随机信号处理案例——双耳时间差的计算
双耳听觉定位原理及方法
双耳听觉定位原理及方法
双耳听觉定位是利用双耳接收声音的时间差、声级差以及耳廓效应等原理来确定声音的来源方向。
以下是详细的原理及方法：
1. 声源定位的主要机制是双耳空间听觉。
人类对不同方向的声音敏感度不同，其中对左右两侧的声源最为敏感，其次是前后，最后是上下。
2. 声音传到两个耳朵的时间差（ITD）和声级差（ILD）是判定声音来源方
向的两个主要因素。
当声音频率低于1500赫兹时，声音会先到达靠近声源那一侧的耳朵，这个时间差被称为ITD。
当声音频率高于300赫兹时，听力健康的人能够感知声源的方向。
而当声音频率高于1500赫兹时，声音波长比人的头颅宽度短，使得声音在传播到较远的耳朵时被头颅阻挡，这个现象被称为“头颅影子现象”，使得处在“头颅影子”里的耳朵所接收到的声音的强度要低于另一只耳朵，这就是ILD。
3. 当声源是左右居中而上下不同时，声音到达左右耳的时间相同，音量也相同，这时就无法利用时间差和声级差来分辨声音的方向。
此时，人类可以利用耳廓效应进行定位。
因为人类耳廓的形状是不规则的长卵形，上面有很多形状各异的突起和凹陷，这样来自不同方向的声波被耳廓反射后，所产生的反射声组在时间和强度上会存在细微的差别。
大脑能够利用这些差别来判断声音的方向。
总之，人类的双耳定位系统是一种非常精细和复杂的机制，通过结合多种因素来判断声音的来源方向。
如需了解更多信息，建议查阅相关文献或咨询专业医生。
人耳分辨声音的时间差
人耳分辨声音的时间差
一般认为人耳分辨声音的时间差在50毫秒左右。
人耳分辨声音的时间差，也称为听觉分辨阈值，是指人类耳朵能够分辨两个声音的最小时间间隔，通常用毫秒（ms）来表示。
人耳分辨声音的时间差受到多种因素的影响，包括声音的频率、强度、持续时间、声音之间的差异程度等。
一般来说，人耳对高频声音的分辨能力比对低频声音更强，对持续时间较短的声音的分辨能力比对持续时间较长的声音更强。
根据实验研究，一般认为人耳分辨声音的时间差在50毫秒左右，即两个声音的时间间隔小于50毫秒时，人耳难以分辨它们。
但是，这个时间差并不是固定的，会受到多种因素的影响，如声音的频率、强度、持续时间等。
需要注意的是，人耳分辨声音的能力是有限的，当声音过于复杂或过于快速时，人耳的分辨能力可能会受到限制。
因此，在进行音频处理、音响设计等方面的工作时，需要考虑到人耳的分辨能力，以保证最终的音频效果符合人耳的感知要求。
基于耳蜗核模型改进双耳时间差的声源定位
基于耳蜗核模型改进双耳时间差的声源定位作者：张毅邢武超罗元何春江来源：《计算机应用》2013年第11期摘要：人耳听觉系统在噪声环境中能够准确定位感兴趣的声源，实现其定位的主要因素是双耳时间差，但是在噪声环境下利用双耳时间差方法进行定位的效果比较差。
针对这一问题，提出一个基于耳蜗核模型的声源定位系统。
利用耳蜗核模型模拟耳蜗核对听觉信息的处理机制，提取听觉神经纤维中对语声刺激同步的信息和发放率信息，从而实现对噪声的抑制，完成噪声环境下的声源定位。
该系统在噪声环境下定位的误差为1.297°。
实验结果证明改进之后的声源定位系统能在噪声环境下进行声源定位。
关键词：双耳时间差；神经发放；锁相；耳蜗核模型；声源定位0引言在现实环境中，人耳听觉系统接收来自外界的声音信息，并对其进行分析和整合，从而实现对声音信号的感知。
“鸡尾酒会效应”表明，即使在嘈杂的背景环境中，人与人之间的语言交流仍能够不受干扰噪声的影响而正常进行[1]。
和传统的麦克风阵列技术相比较，人类的听觉系统在多个声源存在的情况下能精确地完成生源的定语与语音信号的识别[2]。
人耳听觉系统的这种机制，吸引了更多的语音研究学者深入到人耳仿生的研究中。
在过去的几十年里，研究证明人耳听觉系统主要利用声源到达双耳时存在时间上以及强度上的差值，即双耳时间差（Interaural Time Difference， ITD）和双耳等级差（Interaural Level Difference， ILD），来实现声源方位的判定[3-4]。
由于语音信号的能量主要集中在低频段，而噪声信号的能量主要集中在高频段[5-6]，所以本文主要研究在低频段定位更加准确的基于双耳时间差的声源定位。
