声音定位实验原理_声测距与定位实验原理

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• 1、蝙蝠是怎么利用声波进行定位的？
• 2、什么是音笼试验？
• 3、人耳是怎么定方位的呢？
• 4、声源定位的原理？

蝙蝠是怎么利用声波进行定位的？

过去人们认为，蝙蝠是靠奇特的鼻孔发出的特殊声波，靠它的一对大耳朵和翅膀上灵敏的感觉组织接受声波，来判断前进方向的。可现在进一步研究证明，蝙蝠这些功能主要是依靠它身上能够发出超声波信号的“声音定位器”，能够记录超声波的传播速度和时间的“生物钟”以及储存记忆的“音频记忆器”来实现。苏联学者对此作过一系列的实验和研究，他们发现蝙蝠的辨别能力十分惊人，即使是极小的差异，也能够用它的“声音定位器”测出。他们曾做过这样的实验；竖起两块形状、大小完全相同的有机玻璃板，所不同的是，其中一块钻有深8毫米的小孔，当蝙蝠飞到这块玻璃板时，得到了2条米蛆的美餐，于是在此以后，蝙蝠在没有米蛆的情况下，也能正确无误地飞到这块有机玻璃板上，即使在另一块玻璃板上也钻一个8毫米深的孔，而且玻璃板的形状、大小连实验人员用肉眼也无法区别，但蝙蝠也能区别出来。人们从观察知道，蝙蝠一旦发现捕获物，便会盯住目标不放。那么，它们是怎样不断校正方向，缩短与追捕物之间的距离的呢？这就有赖于蝙蝠身上十分精确的“生物钟”了。这种“生物钟”和裁判员手中的秒表一样，当蝙蝠发射超声波时，“生物钟”便工作，超声波碰到追捕物折回后，“生物钟”就停止工作。这样，蝙蝠不断发射超声波和接收回波，根据“生物钟”的工作情况，就能判断出捕获物的位置。就像用雷达或激光测距一样。然而，蝙蝠光有这种“生物钟”还不行，还得有一种记忆的装置，使得蝙蝠在行进过程中把周围的情况储存在脑子里，不致于迷失方向或发生碰撞，这种记忆装置就是所谓“音频记忆器”。研究者作过这样的实验：他们在关实验蝙蝠的金属丝笼的出入口处架上一张丝网，其孔径小到只允许蝙蝠收紧翅膀才能飞进的程度，即使这样蝙蝠也能把翅膀收得紧紧的，从孔中钻了进去。后来实验者把网撤掉，奇怪的是蝙蝠飞入笼内时，仍然夹紧翅膀，这就是音频记忆器的功用。关于蝙蝠奇异的特性，这里所揭示的还是初步的，要把蝙蝠的奥秘彻底揭开，有待于科学家们的进一步工作。

什么是音笼试验？

音笼又称声笼，它是一种测定人对声音定位能力的仪器。音笼主要用于研究听空间知觉。在心理学教学中可以通过音笼实验验证有关听觉定位原理，差别阈限测定。选拔有关人才可以通过音笼测试被试的空间定位辨别能力，也可以检查发现某人有无这方面的疾病。1901年皮尔斯(A.HPierce)最早设计了音笼，综述了声音定位的早期研究成果。 音笼主要有能够水平方向转动180°的座椅，垂直方向转动360°的曲柄及发声器，全圆仪等部件组成。由于曲柄下方连结能够水平方向转动180°，垂直方向转动360°的转柄，因而曲柄顶端发出声音所经过的各点可形成一个以被试者头部为圆心的球面，发声器可在球面任何地方发出声音。发音器的按钮位于曲柄中间。

人耳是怎么定方位的呢？

无论是来自于实验结果，还是人类的实际经验，都可以得出一个很简单的结论——即神经系统通过对比同一个音源到达两耳之间的时间差（Interaural Time Difference，简称 ITD）以及强度差（Interaural Intensity Difference，简称 IID），就可以判断出声源在水平方向上的位置。  对人耳空间定位（包括水平定位以及竖直定位）更细致的研究表明：低频（1.5KHz以下）的情况下，主要是 ITD 在对声音定位起主要作用；中频（1.5K-4KHz范围内）的情况下，主要是 ITD 和 IID 共同作用；中高频（4KHz-6KHz范围内）的情况下，主要是 IID 起作用；高频（6KHz以上）的情况下，则是耳廓对声波的散射引起的干涉效应起作用。

但无论是竖直方向上的声源，还是正前方与正后方声源，都具备同一个特征——即无法提供双耳差线索。这样的声源是如何被人耳定位的。一方面，由于人体的构造原理，被人耳所能接受到的声音会受到耳廓，肩部以及头部构造的影响——一部分声音在传播过程中，遇到人体阻挡时会发生衍射、散射，并与直达耳道的声音在耳道口的位置发生干涉，从而影响到进入人耳的声音频谱；另一方面，录音师阚欧礼老师也曾提到过，人耳在判断声源位置时会无意识地扭动头部——而这一过程会造成一定的双耳差线索（例如当声源在正前方时，向左轻微扭动头部，则右耳会离声源更近，左右耳之间形成一定的 ITD 与 IID），从而帮助人耳进行声源定位。

换句话说，此时之所以能够定位，是来自于神经系统对单耳接收到的声音进行特征分析和识别从而得出的结论。其中甚至会包括来自于联想和以往经验的要素在起作用，故实际过程非常复杂。

声源定位的原理？

一般是超声波定位，发出的超声波遇到障碍物返回，再次被发射装置接受到，根据声音的速度和时间可计算距离！

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