.: DERLEME
Ses Lokalizasyonu: Temel Bilgiler: Geleneksel Derleme
Sound Localization: The Basics: Traditional Review
Turkiye Klinikleri J Health Sci. 2023;8(3):545-50
doi: 10.5336/healthsci.2023-96730
Makale Dili: TR
Tam Metin
ÖZET
İşitsel sistem; sesin baş ve dış kulak ile etkileşimi sonucunda oluşan uzamsal ipuçlarını kullanarak ses kaynağını lokalize etmektedir. Bu ipuçları, belirli beyin sapı yollarında analiz edilir ve ardından konumların kortikal temsili oluşturulur. Ses kaynağı; sağ/sol boyut ya da horizontal düzlem, aşağı/yukarı boyut ya da vertikal düzlem ve uzak/yakın ya da mesafe boyutu olmak üzere 3 farklı uzaysal boyutta lokalize edilebilmektedir. Kulaklar arası zaman farklılıkları [interaural time differences (ITD)] ve kulaklar arası ses seviyesi farklılıkları [interaural level difference (ILD)], horizontal lokalizasyon için temel ipuçlarını oluşturur. Alçak frekansların lokalizasyonu için ITD bilgileri esas iken, yüksek frekansların lokalizasyonu için ILD bilgileri esastır. Vertikal lokalizasyon ise dış kulağın yöne bağlı filtreleme özelliklerinden elde edilen spektral şekilli ipuçlarına dayanır. Bu ipuçlarının ilk analiz yerleri; ITD için ''medial superior olive'', ILD için ''lateral superior olive'' ve spektral şekilli ipuçları için dorsal koklear çekirdektir. Normal işitmeye sahip dinleyiciler, çoğu dinleme koşulunda sesleri hem horizontal hem de vertikal boyutlarda birkaç derecelik sapma ile lokalize edebilmektedir. Uzak-yakın ya da mesafe boyutundaki lokalizasyon; çevre akustiğine, ses spektrumuna ve sesin şiddetine aşinalık gibi ek faktörlere bağımlı olduğundan horizontal/vertikal düzlemlerdeki lokalizasyondan daha az doğrulukta gerçekleşmektedir. Mesafe boyutundaki lokalizasyon için temel akustik ipuçları; şiddet (yani dinleyicinin kulaklarına ulaşan ses seviyesi), kulaklar arası şiddet seviyesi farkı ve direkt sesin yansıyan sese enerji oranıdır. Bu derlemede; horizontal, vertikal ve mesafe boyutundaki ses lokalizasyonuna ilişkin temel bilgilerin verilerek, alandaki kaynak eksikliğine katkıda bulunmak amaçlanmıştır.
Anahtar Kelimeler: Ses lokalizasyonu; horizontal lokalizasyon; vertikal lokalizasyon; uzamsal işlemleme; mesafe algısı
İşitsel sistem; sesin baş ve dış kulak ile etkileşimi sonucunda oluşan uzamsal ipuçlarını kullanarak ses kaynağını lokalize etmektedir. Bu ipuçları, belirli beyin sapı yollarında analiz edilir ve ardından konumların kortikal temsili oluşturulur. Ses kaynağı; sağ/sol boyut ya da horizontal düzlem, aşağı/yukarı boyut ya da vertikal düzlem ve uzak/yakın ya da mesafe boyutu olmak üzere 3 farklı uzaysal boyutta lokalize edilebilmektedir. Kulaklar arası zaman farklılıkları [interaural time differences (ITD)] ve kulaklar arası ses seviyesi farklılıkları [interaural level difference (ILD)], horizontal lokalizasyon için temel ipuçlarını oluşturur. Alçak frekansların lokalizasyonu için ITD bilgileri esas iken, yüksek frekansların lokalizasyonu için ILD bilgileri esastır. Vertikal lokalizasyon ise dış kulağın yöne bağlı filtreleme özelliklerinden elde edilen spektral şekilli ipuçlarına dayanır. Bu ipuçlarının ilk analiz yerleri; ITD için ''medial superior olive'', ILD için ''lateral superior olive'' ve spektral şekilli ipuçları için dorsal koklear çekirdektir. Normal işitmeye sahip dinleyiciler, çoğu dinleme koşulunda sesleri hem horizontal hem de vertikal boyutlarda birkaç derecelik sapma ile lokalize edebilmektedir. Uzak-yakın ya da mesafe boyutundaki lokalizasyon; çevre akustiğine, ses spektrumuna ve sesin şiddetine aşinalık gibi ek faktörlere bağımlı olduğundan horizontal/vertikal düzlemlerdeki lokalizasyondan daha az doğrulukta gerçekleşmektedir. Mesafe boyutundaki lokalizasyon için temel akustik ipuçları; şiddet (yani dinleyicinin kulaklarına ulaşan ses seviyesi), kulaklar arası şiddet seviyesi farkı ve direkt sesin yansıyan sese enerji oranıdır. Bu derlemede; horizontal, vertikal ve mesafe boyutundaki ses lokalizasyonuna ilişkin temel bilgilerin verilerek, alandaki kaynak eksikliğine katkıda bulunmak amaçlanmıştır.
