耳朵是如何聽聲辯位的？7.0聲道耳機能幫你吃雞嗎？

出品：科普中國

建造：科了個普荊博

監制：中國科學院計較機收集信息中間

同大師一樣，好久不玩PC游戲的小編在同事和本家兒播的洗腦慫恿下，仍是不小心當作了盒子精，插手了陷溺“吃雞”的步隊之中，不合錯誤，是插手到《絕地求生年夜逃亡》的電競事業之中。為了吃到雞，小編也是很拼的，不僅查詢各類攻略，還不雅看游戲視頻。

不外時候長了，心態仍是崩了啊，起頭信仰本家兒播們的保舉，信仰“程度不敷，外設來湊”。可是有一件裝備仍是讓小編很茫然，我們的耳朵明明是2.0聲道的，能感觸感染到7.1聲道耳機帶來的區別嗎？人類是若何實現聽聲辨位的？7.1聲道的耳機對于“吃雞”這類第一人稱射擊來說真的有用嗎？

一個悲涼的事實：你的耳朵確實是2.0系統

人類接管的聲音是由耳朵的布局決議的，外界聲音經由過程外耳廓收集到外耳道，而引起鼓膜振動，隨之帶動錘骨活動，傳標的目的砧骨、鐙骨，透過前庭窗傳給內耳，最終在耳蝸內完當作聽覺刺激從聲音標的目的電旌旗燈號的轉換。

當然，現實上人類聽到聲音的機理會更復雜些，身體的其他部門，如骨骼等，也可能會充任聲音的傳布介質，但最本家兒要的收聲系統依然是經由過程外耳，內耳和耳蝸完當作的。

聽力的發生需要一個完整的系統，即耳、腦及聯接它們的聽神經。當聲音旌旗燈號從人的外耳（耳廓、外耳道）和中耳（骨膜、聽骨鏈）傳到內耳，內耳中的耳蝸負責聽覺感知，耳蝸中的毛細胞（圖1中的放年夜部門）將聲音旌旗燈號轉換為生物電旌旗燈號傳入聽神經，由聽神經將該旌旗燈號傳入聽覺中樞，然后顛末年夜腦聽覺皮層闡發最終發生了聽覺。同時，年夜腦發出調節旌旗燈號對聲音感知進行調節。所以，今后不要笑話燒耳機的會有“腦放”，其實大師都需要“腦放”才能解讀聲音。

從聲音旌旗燈號的傳輸過程來看，我們人體自帶的聽覺領受設備（你的聽覺系統）確實是2.0的系統。

Figure 1聲音在人體中的傳導過程示意圖

2.0的耳朵是若何實現聽聲辨位的？

那么，我們又是怎么用2.0的耳朵實現聽聲辨位的呢？這種能力是在我們持久的保存過程中為順應保存情況而進化來的——聽力確實有比其他感知器官更早預知危險的潛質。

在感觸感染危險的能力上，我們先diss一下我們最依靠的視覺系統，固然人類視覺系統可以或許供給更年夜更清楚的領受素材（意味著你需要更多年夜腦的計較資本），但人類的視野是有可視角度的，一般在120度擺布（見圖2），周邊三分之二的規模屬于視野盲區，更苛刻的是，即便不在盲區規模之內，能對你的視覺發生有用刺激的規模，根基上就在視覺中間四周更小的規模中。

但擺布兩只耳朵卻能形當作360度無死角的監聽規模，這是目力所不克不及對比的優勢。同時聽力又分歧于目力，不會在某一個偏向或者角度占用過年夜的注重力。

Figure 2人眼視域示意圖

更主要的是，視覺系統有很是年夜的幾率會被干擾，好比在黑夜中，你只能依靠星光和月光折射的亮光作為照明光源，視覺結果會年夜打扣頭；同時，若是布景同方針很是接近，我們依然會很難發現危險的接近（這也是庇護色發生原因）。所以目睹為實不假，就怕眼不見。

聽覺系統在監聽情況的時辰就有很年夜的優勢了，一方面我們可以做到360度無死角，此外也無需偏重于某個偏向，我們只需要先確定有異常，然后再進行更切確的辨位。我們是若何聽聲辨位的呢？謎底是經由過程兩只耳朵聽到音源最終傳到耳中的細小差別進行定位（圖3）。

第一種方式是經由過程時候差定位，好比一個聲音若是從左邊來，那么左耳先聽到它，于是做出判定：本來你在我靠左的位置。

Figure 3依靠聽到時候差別分辨聲源方位示意圖

可是這種方式有必然的局限，那就是若是聲音的頻率跨越1500hz，波長會小于頭部尺寸的一半，你的擺布耳將無法分辯作聲音先達到你的哪只耳朵。也就是說，達到了高音5（sol）調子的聲音就不克不及用這種方式分辨偏向了，所以這時，只能經由過程雙耳聽到的分歧音量巨細來分辯偏向了（圖4）。

Figure 4依據聽到聲音強度差別分辨聲源方位示意圖

聲音在傳布過程中，背標的目的聲音的一側耳朵會因為身體的遮擋，發生濾波結果，導致聲音的強度變低。若是右邊的聲音年夜，左邊的聲音小，我們就判定聲源更接近右邊一些；擺布雙方的音量巨細越接近，我們會感受聲音越接近中間。這就是我們第二種分辨聲音偏向的方式。