对于ITD的计算，Jeffress提出了双耳互相关计算模型，在其提出的模型基础上，后续者相继提出了一些声源定位模型[7-8]。
尽管在声源定位方面已经做了大量的研究，但是在噪声环境下，提取双耳时间差线索实现定位的准确性会有较大的下降[9]。
双耳效应小资料
双耳效应一、定义：当声源(包括复杂的集群信号)偏向左耳或右耳，即偏离两耳正前方的中轴线时，声源到达左、右耳的距离存在差异，这将导致到达两耳的声音在声级、时间、相位上存在着差异。
这种微小差异被人耳的听觉所感知，传导给大脑并与存贮在大脑里已有的听觉经验进行比较、分析，得出声音方位的判别，这就是双耳效应。
二、测试方法：1、用长1.5-2.0米，直径25毫米的一根塑料硬管（或金属管）即可，将内部装满细沙后两端用废纸堵住，在火炉旁加热后窝成一个圆形，两管口相距250毫米左右。
双耳效应2、倒出管中的细沙，将管口打磨光滑，用布条将管挂在试听者的两耳旁。
如下图：3、试听者紧闭双眼，耳贴管口，助手用一细木棒轻击管的任意部位，试听者皆能准确地判断出敲击处的位置，这就是双耳效应。
三、相关知识：在舞台上用两个相距不太远的传声器，分别连到两个放大器上，然后把放大器放大后的变化电流连接到另一个房间的两个与传声器位置对应的扬声器中。
这样当一个演员在舞台上由左向右、边走边唱地走过时，在另一个房间里的听众就会感到好像演员就在自己面前由左向右、边走边唱地走过一样。
如果用两个录音机同时分别记录从两个传声器送来的音频电流；放音时，再将同时放音的两个扬声器放到与传声器对应的位置上，听到的声音就会有很好的立体感，这就是两声道立体声录音。
现在的立体声磁性录音机大多是两个声道的。
它的录音磁头和放音磁头都是由上下两组线圈做成的，磁头的磁心叠厚比一般用的磁带录音机磁头磁心叠厚要窄一半多，在磁带上的磁迹也就比普通录音机记录的磁迹窄一半多。
这样，一条磁带上就有四条磁迹。
在录音时，声音由布置在左右的两个传声器转变成音频电流后，由录音机内的两套放大器分别进行放大，并分别送到录音磁头的两组线圈内，当磁带经过录音磁头时，两声道的录音就同时被记录到磁带的两条磁迹上。
在放音的时候，磁带通过放音磁头时，放音磁头的两组线圈分别感应出两条磁迹的变化电流，经过两套放大器分别放大，然后由布置在听众左前和右前的两个扬声器分别重放出两个声道的声音，使听众获得立体感。
基于双耳能量差及时延估计的声源定位方法
DOI ：10.15913/ki.kjycx.2024.02.041基于双耳能量差及时延估计的声源定位方法＊冼灿娇1，黄祖钦2，慕文静1，宋俊慷1，黄梅春1（1.广西民族师范学院，广西 崇左 532200；2.广西壮族自治区特种设备检验研究院，广西 南宁 530200）摘 要：目前，声源定位已被应用到很多场合，如地下声源的检测系统、会议室、助听器等。
在定位方法中，时延估计方法简单、效果较好，因此得到广泛的应用。
在声源定位中，仅通过双耳时间差的方法会降低定位的精度。
因此，提出基于双耳模型的能量差及时延估计联合的声源定位方法。
在实验中，主要采用2个麦克风来模拟双耳模型从而构建直角坐标系，同时计算2个麦克风接收到信号的时延及能量，联立方程组，从而计算出声源的位置。
关键词：声源定位；双耳模型；时延估计；麦克风阵列中图分类号：TN912 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）02-0139-03——————————————————————————＊［基金项目］2020年度广西民族师范学院校级科研项目（编号：2020YB001）随着计算机的飞速发展和电子技术的不断进步，声源定位在当今的很多语音识别及声源位置检测系统中有很重要的应用。
麦克风阵列的声源定位方法是较为常用的方法，主要有基于最大输出功率的可控波束形成技术、基于高分辨率谱估计的声源定位技术及基于到达时间差的估计（TDOA ）[1]。
前2种方法由于计算复杂、较难实现，在实际中较少采用。
而基于麦克风阵列的时延估计的声源定位方法由于计算量少、容易实现、效果较好，因而是最为常用的声源定位方法[2-4]。
