差的組合

    雙耳效應(yīng)所產(chǎn)生的各種差別，對(duì)聲源方位感都可以單獨(dú)發(fā)生作用。在它們相互結(jié)合時(shí)，則產(chǎn)生綜合作用。如果它們的作用相反（正常情況下極少發(fā)生），那么就相互抵消。近代立體聲技術(shù)的實(shí)踐證明，時(shí)間差和聲級(jí)差的組合，對(duì)聲源方位感效果十分明顯。實(shí)驗(yàn)證明，在一定條件下，1ms時(shí)間差相當(dāng)于5?12dB的聲級(jí)差，其關(guān)系可互換。

    在一個(gè)混響時(shí)間超過正常聲學(xué)要求的大廳里，聲源的反射聲、混響聲級(jí)大大超過其直達(dá)聲。這時(shí)，人耳對(duì)聲源的第一波陣面的刺激最為敏感，如果反射聲和混響對(duì)于直達(dá)聲延時(shí)40?60ms，人耳尚可能把握聲源方位。如果延時(shí)超過這個(gè)范圍，人耳無法分辨原發(fā)聲到達(dá)雙耳的時(shí)間差和聲級(jí)差，就會(huì)產(chǎn)生分離的方向感，或混亂的方向感。這就是為什么一個(gè)回聲很重的大廳里，人們常常不容易把握聲源方位，需要用眼睛定位的緣故。

二、聲源方位感機(jī)理

    古典心理聲學(xué)認(rèn)為，人對(duì)聲源感覺主要依靠雙耳聽音差別，稱為雙耳效應(yīng)。如同雙眼觀察景物產(chǎn)生透視感、立體感一樣，通過雙耳對(duì)聲音強(qiáng)弱差別的感覺，可以判斷聲音來向、產(chǎn)生立體聲感。直到現(xiàn)代，雙耳效應(yīng)仍是聲源方位感的主要理論根據(jù)。但近年來，專家發(fā)現(xiàn)單耳喪失聽力的人，仍有聲源方位判斷能力，于是提出了耳殼效應(yīng)這個(gè)新理論，使聲源方位感理論更趨完善。

    聲源方位感的機(jī)理十分復(fù)雜。雙耳效應(yīng)的原理認(rèn)為：由于雙耳位置在頭部兩則，假如聲源處于人的正前方的中軸線，則聲音到達(dá)雙耳的時(shí)間、聲強(qiáng)級(jí)和相位是一樣的；假如聲源偏離聽音人正前方的中軸線，則聲音到達(dá)兩耳的距離不等，因此，聲音到達(dá)兩耳會(huì)出現(xiàn)時(shí)間差和相位差。同時(shí)，因?yàn)橐粋?cè)耳朵出現(xiàn)遮蔽效應(yīng)因而兩耳之間出現(xiàn)聲級(jí)差、音色差。

    聲源方位感是先天就具備的生理功能，然而聲源方位的寬度、深度及一切與數(shù)字相關(guān)的感覺，則與一個(gè)人后天的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。

三、耳殼效應(yīng)

    早在一百多年前，就有人發(fā)現(xiàn)單耳失聰者，仍有辨認(rèn)聲源方位的能力，并提出過耳殼效應(yīng)的設(shè)想，但不為人們所重視。直到本世紀(jì)六十年代，當(dāng)立體聲技術(shù)得到長足發(fā)展之后，人們認(rèn)識(shí)到雙耳效應(yīng)對(duì)某些聲源方位感覺難以解釋，于是耳殼效應(yīng)才得以被人重新認(rèn)識(shí)。

    當(dāng)我們還提時(shí)代，都可能做過一些有趣的試驗(yàn)，比如把耳朵往外拉成兜風(fēng)耳，這時(shí)我們感覺到外界的聲音突然變大變清楚了；如果把耳朵向后按到貼住頭骨，又會(huì)發(fā)現(xiàn)聲音減弱了。如前所述，耳殼有反射并聚集聲音的功能。同時(shí)由于耳殼凹凸不平，因此，耳殼不同的部位所產(chǎn)生的反射聲，比直達(dá)聲稍遲進(jìn)入耳鼓，形成比直達(dá)聲極短延時(shí)量的重復(fù)聲，重復(fù)聲比直達(dá)聲的延時(shí)量因入射角不同而異。

    耳殼效應(yīng)對(duì)判斷來自聽音人背后的聲音也有效。當(dāng)一個(gè)聲音來自背后時(shí)，耳殼將阻擋了這個(gè)聲音的高頻泛音，這樣，同前方的聲源相比，出現(xiàn)了明顯的音色差。大腦聽覺區(qū)將這些信息同以往掌握的信號(hào)相比較，從而得出聲源出自背后定。

四、單耳效應(yīng)

    單耳效應(yīng)是指雙耳效應(yīng)原理范圍內(nèi)的單耳聆聽定位功能。毫無疑義，一個(gè)雙耳聽力正常人主要以雙耳聆聽來辨認(rèn)聲源方位。然而一個(gè)有趣的事實(shí)告訴我們，人們不是平均使用雙耳去聆聽音響，而側(cè)重地使用一邊耳朵。

