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海德声科声学测试人工头系列文章：为何要用人工头？
2018-10-09 21:25:45· 来源：海德声科
要进行精准的双耳采集和回放，首先要了解人耳辨识声源的机理，进而根据其特征设计出合理的测试方法并选用合适的测试工具。
声学测试的目的是为了评价人耳对声音的感受，精准的声学测试是声品质乃至声学研究的前提。要进行精准的双耳采集和回放，首先要了解人耳辨识声源的机理，进而根据其特征设计出合理的测试方法并选用合适的测试工具。
人耳辨识声源机理
通常认为大脑只是根据双耳的时间差来辨识声源位置的，如下图1号声源传到左右耳存在一定的时间差。但有些情况是时间差法无法定位的，如：
-位于正中面的2号声源，其到达两耳的时间相同；
-较耳朵所在水平面对称的3号和4号声源，二者传到双耳效果一致，故无法辨识声源在3号处还是4号处。
那么人耳是如何辨识出这些声源位置的呢？
其实人耳在监听声音时，肩膀、头部、耳廓等会对声场造成一定的改变，如反射、衍射等。也就是说，声音在传到耳朵前，人体结构对其做了方向相关的改变，即对其频谱做了一些与方向相关的滤波，而大脑可以根据发生滤波后的信号判断其位置。例如：3号和4号虽然传到左右耳的时间差相同，但会经过不同的滤波，故人耳能辨识其位置。
人体结构对声场的影响
声音在传到耳朵前，人体对其影响较大的部件及相应的滤波作用如下表：
特定部件对声源的作用是一定的，人耳经过不经意间的训练，将能根据人体部位对声场的改变，判断出声源的具体位置。而这些部位作用叠加起来，就是所谓的头相关传递函数（Head-related transfer function）。
传统麦克风的缺陷
根据上述的分析，用传统麦克风进行测试声学就存在一些问题：
-缺少空间信息
单个麦克风没有空间信息，如下图声源绕头部移动时，人耳感受的音量大小是随时间变化的、类似正弦的曲线，而麦克风的测试结果则为一条直线。
缺少人体部位对声场的影响
由于没有人体部位对声音的反射、衍射等作用，麦克风测到的数据，与人耳实际的听觉感受存在较大的差异，即声音发生了扭曲。故传统麦克风无法进行精准的声学信号采集，所测的结果并非真正人耳听到的声音。
应景而生的人工头
为实现精准的双耳声学信号采集，通过分析人体各部位对人耳听觉造成的影响，将影响较大的部位，如肩膀、头部、耳廓等，做成人体模型，并将传统麦克风放入左右耳中，即为我们熟知的人工头。当然要选择哪些人体部位、各部位要做成什么样的几何结构，是很深的一门学问，这也是人工头的高深之处。
HEAD acoustics作为人工头的全球领先供应商，其中国子公司的公众号“海德声科”近期将持续为您推送人工头系列文章：“为何人工头要均衡”、“人工头如何做均衡”、“数字人工头与模拟人工头的区别”、“路试时如何精准测试驾驶员双耳信息”等，欢迎持续关注。
人耳辨识声源机理
通常认为大脑只是根据双耳的时间差来辨识声源位置的，如下图1号声源传到左右耳存在一定的时间差。但有些情况是时间差法无法定位的，如：
-位于正中面的2号声源，其到达两耳的时间相同；
-较耳朵所在水平面对称的3号和4号声源，二者传到双耳效果一致，故无法辨识声源在3号处还是4号处。
那么人耳是如何辨识出这些声源位置的呢？
其实人耳在监听声音时，肩膀、头部、耳廓等会对声场造成一定的改变，如反射、衍射等。也就是说，声音在传到耳朵前，人体结构对其做了方向相关的改变，即对其频谱做了一些与方向相关的滤波，而大脑可以根据发生滤波后的信号判断其位置。例如：3号和4号虽然传到左右耳的时间差相同，但会经过不同的滤波，故人耳能辨识其位置。
人体结构对声场的影响
声音在传到耳朵前，人体对其影响较大的部件及相应的滤波作用如下表：
特定部件对声源的作用是一定的，人耳经过不经意间的训练，将能根据人体部位对声场的改变，判断出声源的具体位置。而这些部位作用叠加起来，就是所谓的头相关传递函数（Head-related transfer function）。
传统麦克风的缺陷
根据上述的分析，用传统麦克风进行测试声学就存在一些问题：
-缺少空间信息
单个麦克风没有空间信息，如下图声源绕头部移动时，人耳感受的音量大小是随时间变化的、类似正弦的曲线，而麦克风的测试结果则为一条直线。
缺少人体部位对声场的影响
由于没有人体部位对声音的反射、衍射等作用，麦克风测到的数据，与人耳实际的听觉感受存在较大的差异，即声音发生了扭曲。故传统麦克风无法进行精准的声学信号采集，所测的结果并非真正人耳听到的声音。
应景而生的人工头
为实现精准的双耳声学信号采集，通过分析人体各部位对人耳听觉造成的影响，将影响较大的部位，如肩膀、头部、耳廓等，做成人体模型，并将传统麦克风放入左右耳中，即为我们熟知的人工头。当然要选择哪些人体部位、各部位要做成什么样的几何结构，是很深的一门学问，这也是人工头的高深之处。
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