单个麦克风接收到的信息量少，而多个麦克风阵列接收到的信息量多，可以利用各阵元接收到的信号之间的相关性对检测信号进行有效估计[5]。
在声源定位中很多因素会影响定位精度的准确性，如同时出现几个声源、房间混响及分立麦克风产生噪声等。
STANLEY （2005）[6]提出利用2个麦克风接收到同一信号的能量的关系进行定位。
随机信号处理案例——双耳时间差的计算
随机信号案例——相关法计算双耳时间差ITD1.人耳对声源的定位在自然听音中，人的听觉系统对声源的定位取决于多个因素——双耳接收到的号差异用来决定声源的水平位置，由外耳对高频信号的反射所引起的耳郭效应决定声源的垂直位置，而人耳的某些心理声学特性对于声源的定位也起到很大的作用。
2.双耳效应在自然听音环境中，双耳信号之间的差异对于声源的定位是非常重要的。
该因素可以在直达声场的听音环境中得到最好解释，如图2-1所示。
图2-1 声源S与镜像声源S′引入最大程度相似的双耳因素声源位于水平面上，水平方位角为θ，与人头中心的距离为r，到达左右耳的距离分别为SL和SR。
由于SL>SR，声音首先到达右耳，从而在到达双耳的时间先后上形成时间差。
这种时间差被定义为双耳时间差（interaural time difference ，ITD ），它与声源的水平方位角θ有关。
当θ = 0°时， = 0；当θ = ±90°时，达到最大值，对一般人头来说，为0.6～0.7ms 的数量级。
在低中频（f <1.5kHz ）情况下，双耳时间差是定位的主要因素。
3.头相关传输函数简介头相关传输函数(head-related transfer function, HRTF)描述了自由场声波从声源到双耳的传输过程，它反映了头部、耳廓和躯干等构成的生理系统对声波散射(综合滤波)的结果。
HRTF 是声源方向、距离、频率的连续函数, 它是声源到双耳的频域传输函数。
自由场的情况下，HRTF 定义为(),,,L L H H r f θφ=，(),,,R R H H r f θφ=，其中r 为声源到头中心的距离， f 为声波的频率；方位角 0°≤θ< 360°和仰角−90°≤φ≤ 90°表示声源的方向, 其中φ = 0°和90°分别表示水平面和正上方, 而(θ= 0°，φ= 0°)和(θ= 90°，φ= 0°)分别表示水平面上正前和正右方向。
声波时差python -回复
声波时差python -回复声波时差是指由于声音在传播过程中的速度和路径差异而导致的声音到达时间的差异。
在日常生活中，我们可能经常遇到声波时差的现象，比如当我们远离一个音源时，由于声音传播的有限速度，我们听到的声音会比实际发声时间晚一些。
在这篇文章中，我们将使用Python编程来模拟声波时差现象，并进一步了解其背后的原理。
首先，我们需要了解声音的传播速度。
声音是以波动的方式传播的，传播速度取决于媒介的特性。
在空气中，声音的传播速度约为343米/秒（在室温下），我们可以将其作为模拟中的声音传播速度。
接下来，我们需要根据声音的传播速度和距离来计算声音的传播时间。
在Python中，我们可以编写一个函数来实现这个计算过程，代码如下：def calculate_time(distance):speed_of_sound = 343 # m/stime = distance / speed_of_soundreturn time在这段代码中，我们定义了一个名为`calculate_time`的函数，它的输入参数是距离（单位为米）。
函数内部首先定义了声音的传播速度`speed_of_sound`，然后通过将距离除以传播速度来计算声音的传播时间`time`。
最后，函数返回计算得到的传播时间。
现在，我们可以使用这个函数来模拟声波时差的效果。
假设有两个人A和B，他们相距100米，A在离B100米的地方发出声音。
我们可以分别计算A到达A的时间和B到达B的时间，并比较它们之间的差异。
