1.13. БИНАУРАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ

Важной особенностью слухового восприятия является способность определять направление на источник звука при слушании двумя ушами. Это — так называемый бинауральный эффект. Исследования показывают, что восприятие азимутального направления прихода звука по отношению к положению головы человека связано с разностью фаз или времен прихода колебаний к правому и левому уху, а также с разностью интенсивности волны, приходящей к правому и левому уху. К уху, расположенному дальше от источника (см. рис. 1.8), звуковое давление приходит с опозданием на время

где а — величина, близкая к среднему радиусу головы (м); скорость звука в воздухе; — азимут.

Рис. 1.8 Определение времени запоздания сигнала, вызывающего фазовый бинауральный эффект

По этой разности времени прихода человек может судить о направлении прихода звука от источника. Если источник создает синусоидальный звук частоты выше 700 Гц, то может составить больше полупериода звука в результате чего теряется однозначность соответствия и разности фаз: опоздание на величину равносильно упреждению на величину для непрерывно звучащего источника. В этом случае, однако, помогает

ориентироваться ослабление звука (вследствие экранировки головой слушателя) около уха, повернутого в сторону от источника.

Оба эти явления, позволяющие различать направления на источник, называются соответственно фазовый и амплитудный бинауральные эффекты. При слушании шумов низких тонов или коротких непериодических звуковых импульсов решающую роль играет фазовый бинауральный эффект. Бинауральный эффект позволяет легче сосредоточивать свое внимание на нужном нам источнике звука при наличии мешающих источников. Так, мы легко слышим собеседника, даже когда рядом идут другие разговоры или имеются сильные мешающие звуки, — это так называемый «эффект шумного общества» (Cocktail-party effect). Подобное свойство слуха может быть использовано в технике пеленгования шумящих объектов.

Возможность различения слухом нужных нам звуков на фоне мешающих шумов и определения направления на источник звука являются свойствами слуха, интересными с точки зрения инженера, специализирующегося в области радиоэлектроники и электроакустики. Если бы механизмы и функциональные схемы центральной нервной системы человека, позволяющие выделять звуковой сигнал на фоне помех и определять направление на источник (а в ряде случаев и расстояние до него), были бы достаточно хорошо изучены, это позволило бы построить электронные модели аппаратов, обладающих аналогичными свойствами в отношении электрических сигналов и электромагнитных волн. Процессы, протекающие в нервных путях и в коре головного мозга, столь сложны, что на сегодня им нельзя дать точного объяснения и полностью сымитировать их электрическими схемами. Такого рода задачи стоят перед новой отраслью науки — биофизикой и ее частью — биоакустикой.

Элементарная схема поступления раздражений от слухового нерва в кору головного мозга состоит в следующем. Нервные импульсы, возбуждаемые в чувствительных окончаниях нервных волокон слухового нерва, распространяются по слуховому нерву и достигают центров слуха в левом и правом полушариях головного мозга. При этом как в правое, так и в левое полушария поступают импульсы от каждого уха. Нервные пути расщепляются и перекрещиваются в области так называемого варалиева моста и среднего мозга. Нейроны (клетки нервных волокон) с помощью ответвлений (синапсов), принадлежащих разным волокнам, связаны между собой. Для того чтобы прореагировать, нейрон должен получить импульс от соединенных с ним других нейронов. При этом возможны различные комбинации воздействий и реакций. Так, например, нейрон может возбуждаться (передавать раздражения дальше вдоль нервного волокна) под действием пришедшего импульса, или, наоборот, тормозиться. Торможение может возникнуть благодаря импульсу, пришедшему через синапс от другого волокна. Нейрон может также оставаться невозбужденным, если к нему

приходит импульс только от одной связи, и возбуждаться, если к нему одновременно приходят импульсы по двум путям. Такие взаимодействия нейронов позволяют мозгу «разобраться» в последовательности моментов воздействия и разностях интенсивности звуковой волны у правого и левого уха. В результате в зависимости от разности фаз пришедших звуков и разности их интенсивности возбуждаются те или иные группы клеток слуховых центров мозга.

Экспериментально было установлено, что разность интенсивности может до некоторой степени заменить разность фаз. Так, если, например, к левому уху приходит звук позднее, чем к правому, то в обычных условиях у левого уха звук слабее из-за экранировки головой. Поэтому, даже когда никакого запоздания звука к левому уху не будет, но мы сумеем искусственно сделать около левого уха звук слабее (например, слушая через головные телефоны, ослабим ток в одном из них), нам будет казаться, что звук идет справа. Это — эффект компенсации фазового бинаурального эффекта амплитудным.

Близким к этому является еще одно свойство слуха, важное для действия систем усиления голоса оратора с помощью громкоговорителей: эффект «предварения» (или эффект Хааса). Если один и тот же звук излучается двумя источниками, находящимися на разном расстоянии от нас, то мы не замечаем дальний источник и нам кажется, что звук приходит только от одного источника, более близкого. Эффект предварения сохраняется, даже если дальний источник создает более громкий звук.