這種方式也有必然局限，那就是在聲音的波長年夜于頭部一倍的時辰，（在650HZ擺布，這個區間剛好在中音區）聲音可以輕松繞過身體，使得耳朵很難分辯哪面的聲音更年夜一些，所以我們更擅長聽聲音的長短先后，而對聲音巨細的敏感水平會低一些。

聽聲辨位的機制講到這里，那么問題來了，若是聲音在我們的正前方，正后方，正上方或者正下方，那么我們豈不是很難分辨聲音的方位。很是光榮的是，我們有個矯捷的脖子，年夜多的時辰你只需要動彈下頭顱（具體景象見圖5），兩耳的差別性就會發生了，你就可以精確定位聲源的方位了。

Figure 5側耳傾聽的真諦

并且，側耳傾聽固然不是我們人類的特有動作，但人類作出這個動作的頻率卻半斤八兩高。本家兒要原因是同動物比擬，我們貧乏一個異常矯捷的耳朵，與我們基因組合最附近的黑猩猩（圖6），其耳朵的巨細和矯捷度也要比我們年夜得多。

Figure 6有著靈動耳朵的黑猩猩

那么就會有細心的伴侶問，為什么同狗狗措辭的時辰，狗狗似乎也很是喜好側耳傾聽（圖7），并且似乎越是萌的小狗越喜好做這個動作？

其實很好理解，越萌的狗狗一般也越小，他們凡是處于一個比力低的位置，想要聽清本家兒人的話，就需要有一只耳朵朝上，才會比力有幫忙，究竟結果我們都沒有傳聞過哪種動物的耳朵是朝天長的。

Figure 7狗狗可愛的歪頭殺

說了這么多，7.1聲道耳機到底能不克不及助我順遂吃雞？

實際中的環境要復雜得多，聲音會碰到多個障礙物，然后發生散射折射，年夜年夜增添我們分辨聲源方位的難度。聲音發生傳布的過程可能發生了多次的轉變，并互相影響，但最后傳到耳中的聲音只是一個最終的成果。

年夜部門游戲（以及片子）在建造的時辰為了知足耳朵固然解析度不高，但倒是360度的接管需求，在聲源上就選擇了多聲源的體例——用兩個以上的收音設備進行采集，而這些采集設備會被擺放在聲音最終的發聲位置，以達到聲音還原，聲場模擬的結果。不僅如斯，理論上講聲音的收音和發音設備在周邊安插得越多，其還原性越好（見圖8）。

Figure 8喪盡天良的n.1聲道示意圖

從這個意義上來說，多聲道耳機對于聲效的還原和聲場的模擬是有意義的，7.1聲道耳機在必然水平上可以讓你加倍切確的感知聲源的位置，盡早預知危機。

有了7.1聲道耳機就萬事年夜吉了嗎？

我們沒有足夠壯大的聽聲辨位能力，不僅僅是耳朵的問題。還有一個原因是，常規頻率的聲音有個龐大的錯誤謬誤，那就是中低頻率的聲音很是輕易發生衍射，能量小，偏向性差，碰到物體不反射的概率很是年夜。

所以，年夜大都聽聲辨位能力較強的動物所收集的聲源旌旗燈號是超聲波。好比蝙蝠，經由過程發射短促的尖啼聲（現實是我們無法聽到的超聲波）并闡發該聲波碰見四周情況中的物體后反彈的反響來遁藏障礙物，捕獲蟲豸。想具備完美的聽聲辨位能力，僅僅從外界接管聲音是不敷的，你還需要自備一個發射器。

Figure 9蝙蝠的反響定位系統

不外大師不需要沮喪，我們人類的辨位能力并沒有完全依靠耳朵。作為食物鏈中的掠食者，我們選擇視覺作為本家兒要的辨位（當然更主要的是測距）系統。回憶一下，食肉目標年夜大都動物除了具有尖牙利爪的特點外，還具有一個很較著的特征就是，雙面前置，位于頭部的前側；

Figure 10 虎的頭部布局示意圖

而食草目標年夜大都動物則在這個特征上相反，雙眼位于頭部的兩側。如許固然可以（圖11）帶來更年夜的視野規模，卻犧牲了當作像的空間感，導致食草目動物經由過程視覺判定距離的能力偏弱。

Figure 11馬的頭部布局示意圖

光波的頻率更高，在偏向性上有更年夜的優勢，抗干擾的能力也更強。經由過程雙眼的交匯定位，其精度要跨越超聲波好幾個數目級，從而讓獵食者更好把握與獵物的距離，做到一擊必中（圖12）。

所以純真快速地進行聽聲辨位其實是一件比力難的工作，除了自己要具備必然的聽力能力，更需要年夜腦對其成果進行處置后才能較為精確地確定發聲位置。所以，游戲中只領受到很是少量的信息就可以確定仇敵的位置，也就是所謂的意識。

這不是形而上學，而是從持久的戰斗中敏捷處置海量信息而獲得第一反映的能力。這種感受可能無法描述，但你就是知道仇敵在哪，危險在哪，機遇在哪，這種貴重的戰斗經驗，是需要持久操練，并在年夜腦的協作下完當作的。

Figure 12正在籌辦進行致命一擊的貓咪

所以，你知道啦，耳朵能感知危險，但只能作為我們的預警設備，雙眼則能制造危險，這才是我們進攻的利器；我們的祖先歷經萬萬年的盡力進化才讓我們爬到食物鏈的頂端。所以，想要“吃雞”，練好犀利的眼神和槍法才上上策，究竟結果最好的戍守是進攻。

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發表于 2018-03-01 00:00
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