首先，让我们通过调用`calculate_time`函数来计算A和B到达自己位置的时间，代码如下：distance = 100 # meterstime_A = calculate_time(distance)time_B = calculate_time(distance)接下来，我们可以比较A和B到达自己位置的时间差异，并输出结果：time_difference = abs(time_A - time_B)print("The time difference between A and B is", time_difference, "seconds.")在这段代码中，我们使用了`abs`函数来计算时间差异的绝对值，并将结果输出到屏幕上。
脑波共振技术之双耳波差原理图解
脑波共振技术之双耳波差原理图解
双耳波差研究最早是由德国的H.W.Dove在1839发现的，所以双耳波差的相关研究与临床已经有已经有165年的历史。
要说明双耳波差前，我们先对我们大脑对音频输入的结构谈起。
不论任何声音都是经由两个耳朵进入，再经由脑干上方的左右橄榄体接收频率，左右橄榄体接收处理后，将共振的频波传送到RAS系统，经由RAS系统接受双脑同步的双耳波差共振波，藉此改善复杂的意识。
在客观上，脑波测量的研究提供了「双脑同步」在意识上影响很好的证据。
因为RAS可调节皮质上的脑波值。
如果我们长期追踪脑波测量的「网状活性系统」RAS。
就可以得到一些答案了。
1995年，Owens 和Atwater两位学者研究发现，如果人类在θ波及δ波的双脑同步刺激期间，人类减少产生重要的α波及β波，而θ及δ波增加。
这些研究文件证明「网状活性系统」RAS 处于双脑同步时，可测量出明显的改变。
美国脑波研究机构对双耳波差原理图解说明：
当经由左右耳耳机进来两个一致性且频率接近的声音时，就会有双耳波差的听觉。
而大脑会整合两边的讯号，进而产生第三种的声音，这就是双耳波差。
双耳波差是产生于脑干上方橄榄核，橄榄核就是专门负责声音输入整合。
双耳波差是经神经系统转送到网状结构RAS，也可以说使用神经传导物质开始改变脑波的活动型态。
实验心理学II02 听觉实验
双耳强度差异
低频时以时间线索为主， 高频以强度线索为主，对 中间线索范围都无效，因 而常出现定位错误；
连续听觉刺激条件下的 双耳相位差 视觉对听觉方位判断的 影响
四、语音知觉
语音及其声学特性
成分：元音、辅音和特殊的语音(汉语音调) 元素：音调、音强、音色、音长
语音知觉实验
语音——元音分析
被试
听觉正常
AC9082/9083诊断听力计，附气导隔音耳机一个， 反应键一对，数据传输线一条。 实验材料为不同频率的纯音。
实验仪器与实验材料
实验设计与实验过程控制
安装调试听力计。将电源、气导耳机和反应键接好 ，打开电源，检查听力计是否能正常工作。 环境要求:背景噪音小于30dB 。受试者在近1-2天 内应避免暴露于强噪音的环境中。 听力计功能的选择 (参见书中说明)。 预备实验：优势耳的确定 具体方法是：选择1000Hz频率的纯音按或 的呈现方式分别对左右耳施测4次，分别求出左右4 次的平均值，并选择阈限值较低的一侧作为优势耳 进行实验。 正式实验。
c:d:e:f:g:a:b:c`=1:9/8:5/4:4/3:3/2:5/3:15/8:2
人耳可听的频率(16~,20000~) 音高又称音调，是对频率属性的反映，
听觉的强度
单位：帕斯卡Pa=达因/cm2(音压单位)=尔格/ cm2·秒(能量单位) 人耳可听范围（0.0002微帕，1000微帕） 将1000Hz听觉阈限的强度0.0002微帕定位P0 ，其余所测声压与P0比值的对数取贝尔单位， 其1/10为分贝尔（dB）
125 250 500 1000 1500 2000 3000 4000 6000 8000
随机信号处理实验报告二
实验二 随机信号处理的工程编程实现030841103 钱进红一、实验目的1、熟悉各种随机信号分析及处理方法。
2、掌握运用MATLAB 中的统计工具包和信号处理工具包绘制概率密度的方法 二、实验原理 1平滑滤波平滑滤波可以与中值滤波结合使用，对应的线性平滑器可以仅仅用低阶的低通滤波器（如果采用高阶的系统，则将抹掉信号中应该保存的不连续性）。
2、IIR 数字滤波器设计原理利用双线性变换设计IIR 滤波器（只介绍巴特沃斯数字滤波器的设计），首先要设计出满足指标要求的模拟滤波器的传递函数)(s H a ，然后由)(s H a 通过双线性变换可得所要设计的IIR 滤波器的系统函数)(z H 。