Anahtar Kelimeler: Ses lokalizasyonu; horizontal lokalizasyon; vertikal lokalizasyon; uzamsal işlemleme; mesafe algısı
ABSTRACT
The auditory system uses spatial cues produced by the interaction of sound with the head and external ears to determine the locations of sound sources. Those cues are processed in certain brainstem pathways before being integrated into cortical representations of locations. Sound source could be localized in 3 different spatial dimensions: right/left dimension or horizontal plane, front/back dimension or vertical plane and far/near field or distance dimension. Interaural time differences (ITD) and interaural level differences (ILD) are the main cues for horizontal localization. ITD information is essential for localization of low frequencies, while ILD information is essential for localization of high frequencies. Vertical localization rely on spectral shaped cues derived from the directional filtering properties of the external ears. The first analysis sites of these cues are the medial superior olive for ITDs, the lateral superior olive for ILDs, and the dorsal cochlear nucleus for spectral-shaped cues. In most natural listening conditions, normal human listeners can localize sounds within a few degrees of accuracy in both horizontal and vertical dimensions. Localization in the far/near field or distance is much less precise than in the horizontal and vertical dimensions, and the interpretation of the main cues is impacted by additional factors, such as the acoustics of the surroundings and the familiarity with source spectra and levels. Basic acoustic cues for distance-dimensional localization; intensity (i.e., the sound level reaching to listener), the ILD and the energy ratio of direct sound to reflected sound. This review aims to address the lack of source material in the area by providing a fundamental knowledge of horizontal, vertical and distance dimension of sound localization.
Keywords: Soud localization; horizontal localization; vertical localization; spatial processing; distance perception
The auditory system uses spatial cues produced by the interaction of sound with the head and external ears to determine the locations of sound sources. Those cues are processed in certain brainstem pathways before being integrated into cortical representations of locations. Sound source could be localized in 3 different spatial dimensions: right/left dimension or horizontal plane, front/back dimension or vertical plane and far/near field or distance dimension. Interaural time differences (ITD) and interaural level differences (ILD) are the main cues for horizontal localization. ITD information is essential for localization of low frequencies, while ILD information is essential for localization of high frequencies. Vertical localization rely on spectral shaped cues derived from the directional filtering properties of the external ears. The first analysis sites of these cues are the medial superior olive for ITDs, the lateral superior olive for ILDs, and the dorsal cochlear nucleus for spectral-shaped cues. In most natural listening conditions, normal human listeners can localize sounds within a few degrees of accuracy in both horizontal and vertical dimensions. Localization in the far/near field or distance is much less precise than in the horizontal and vertical dimensions, and the interpretation of the main cues is impacted by additional factors, such as the acoustics of the surroundings and the familiarity with source spectra and levels. Basic acoustic cues for distance-dimensional localization; intensity (i.e., the sound level reaching to listener), the ILD and the energy ratio of direct sound to reflected sound. This review aims to address the lack of source material in the area by providing a fundamental knowledge of horizontal, vertical and distance dimension of sound localization.
