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立体声

Science Snack
立体声
定位声音的来源主要是时间问题
立体声
定位声音的来源主要是时间问题

通常,来自给定来源的声音必须传播略微不同的距离才能到达您的两只耳朵。因此,每只耳朵听到声音的时间略有不同。这种时间上的差异可以让您确定声源的位置。

工具和材料
  • 一根 3 英尺(1 米)长、直径为 1 英寸(2.5 厘米)或更大的软管(照片中显示的泳池/水疗软管效果很好)
  • 一支铅笔
  • 合作伙伴
集会

不需要。

做和注意

握住软管的两端,让它们盖住您的耳朵,这样软管本身就在您的头后面(见上图)。

让您的搭档站在您身后,用铅笔轻敲软管上的任意位置。你能分辨出敲击声是靠近你的右耳还是左耳?多试几次,让你的搭档在不同的地方敲击软管。

试着猜猜你的朋友什么时候在你耳朵中间的软管中心敲击。在您听到它离一只耳朵更近之前,必须从这个中点敲击多远?

尝试只用一只耳朵听。你能用一只耳朵定位声音的来源吗?

这是怎么回事?

如果您的朋友在您用双耳聆听时将软管轻敲到中间左侧,则声音会先到达您的左耳,然后再到达您的右耳。例如,如果您的朋友在中心左侧轻敲软管 3 英寸(7.6 厘米),声音将在到达您的右耳之前 1/2,000 秒到达您的左耳。

声音在空气中的传播速度约为 1,000 英尺/秒(350 米/秒)。当您的朋友将铅笔移动 3 英寸(7.6 厘米)时,到您左耳的路径会缩短 3 英寸(7.6 厘米),而到您右耳的路径会长 3 英寸(7.6 厘米)。路径长度的差异为 6 英寸(15.2 cm),或半英尺,声音在半毫秒内覆盖。您的大脑会利用这种到达时间的差异来确定声源更靠近您的右耳还是左耳。

有了两只耳朵,您就可以比较声音强度(音量)、到达时间、相位和频率等属性的差异。如果双耳听到的声音相同,则您认为声源就在您的正前方或正后方。您的耳朵和大脑利用声音的相对差异将其定位在远离中心的某个点。

如果您只用一只耳朵听管子,您将无法检测到轻敲是稍微偏向管子中部的一侧还是另一侧。但是,您可以检测到敲击声何时靠近您的耳朵,何时远离。

用一只耳朵定位声源相当于用一只眼睛定位物体。你可以用一只眼睛定位一个物体,但不是那么容易,而且你的视野缺乏深度。就耳朵而言,由于它的耳廓——外耳的杯状肉质部分,单只人耳可以检测到某个方向。但是,与我们用两只耳朵在太空中定位声源的复杂能力相比,仅用一只耳朵定位声源的能力非常有限。

更进一步

动物的听力与其栖息地有关。人类是树栖类人猿的后代。这些动物的头两侧长有杯状耳朵,这使动物能够在三个维度上定位声源。平原动物的头顶通常有尖耳朵。这种安排更适合在水平面上定位声音。

正如您使用到达时间的差异来定位声音一样,地震学家使用地震波到达两个或多个接收器的不同时间来计算地震的位置。毕竟,地震波只是穿过地面的声波。