3、协方差设两个随机变量X 和Y ，定义： 为X 和Y 的协方差。
其相关函数为：)()(),cov(Y D X D Y X rxy=由此可见协方差的相关性与X 和Y 是密切相关的，表征两个函数变化的相似性4、互相关互相关函数定义为：如果X （t ）与Y （t ）是相互独立的，则一定是不相关的。
反之则不一定成立。
它是两个随机过程联合统计特性中重要的数字特征。
5、频率响应反映仪器对频率动态反应的重要参数。
时间序列经过滤波处理后，原来序列中各种频率振动的振幅会受到削弱。
各种频率振动过滤前后振幅之比值称为频率响应。
它反映输出信号随输入信号的频率变化而变化的情况。
6、白噪声的检测与分析白噪声信号是一个均值为零的随机过程，任一时刻是均值为零的随机变量。
而服从高斯分布的白噪声即称为高斯白噪声。
三、实验内容基于matlab 的随机语音信号的平滑滤波、IIR 高通/低通/带通/带阻滤波、概率密度、互相关、最大似然估计、产生白噪声并求其平均功率谱密度及自相关、求混合噪声自相关及平均功率谱密度。
四、实验结果及分析 1.平滑滤波由图知，经过平滑滤波后，原始信号的峰值变化减小了，信号的频谱变得平滑了很多。
说明平滑滤波对信号具有很好的平滑效果。
基于BP神经网络和声达时间差的声源定位算法
基于BP神经网络和声达时间差的声源定位算法
段敬红;刘瑞华
【期刊名称】《电讯技术》
【年(卷),期】2007(47)5
【摘要】提出了利用神经网络进行声源定位的方法,该方法是在基于声达时间差(TDOA)的定位系统基础上提出的.概括了利用传声器阵列进行声源定位的几种方法,详细给出了BP神经网络算法原理.利用MATLAB仿真工具和BP神经网络对输入样本进行仿真训练,距离误差可以保持在0.5 m内,方位角误差在0.2°内.最后在声达时间差估计不准的情况下根据仿真结果对发令枪声进行了实例检测,证明定位效果仍可以满足要求.
【总页数】4页(P116-119)
【作者】段敬红;刘瑞华
【作者单位】中国民航大学,天津市智能信号与图像处理重点实验室,天津,300300;中国民航大学,天津市智能信号与图像处理重点实验室,天津,300300
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.7;TP212.9
【相关文献】
1.基于BP神经网络的双耳声源定位算法 [J], 谈雅文;王立杰;姚昕羽;汤一彬;周琳
2.基于过零点双耳时间差的运动声源定位 [J], 李冰;夏秀渝;申庆超;周宁
3.基于耳蜗核模型改进双耳时间差的声源定位 [J], 张毅;邢武超;罗元;何春江
4.基于到达时间差的声源定位算法与实现 [J], 叶诚;杨淑莹
5.基于首达波与次达波到达时差的深海浅层移动声源定位 [J], 高飞;孙磊
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双耳效应课件
2、声音到达两耳的声级差 两耳之间的距离虽然很近， 但由于头颅对声音的阻隔作用， 声音到达两耳的声级就可能不同。 如果声源偏左，则左耳感觉声级 大一些，而右耳声级小一些。当 声源在两耳连线上时，声级差可 达到25db左右。
Come back
3、声音到达两耳相位差
声音是以波的形式传播，而声波在 空间不同位置上的相位是不同的（除非 刚好相距一个波长）。由于两耳在空间 上的距离，所以声波到达两耳的相位就 可能有差别。耳朵内的鼓膜是随声波而 振动的，这个振动的相位差也就成为我 们判别声源方位的一个因素。当然频率 越低，相位差定位感觉越明显。
双耳效应
七年级研学实验报告
我要退出！Gogogo！ 欢迎您：
本小组组员： 张 莹 王子忱 王 沂 廉锦钰 郝铭洲 蒋津伟
定义和原理 1、声音到达两耳的时间差 2、声音到达两耳的声级差 3、声音到达两耳相位差
4、声音到达两耳的音色差
定义
双耳效应是人们依靠双耳间的音量差、时间差和音色差判别声音 方位的效应。
双耳效应的基本原理
如果声音来自听音者的正前方，此时由于声音到左、右耳的距离相等，从 而声波到达左、右耳的时间差（相位差）、音色差为零，此时感受出声音来自 听音者的正前方，而不是偏向某 一侧
