О бинауральном эффекте

Наличие у человека двух ушей, разнесенных друг от друга на  расстояние порядка 21 см, позволяет определять направления  на источники звука, их удаленность, размеры. В обычных  условиях слух способен определять угловое перемещение  источника звука в горизонтальной плоскости с точностью около 3...4 градусов. При неподвижном источнике звука слух  способен определить направление на него не точнее 12  градусов, а по вертикали ­ 17...20 градусов.  Такие локационные способности слуха называют бинауральным  эффектом и объясняют неодновременностью достижения  звуковыми волнами каждого уха, неодинаковым уровнем  звуковых давлений в слуховых проходах, особенностями  тембров знакомых источников звуков и их изменений.  На самых низких частотах, ниже 300 Гц, бинауральный эффект  практически отсутствует и ухо не фиксирует направление  звука. На частотах от 300 до 1000 Гц становится заметным  сдвиг фаз звуковых волн, попадающих в правое и левое ухо.  Мозг мгновенно вычисляет, какому направлению может  соответствовать эта разность, и таким образом определяет,  откуда идет звук. На частотах более 1000 Гц сдвиг фаз  становится очень небольшим (длина волны уменьшается) и  поиск направления осуществляется за счет сравнения силы  звука, приходящего с разных сторон.Рис. 1. Акустическая система для создания эффекта интегральной локализации (локализации суммы)   На рис. 1 показаны два одинаковых громкоговорителя (АС) 1 и  2, расположенные на расстоянии 2L один от другого. На  расстоянии Х от базы АС на оси симметрии расположен  слушатель, уши которого находятся на расстоянии r1 и r2 от  соответствующих АС.  Если на обе АС подать одинаковый сигнал, то звук от каждой  АС достигнет ушей одновременно: правого от АС1, а левого ­  от АС2. Идентичность звуков не позволит слуху разделить их в  пространстве на левый и правый. Так создается слуховая  иллюзия: визуальный (кажущийся) источник звука как бы  находится в середине базы ­ между АС.  Если уменьшить громкость АС1, то это будет воспринято  слухом как перемещение КИЗ в сторону АС2 и наоборот.  Таким образом, варьируя громкость звучания левой и правой  АС, можно вызывать и поддерживать иллюзию перемещения  виртуального источника звука (КИЗ). Это явление называют  интегральной локализацией (или локализацией суммы).Рис. 2. Зависимость локализации от: а) разных уровней звуковой энергии сигналов в каналах; б) от временного сдвига сигналов в каналах   Аналогичную иллюзию перемещения КИЗ можно получить,  создавая запаздывание звука в одной из АС. При этом  виртуальный источник звука перемещается в сторону АС,  излучающей звук с опережением по времени Dt>1,1 мс. На рис.  2 показаны зависимости локализации КИЗ соответственно от  разности уровней и временного сдвига сигналов в каналах. Оба  эти эффекта широко используются при записи музыки.  Рис. 3. Влияние запаздывающего повторения сигнала на локализацию виртуального источника звука   При одинаковых уровнях основного и задержанного сигналоввиртуальный источник звука ощущается на месте физически  существующего источника, излучающего опережающий сигнал.  Источник звука, излучающий задержанный сигнал, не  ощущается вовсе, но его присутствие проявляется в виде  повышения общей гулкости звучания. При задержках одного из  сигналов на время более 50 мс наличие запаздывающего сигнала ощущается как помеха в виде эха, хотя положение КИЗ  остается неизменным. Отсюда следует, что опережающий  сигнал при одинаковом уровне с задержанным полностью  подавляет (маскирует) последний. Повышая уровень  запаздывающего сигнала, можно добиться того, что оба  источника звука будут восприниматься раздельно даже при  запаздывании менее 50 мс. На рис. 3 показано необходимое  превышение уровня (DL) запаздывающего сигнала в  зависимости от временной задержки. При t = 15...20 мс уровень  задержанного сигнала должен быть повышен на 11 дБ, чтобы  оба источника звука воспринимались раздельно. При t < 50 мс  для этого эффекта достаточно превышение уровня всего на 6  дБ. При t = 65 мс запаздывающий сигнал ощущается как эхо.  При t < 5 мс наблюдается неустойчивый режим: виртуальный  источник звука как бы перепрыгивает из одной АС в другую,  совпадая то с источником опережающего, то с источником  задержанного сигнала.  Если источники звука резко различаются по тембру, это может  привести к раздельному ощущению двух звуковых объектов  даже при равных уровнях интенсивности обоих сигналов.