降噪耳机没有你的耳朵厉害！3354个人的耳朵是如何「听辨位置」和「放大并抵抗噪音」的？

作者/洪友真|温雅基金会听力科学研究中心研究员的专业耳机，不仅能降低环境噪音，放大音频，还能表现出声音的方位感。图//Pexels除了令人叹为观止的视觉图像，沉浸式电子游戏还能让玩家通过戴上耳机的听觉来体验一次惊心动魄的冒险之旅。从《地狱之刃：赛奴雅的献祭》到《恶灵古堡 8》，那个似乎在耳边忽近忽远的神秘耳语，到0103010，我们不得不绷紧神经，竖起耳朵去辨认吸血鬼女士高跟鞋的脚步声，以躲避攻击。游戏开发商在声音处理上下足了功夫，加强故事的代入感。如果你想知道如何再现真实的声音体验，让玩家闭上眼睛，闭上耳朵，在脑海中构建一个三维的世界，那就得从人类“听声音，识别位置”的能力入手了。

就像聚焦眼睛可以产生视觉立体感知，定位物体的位置；我们会利用双耳接收的时间、音量差、耳廓效应来感受声音的立体特性，定位声源。所以武侠小说里的人物之所以能突然听一声，侧身接住从背后扔来的暗器，并不是什么特殊技能，而只是两只耳朵。

时间和音量，就是定位声音的座标值

声音到达双耳的时间差有助于声源定位。当屠\温雅基金会遇到庙会有人在你左边放鞭炮时，鞭炮的声音会先通过空气传到你的左耳，再传到你的右耳，两耳的时间差称为双耳时差，ITD，这是我们用来判断声音左右方向的线索之一。如果声音直接来自左耳，到达左耳的时间大约比右耳早0.6到0.8毫秒，相当于0.0006到0.0008秒[1]。虽然短得超乎想象，但足以让大脑分辨出声音的水平方向。

不仅如此，鞭炮在左侧爆炸时，你会下意识地用手按左耳吗？这与双耳间的电平差(ILD)有关。因为左耳和右耳之间有一个头，更靠近鞭炮的左耳接收到的声音强度(音量)会比右耳接收到的大。这种头部阻挡声音的现象叫做头影效应。

高频声音容易受到头影效应的影响。声音频率越高，能量每秒在空气中振动的次数越多，波长越短，因此头影测量效应的影响越明显。相反，由于低频声音的波形较长，甚至超过头部的宽度，双耳强度差通常较小。研究表明，我们通常依靠双耳强度差来判断2,000Hz以上声音的方向，双耳接收到的高频声音的差异可高达20 dB [2]。

00-1010大脑对声音到达双耳的时间差和强度差进行整合，使我们能够把握声音的水平位置。但垂直定位需要双耳耳廓(俗称耳壳)的帮助，才能区分声音是来自前方、后方、上方还是下方。

耳廓可以帮助收集声音，帮助大脑判断声音的方向。图/PEPEPELES就像指纹，每个人的耳廓都是独一无二的。声波到达耳朵时，会根据耳廓的凹凸形状产生不同的反射。随着到达角度的不同，会产生各种独特的音质，最后汇聚到耳道内。我们的大脑会通过这些声音特征来定位声源，这就是所谓的耳廓效应[3]。大家从出生开始就积累了用耳廓识别声源的经验，以使定位能力更好。下一次，你可以把耳廓揉成不同的形状，你会发现你对声源垂直定位的准确性越来越差。

听位置需要双耳的共同努力，所以对于单侧听力障碍的人来说，虽然他们通常可以依靠好的耳朵来帮助他们听别人说话，但当他们遇到需要定位声源的时候，他们的头会变大，因为所有的声音听起来都像是来自好的耳朵。也就是说，不能使用双耳关系。单侧听力丧失的人通常

再加上耳廓的帮忙，让声音定位三维化

既然已经解释了双耳声源定位的使用，就不能不提双耳听的优势：双耳求和，双耳静噪。左耳传来的声音会先被右脑处理，右耳传来的声音会先被左脑处理，但最后还是左右脑一起处理和解读声音。许多研究发现，双耳听力可以提高语音理解能力[4]。

相比两个耳朵，只用一个耳朵偷听八卦其实更难。你必须靠近说话者才能听得清楚。虽然声源的声强是一样的，但是当听者用双耳听的时候，大脑感知到的响度要比一只耳朵大，这种感知的差异可以小到2~3分贝，大到6~10分贝。这种双耳加成的效果来自于信息传递到听觉的时候。

皮层前，左右两条听神经已相互交错数百次扩大声音，让轻柔的声音也能听得更清楚^[5]。

而双耳聆听的另一个优势则是双耳静噪，除了整合两边声音提高音量外，双耳也能让大脑有效发挥选择性听觉注意力，让我们在吵杂环境能听得不费力，更专注于别人说话。这是因为当信号和噪音从不同位置产生时，听觉中枢可以在整合两耳接收声音的时间和强度差异来分离讯息和噪音，进而提升讯噪比（signal-to-noise ratio, SNR），让讯息听起来就更清楚^[6]。

在读了这些双耳的功用后，你是否也对自己的两只耳朵肃然起敬，并不得不讚叹身体奥妙的运作机制？未来在享受虚拟世界磅礡音效的同时，也别忘了定时拿下耳机让耳朵喘个气，别让双耳过度操劳而受了永不可逆的损伤。

参考文献

1. Hale, K. S., & Stanney, K. M. (Eds.). (2014).Handbook of virtual environments: Design, implementation, and applications. CRC Press.
2. Moore, B. C. (2012). An introduction to the psychology of hearing. Brill.
3. Batteau, D. W. (1967). The role of the pinna in human localization. Proceedings of the Royal Society of London. Series B. Biological Sciences, 168(1011), 158-180.
4. Ibrahim, I., Parsa, V., Macpherson, E., & Cheesman, M. (2013). Evaluation of speech intelligibility and sound localization abilities with hearing aids using binaural wireless technology. Audiology Research, 3(1), 1-9.
5. Gelfand, S. (2010). Essentials of audiology.
6. Litovsky, R., Parkinson, A., Arcaroli, J., & Sammeth, C. (2006). Simultaneous bilateral cochlear implantation in adults: a multicenter clinical study. Ear and hearing, 27(6), 714.

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