1、声音到达两耳的时间差
由于左右两耳之间有一定的距离， 因此，除了来自前方和正后方的声音 之外，由其他方向传来的声音到达两 耳的时间就有先后，从而造成时间差。 如果声源偏右，则声音必先到右耳后 到达左耳。声源越是偏向一侧，则时 间差也越大。实验证明，当声源在两 耳连线上时，时间差约为0.62ms。
Come back
4、声音到达两耳的音色差
声波如果从右侧的某个方向上传来，则 要绕过头部的某些部分才能到达左耳。已知 波的绕射能力同波长与障碍物尺度之间的比 例有关。人头的直径约为20cm，相当与 1700Hz声波的波长，所以频率为1000Hz以 上的声波绕过头颅的能力较差，衰减越大。 也就是说，同一个声音中的各个力量绕过头 部的能力各不相同，频率越高的分量衰减越 大。于是左耳听到的音色同右耳听到音色就 有差异。只要声音不是从正前方（或正后方） 来，两耳听到音色就会不同，这也是人们判 别声源方位的一种依据。
移动声源的双耳信号合成方法
移动声源的双耳信号合成方法付中华西北工业大学计算机学院西安710072【摘要】固定方位声源的双耳信号合成仅与该方位对应的头相关传输函数冊TF有关，而移动声源的双耳信号合成则有所不同。
由于声源的移动，声源方位会不断变化，与之对应的HRTF 也会不断变化：另一方面，声源的快速移动会产生多普勒效应，如果考虑距离、环境反射等因素，问题将会更加复杂。
如何综合考虑这些因素，合成出逼真的移动声源双耳信号，是本文的研究目的。
首先去掉所有方位HRTF的初始延时以保证不同方位HRTF切换时的平滑插值，然后把声源到达双耳的绝对时间延迟分成到头部中心的时间延迟和与方位角相关的相对延迟两部分分别计算，接着用插值延迟线结构实现双耳多普勒效应，最后根据距离调节声压变化及混响器干湿比，以达到更加通真的效果.【关键词】传输函数声源方位双耳信号HRTF1引言营造逼真的声音效果是数字声频信号处理的重要内容之一，也是沉浸式虚拟现实、听觉定位机理研究、3D人机交互和娱乐等应用的关键技术。
通常相关的技术可以粗分成三类：第一类是双耳(binaural)技术，主要从人的双耳定位机理出发；第二类是声场重建（sound field synthesis)技术，从物理声场传播机理(如惠更斯原理)出发；第三类是立体声像(stereophony) 技术，可以看成是前两类技术的综合，本文讨论的移动声源声效合成技术属于第一类.在基于双耳听觉的空间声像呈现中，头相关单位冲击响应（Head Related Impulse Responses, HRIR)是基础。
它假定声源到人耳的声传输路径是一个线性时不变系统，因此可以用单位冲击响应来描述，要呈现声源空间方位感，就把声源信号分别与相应空间方位对应的双耳HRIR 卷积就可以得到双耳信号，最后用耳机馈给听者即可。
对于移动声源的情况，似乎只需要不断地切换不同方位的HRIR就行，然而实际上还有很多困难。
首先，目前HRIR主要是通过声学测量得到，而测量方位总是对应有限个空间方位点和一定精度的时间采样，因此除非测量的空间方位点足够密集、采样率足够髙，否则直接切换相邻方位点的HRIR会导致结果声音出现较明显的突变，许多研究都讨论过这一问题⑴。
少智报,信息阅读样稿。
栏目名称：信息阅读通常一篇有关所学知识的文章，提出问题回答问题稿件形式：标题×××××文章问题答案双耳效应如图１所示，人类是用两只耳朵来听声音的，耳朵生长在头颅的两侧，它们不仅在空间上有距离，而且受头颅阻隔，两只耳朵在接收声音时也会有种种的差异。
这种通过声音到达两耳的时间差、响度差等进行声源定位的效应称为双耳效应。
由于左右两耳之间有一定的距离，因此，除了来自正前方和正后方的声音之外，由其他方向传来的声音到达两耳的时间就有先后，从而造成时间差。
声源越是偏向一侧，时间差就越大。
实验证明，当声源在两耳连线上时，时间差约为0.62 ms。
两耳之间的距离虽然很近，但由于头颅对声音的阻隔作用，声音到达两耳的大小就可能不同。
如果声源偏左，则左耳感觉响度大一些，而右耳感觉响度小一些。
当声源在两耳连线上时，响度差可达到25dB左右。