Keywords: Soud localization; horizontal localization; vertical localization; spatial processing; distance perception
REFERANSLAR:
- Keating P, King AJ. Sound localization in a changing world. Curr Opin Neurobiol. 2015;35:35-43. [Crossref] [PubMed]
- Yost WA, Loiselle L, Dorman M, Burns J, Brown CA. Sound source localization of filtered noises by listeners with normal hearing: a statistical analysis. J Acoust Soc Am. 2013;133(5):2876-82. [Crossref] [PubMed] [PMC]
- Agterberg MJ, Hol MK, Van Wanrooij MM, Van Opstal AJ, Snik AF. Single-sided deafness and directional hearing: contribution of spectral cues and high-frequency hearing loss in the hearing ear. Front Neurosci. 2014;8:188. [Crossref] [PubMed] [PMC]
- Rayleigh L. XII. On our perception of sound direction. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 1907;13(74):214-32. [Crossref]
- Stevens SS, Newman EB. The localization of actual sources of sound. The American Journal of Psychology. 1936;48(2):297-306. [Crossref]
- Sandel TT, Teas DC, Feddersen W, Jeffress LA. Localization of sound from single and paired sources. The Journal of the Acoustical Society of America. 1955;27(5):842-52. [Crossref]
- Wightman FL, Kistler DJ. The dominant role of low-frequency interaural time differences in sound localization. J Acoust Soc Am. 1992;91(3):1648-61. [Crossref] [PubMed]
- Macpherson EA, Middlebrooks JC. Listener weighting of cues for lateral angle: the duplex theory of sound localization revisited. J Acoust Soc Am. 2002;111(5 Pt 1):2219-36. [Crossref] [PubMed]
- Brughera A, Dunai L, Hartmann WM. Human interaural time difference thresholds for sine tones: the high-frequency limit. J Acoust Soc Am. 2013;133(5):2839-55. [Crossref] [PubMed] [PMC]
- Firszt JB, Reeder RM, Holden LK. Unilateral hearing loss: understanding speech recognition and localization variability-implications for cochlear implant candidacy. Ear Hear. 2017;38(2):159-73. [Crossref] [PubMed] [PMC]
- Gatehouse S, Noble W. The Speech, Spatial and Qualities of Hearing Scale (SSQ). Int J Audiol. 2004;43(2):85-99. [Crossref] [PubMed] [PMC]
- Gatehouse S, Akeroyd M. Two-eared listening in dynamic situations. Int J Audiol. 2006;45 Suppl 1:S120-4. [Crossref] [PubMed]
- Slattery WH 3rd, Middlebrooks JC. Monaural sound localization: acute versus chronic unilateral impairment. Hear Res. 1994;75(1-2):38-46. [Crossref] [PubMed]
- Middlebrooks JC. Sound localization. Handb Clin Neurol. 2015;129:99-116. [Crossref] [PubMed]
- Macpherson EA, Sabin AT. Binaural weighting of monaural spectral cues for sound localization. J Acoust Soc Am. 2007;121(6):3677-88. [Crossref] [PubMed]
- Imig TJ, Bibikov NG, Poirier P, Samson FK. Directionality derived from pinna-cue spectral notches in cat dorsal cochlear nucleus. J Neurophysiol. 2000;83(2):907-25. [Crossref] [PubMed]
- Kopčo N, Shinn-Cunningham BG. Effect of stimulus spectrum on distance perception for nearby sources. J Acoust Soc Am. 2011;130(3):1530-41. [Crossref] [PubMed] [PMC]
- Gardner MB. Distance estimation of O degrees or apparent O degree-oriented speech signals in anechnoic space. J Acoust Soc Am. 1969;45(1):47-53. [Crossref] [PubMed]
- Holt RE, Thurlow WR. Subject orientation and judgment of distance of a sound source. J Acoust Soc Am. 1969;46(6):1584-5. [Crossref] [PubMed]
- Zahorik P, Brungart DS, Bronkhorst AW. Auditory distance perception in humans: A summary of past and present research. ACTA Acustica United with Acustica. 2005;91(3):409-20. [Link]
- Zahorik P. Assessing auditory distance perception using virtual acoustics. J Acoust Soc Am. 2002;111(4):1832-46. [Crossref] [PubMed]
- Algazi VR, Duda RO, Morrison RP, Thompson DM. Structural composition and decomposition of HRTFs. IEEE. 2001:103-6. [Link]
.: İşlem Listesi