    例如，當(dāng)一個(gè)點(diǎn)聲源，出現(xiàn)在聽音人左側(cè)偏離中軸線35°的近處時(shí)，聽音人聽到聲音并同時(shí)測(cè)出聲源的大致方向；倘若聽音人被該聲源的音響所吸引，那么便會(huì)將頭轉(zhuǎn)向左方35°使自己的中軸線對(duì)準(zhǔn)聲源，以便用雙耳（同時(shí)使用雙眼）來辨認(rèn)聲源的準(zhǔn)確位置；假如聲源仍未準(zhǔn)確測(cè)出而吸引力進(jìn)一步加強(qiáng)時(shí)，聽者會(huì)將頭部向右轉(zhuǎn)動(dòng)用左耳向著聲源方向，并向聲源靠攏，直至找到聲源準(zhǔn)確位置為止。這個(gè)過程，亦即判斷→校正→尋的三步曲，反映出聽覺定位全身協(xié)調(diào)機(jī)制，同時(shí)說明單耳聆聽在定位中的重要意義。

五、骨導(dǎo)定位機(jī)理

    雙耳效應(yīng)、單耳效應(yīng)和耳殼效應(yīng)的原理，給聽覺定位提供了主要依據(jù)，似乎聽覺器官的聲源方位感機(jī)理已經(jīng)得到全面的解答。然而細(xì)細(xì)一想，發(fā)現(xiàn)聽覺定位機(jī)理中的一些細(xì)節(jié)，仍未得到完全合理的解釋。例如來自聽音人背后的聲源，人耳是如何辨認(rèn)出來的。按照雙耳效應(yīng)和耳殼效應(yīng)原理，來自背后聲音的辨認(rèn)，主要是根據(jù)耳殼遮蔽效應(yīng)，形成了背后聲音與正面聲音的音色差，而這種音色差的感覺出自大腦聽覺對(duì)以往的經(jīng)驗(yàn)對(duì)比。試驗(yàn)證明，三個(gè)月的嬰兒就能夠判斷出來自背后的聲音，同樣地，一個(gè)成年人可以判斷出一個(gè)來自背后而從未聽到過的音響。由此可見，人耳背后聲源的定位不能僅僅歸結(jié)為音色差。

    專家們認(rèn)為，必定還有一種聽覺功能，來輔助人耳判斷來自背后聲源方位。這功能就是骨導(dǎo)定位機(jī)理。

    關(guān)于骨導(dǎo)定位的可能性，歷來頗有爭議，爭議的焦點(diǎn)不是顱骨能否傳導(dǎo)聲波，而是外界聲波有多大比重由氣導(dǎo)轉(zhuǎn)化為骨傳。有學(xué)者認(rèn)為，聲波在傳播的過程中，從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)時(shí)，在兩種媒質(zhì)的分界上會(huì)發(fā)生反射和入射，根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律，可算出聲波在顱骨的入射和反射的聲強(qiáng)。經(jīng)計(jì)算，反射波的聲強(qiáng)級(jí)達(dá)99.89%dB，入射波僅為0.00003%dB，這表明外界聲能量幾乎全部被反射掉了，因此認(rèn)定，骨導(dǎo)定位功能實(shí)際上不存在。

    關(guān)鍵問題是存在不存在入射波，如果承認(rèn)入射波的存在，那么能量比重即使極微量，在臨界限度以上，人耳就能感覺得到。

 耳蝸基底膜上的毛細(xì)胞既然能夠感覺到位移為1/10埃（1埃相當(dāng)于氮原子的直徑）的振動(dòng)，那么，人耳可以感覺到由骨導(dǎo)傳入的微量聲信息。

    我們知道，耳朵處于頭顱兩側(cè)約114.99999999999999px的深處，此處與頭顱外表各部位距離不等，頭顱外表正對(duì)聲源的部位進(jìn)入耳蝸的聲波之間形成骨導(dǎo)時(shí)間差，同時(shí)兩耳之間亦存在骨導(dǎo)時(shí)間差。聲波在顱骨的傳播速度為3013m/s，氣導(dǎo)速度為344m/s，頭顱外表各部位與耳朵的距離約4.6~385px,為此，骨導(dǎo)直達(dá)聲與氣導(dǎo)直達(dá)聲之間存在時(shí)間差，大腦聽覺區(qū)根據(jù)骨導(dǎo)時(shí)間差及骨導(dǎo)與氣導(dǎo)之間的時(shí)間差，迅速判斷出聲源方位。

    從理論上說，骨導(dǎo)的定位功能是全方位的，因此，骨導(dǎo)定位機(jī)理對(duì)來自正面、側(cè)面、背面和頭頂上面的聲波都有作用。不過骨導(dǎo)定位功能又是輔助性的、次要的，是對(duì)雙耳效應(yīng)和單耳效應(yīng)、耳殼效應(yīng)的補(bǔ)充。