总之，双耳效应是综合多方面因素的，人的听觉系统就是根据这种综合的效应来判别声源的方位的。
阅读上面的短文，回答下列问题：1. 双耳效应是利用声源发出的声音到达两只耳朵的___________等不相同来确定声源的位置。
2. “当小明被蒙上眼睛时，另一个同学在他的正前方拍手，他却指向正后方”，请你告诉小明其中的奥秘。
3. 猫头鹰的两只耳朵不像人一样对称地长在头的两侧，而是一只耳朵比另一只耳朵低。
当它的正前方有一只小老鼠活动时，高居在树上的猫头鹰，猫头鹰___________（选填“会”或“不会”）出小明那样的错误。
请你陈述理由。
答案 1. 时刻（或先后）、响度（或大小）2. 当小明被蒙上眼睛时，另一个同学在他的正前方拍手，声音同时到达两只耳朵，大小也相同，因而小明无法确定声音是来自于前方，还是后方。
3. 不会；因为猫头鹰的两只耳朵不对称，正前方老鼠活动发出的声音，到达两只耳朵的时刻也有先后，大小也不相同，猫头鹰可以凭借这种差异确定老鼠的位置。
声波时差python -回复
声波时差python -回复声波时差是指声波从发出端到接收端，所花费的时间差。
在传播过程中，声波会受到各种媒介的影响，比如空气中的温度、湿度和风速等因素，也会受到传播距离和障碍物的影响。
为了更好地理解声波时差，我们将以Python语言为工具，从计算声速开始，逐步论述声波时差的计算方法。
首先，我们需要计算声波在给定条件下的速度。
声波在空气中传播速度的计算公式为v = 331.5 + 0.6 ×T，其中v 是声波的速度（单位为m/s），T 是空气的温度（单位为摄氏度）。
为了使用这个公式，我们需要引入一个Python函数，该函数将温度作为输入，并返回声音速度。
import mathdef sound_velocity(temperature):"""计算声波在给定温度下的速度:param temperature: 温度（摄氏度）:return: 声音速度（m/s）"""velocity = 331.5 + 0.6 * temperaturereturn velocity有了以上函数，我们就可以计算声波在不同温度下的速度了。
比如，如果我们输入温度为20摄氏度，即可得到声波的速度为331.5 + 0.6 ×20 = 343.5 m/s。
接下来，我们需要考虑声波的传播距离对时间的影响。
由于声波传播速度恒定，我们可以通过时间与距离之间的关系来计算传播距离对应的时间。
换句话说，声波的传播时间等于传播距离除以传播速度。
为了简化计算，我们引入一个Python函数，该函数将传播距离和声音速度作为输入，并返回声波传播时间。
def time_of_flight(distance, velocity):"""计算声波在给定距离下的传播时间:param distance: 传播距离（米）:param velocity: 声音速度（m/s）:return: 传播时间（秒）"""time = distance / velocityreturn time举个例子，如果我们知道传播距离为1000米，并且声音速度为343.5 m/s （假设温度为20摄氏度），即可得到传播时间为1000 / 343.5 ≈2.91秒。
双耳信号时差与强度差的听觉效应
双耳信号时差与强度差的听觉效应
龙长才;姚秋平
【期刊名称】《华中理工大学学报》
【年(卷),期】1999(027)011
【摘要】对频率在４０００Ｈｚ以下的纯音，方波和噪声在有时差或强度差时的
主观感受进行的直接测试结果表明，通过双耳信号产生整体单一声源感，双耳信号需要有一个以上的频率成分。
单频纯音并不能独自产生声源在不同位置的主观感受，且完全没有整体单一声源的感受。
实验结果还表明所有频率成分的强度差，时差在半周期以下的频率成分地时差对声源的空间位置感起作用。
【总页数】3页(P107-109)
【作者】龙长才;姚秋平
【作者单位】华中理工大学物理系;湖北省计量局声学室
【正文语种】中文
【中图分类】R339.16
【相关文献】
1.蛙下丘听觉神经元对双耳强度差检测功能的建模和仿真 [J], 沈恩华;章惠明;顾凡及
2.双耳强度差的空间水平方位角感知特性研究 [J], 郭文静;王恒;张聪
