降噪耳機沒你的耳朵厲害！——人的雙耳如何「聽聲辨位」及「擴音抗噪」？

• 作者／洪右真｜雅文基金會聽語科學研究中心研究員

除了令人屏息的視覺畫面，沉浸式的電玩讓玩家戴上耳機就能藉由聽覺體驗一場驚心動魄的冒險旅程。從《地獄之刃：賽奴雅的獻祭》中環繞耳邊忽遠忽近、似有若無的神祕低語，到《惡靈古堡 8》裡得繃緊神經、豎起耳朵辨識吸血鬼女士的高跟鞋腳步聲以躲避攻擊，遊戲開發商皆在音效處理上，下足了工夫來強化故事的代入感。要知道如何重現真實的聲音感受，讓玩家閉眼徒聽就能在腦海裡建構三維世界，就得從人類「聽聲辨位」的能力說起。

就像透過雙眼定焦才能創造視覺立體感知，定位物品位置；我們會運用雙耳接收到聲音的時間、音量差別，和耳廓效應來感受聲音的三維特性並定位聲源。因此，武俠小說中的人物之所以能忽聽一聲響，側身接住後方擲來之暗器，並非身懷絕技，其實單靠的就是兩隻耳朵罷了。

時間和音量，就是定位聲音的座標值

碰到廟會有人在你左邊點燃鞭炮，炮竹聲會先透過空氣抵達你的左耳再到右耳，而聲音抵達兩耳的時間差異就稱為雙耳時間差（interaural timing difference, ITD），是我們用來判斷聲音左右方位的線索之一。若聲音直接從左側傳來，抵達左耳的時間比右耳大概早了 0.6 到 0.8 毫秒，相當於 0.0006 到 0.0008 秒^[1]。雖然超乎想像的短暫，但也足夠讓大腦分辨聲音的水平方向了。

不僅如此，當鞭炮在左側炸開時，你是否也會下意識用手壓住左耳？這就跟雙耳強度差（interaural level difference, ILD）有關了。因為左右耳之間相隔了一顆頭，所以比較靠近鞭炮聲的左耳所接受到的聲音強度（音量）會比右耳來的大。這種頭部阻隔聲音的現象被稱為頭影效應（head shadow effect）。

當聲音越高頻時，代表能量在空氣裡每秒鐘振動的次數越多，波長越短，因此受到頭影效應的影響也越明顯。相反的，因為低頻聲音的波形較長，甚至超過頭的寬度，所以雙耳強度差通常會偏小。研究顯示我們通常會倚賴雙耳強度差來判斷 2,000Hz 以上聲音的方位，而雙耳接收到的高頻聲音量差最高可達 20 分貝^[2]。

再加上耳廓的幫忙，讓聲音定位三維化

大腦整合聲音抵達雙耳的時間差異和強度差異就能讓我們掌握聲音的水平位置，然而垂直定位則須靠雙耳的耳廓（俗稱耳殼）來幫忙，才能分清楚聲音是來自前方、後方、上方或下方。

就像指紋一樣，每個人的耳廓樣貌也都是獨一無二。當聲波抵達到耳朵時會依據耳廓的凹凸形狀產生不同的反射，隨著到達角度的不同產生各種獨特的音質，最後匯集進入耳道，我們的大腦就藉由這些聲音特質定位聲源，稱為耳廓效應（pinna effect）^[3]。每個人從出生起就不斷累積運用耳廓辨識聲源的經驗來讓定位能力更好。下次你可以把耳廓揉捏成不同形狀，就會發現自己在垂直定位聲源的精準度變差。

聽聲辨位需要兩隻耳朵協同努力，因此對於單側聽力受損的人而言，雖然平常聽別人說話可以靠好耳幫忙，但碰到得要定位聲源的時候就頭大了，因為所有的聲音聽起來都像是從好耳那邊傳過來的。也就是無法使用雙耳的關係，單側聽損者常會左右轉頭、利用視覺輔助去尋找聲音的來源，

除了定位，擴音降噪也難不倒你的雙耳

既然說明了雙耳在聲源定位上的用處，就不能不順帶提到兩個雙耳聆聽的優勢：雙耳加成（binaural summation）與雙耳靜噪（binaural squelch）。由左耳進入的聲音會先交由右腦處理，右耳聲則先交給左側腦，但最後兩側腦會共同處理和詮釋聲音。許多研究就發現，雙耳聆聽可以提升語音理解的能力^[4]。

比起雙耳，只用單耳偷聽別人講八卦其實更辛苦，你得要更靠近說話者才能聽得清楚。雖然聲源的音強一樣，但聽話者用雙耳聆聽時，大腦感知到響度會比單耳來的大聲，而這樣的感受差異可小至 2~3 分貝，大則可到 6~10 分貝。這樣雙耳加成的效果來自於當信息傳送到聽覺皮層前，左右兩條聽神經已相互交錯數百次擴大聲音，讓輕柔的聲音也能聽得更清楚^[5]。

而雙耳聆聽的另一個優勢則是雙耳靜噪，除了整合兩邊聲音提高音量外，雙耳也能讓大腦有效發揮選擇性聽覺注意力，讓我們在吵雜環境能聽得不費力，更專注於別人說話。這是因為當信號和噪音從不同位置產生時，聽覺中樞可以在整合兩耳接收聲音的時間和強度差異來分離訊息和噪音，進而提升訊噪比（signal-to-noise ratio, SNR），讓訊息聽起來就更清楚^[6]。

在讀了這些雙耳的功用後，你是否也對自己的兩隻耳朵肅然起敬，並不得不讚嘆身體奧妙的運作機制？未來在享受虛擬世界磅礡音效的同時，也別忘了定時拿下耳機讓耳朵喘個氣，別讓雙耳過度操勞而受了永不可逆的損傷。

參考文獻

1. Hale, K. S., & Stanney, K. M. (Eds.). (2014). Handbook of virtual environments: Design, implementation, and applications. CRC Press.
2. Moore, B. C. (2012). An introduction to the psychology of hearing. Brill.
3. Batteau, D. W. (1967). The role of the pinna in human localization. Proceedings of the Royal Society of London. Series B. Biological Sciences, 168(1011), 158-180.
4. Ibrahim, I., Parsa, V., Macpherson, E., & Cheesman, M. (2013). Evaluation of speech intelligibility and sound localization abilities with hearing aids using binaural wireless technology. Audiology Research, 3(1), 1-9.
5. Gelfand, S. (2010). Essentials of audiology.
6. Litovsky, R., Parkinson, A., Arcaroli, J., & Sammeth, C. (2006). Simultaneous bilateral cochlear implantation in adults: a multicenter clinical study. Ear and hearing, 27(6), 714.