3.双耳强度差的空间水平方位角感知特性研究 [J], 郭文静;王恒;张聪
4.双耳时间差和强度差与声源距离线索关系的研究(英文) [J], 曲天书;曹松潍;吴玺
宏
5.纯音双耳听闻与双耳信号时差和强度差 [J], 龙长才;姚秋平
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随机信号案例——相关法计算双耳时间差ITD
1.人耳对声源的定位
在自然听音中，人的听觉系统对声源的定位取决于多个因素——双耳接收到的号差异用来决定声源的水平位置，由外耳对高频信号的反射所引起的耳郭效应决定声源的垂直位置，而人耳的某些心理声学特性对于声源的定位也起到很大的作用。
2.双耳效应
在自然听音环境中，双耳信号之间的差异对于声源的定位是非常重要的。
该因素可以在直达声场的听音环境中得到最好解释，如图2-1所示。
图2-1 声源S与镜像声源S′引入最大程度相似的双耳因素
声源位于水平面上，水平方位角为θ，与人头中心的距离为r，到达左右耳的距离分别为SL和SR。
由于SL>SR，声音首先到达右耳，从而在到达双耳的时间先后上形成时间差。
这种时间差被定义为双耳
时间差（interaural time difference ，ITD ），它与声源的水平方位角θ有关。
当θ = 0°时， = 0；当θ = ±90°时，达到最大值，对一般人头来说，为0.6～0.7ms 的数量级。
在低中频（f <1.5kHz ）情况下，双耳时间差是定位的主要因素。
3.头相关传输函数简介
头相关传输函数(head-related transfer function, HRTF)描述了自由场声波从声源到双耳的传输过程，它反映了头部、耳廓和躯干等构成的生理系统对声波散射(综合滤波)的结果。
HRTF 是声源方向、距离、频率的连续函数, 它是声源到双耳的频域传输函数。
自由场的情况下，HRTF 定义为(),,,L L H H r f θφ=，(),,,R R H H r f θφ=，其中r 为声源到头中心的距离， f 为声波的频率；方位角 0°≤θ< 360°和仰角−90°≤φ≤ 90°表示声源的方向, 其中φ = 0°和90°分别表示水平面和正上方, 而(θ= 0°，φ= 0°)和(θ= 90°，φ= 0°)分别表示水平面上正前和正右方向。
HRTF 的时域表示是头相关脉冲响应(),,,l h r t θφ,和(),,,r h r t θφ简记为 HRIR ，它们与 HL, HR 互为 Fourier 变换。
4.ITD 的相关法定义
ITD 的定义四[2]（相关法）双耳脉冲响应HRIR 的归一化互相关函数定义为：
+LR 1/2
22R
()()=[()][t dt]L R L h t h t dt h t dt h ττ∞
-∞+∞+∞-∞-∞+Φ⎧⎫⎨⎬⎩⎭⎰
⎰⎰（）（） （3-2-7）
按定义，0≤|LR τΦ（）|≤1。
由式（3-2-7）可计算出函数LR τΦ（）在|LR τΦ（）|
在|τ|≤1ms 范围内的最大值，与此相应的τ=m ax τ即为相关法定义的双耳时间差ITDcorre ，即()max max ,ITD θφτ=
因而相关法是利用左、右耳HRIR 的相似性求出ITD 。
实际中通常得
到的是经过离散时间采样的HRIR ，即()L h n 和()R h n 。
因而（3-2-7）
对连续时间t 的积分将变成对离散时间n 的求和。
例如在44.1KHz 的采样率下，时间分辨率约为23s μ。
为了提高时间分辨率，在进行
（3-2-7）计算之前，可先对()L h n 和()R h n 进行过采样处理。
例如10
倍过采样可将时间分辨率变为2.3s μ。
下面图a[1]是有26名女性受试者的平均ITD 。
图 a 不同纬度面φ的ITD 与方位角θ的关系
5.MATLAB 仿真实验
本实验中采用的数据库中采样率为44.1KHz ，时间分辨率为Ts=23s μ的512点的离散序列——HRIR 序列。
ITD 的单位是s μ。
参数具体是：-45°≤φ≤90°，0°≤θ≤360°。
而HRIR 序列是按不同φ确定的不同纬度面上，θ以人头正前方为0°开始的，每5°。