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损失，人工听觉与空间听觉的恢复，空间听觉能力的
1 引言 测试在医学诊断的应用等。
人类正常的听觉中，除了对声音的响度、音
2 空间听觉的物理与生理机理
调和音色等单耳主观属性的感觉外，还包括声音
的 (双耳) 空间听觉，也就是对声音空间属性或特 对声源定位是空间听觉的重要组成部分。声源
性的主观感觉。空间听觉是听觉系统获取声音信 定位包括方向定位和距离定位。从物理上看，声源
息、产生听觉事件的一部分 [1] 。空间听觉包括对 方向定位是多个因素综合作用的结果 [1,4] 。自由场
声源的定位、对环境反射声的主观感觉等。在日常 情况下，声源辐射的声波经头部、耳廓等散射和衍射
生活中，听觉对声源的定位能力可以帮助寻找目 后到达双耳，双耳声压包含有声源的空间信息。当
标、发现和避免周围的潜在危险 (特别是在视觉范 声源偏离中垂面时，声波到双耳的传输存在与声源
围外)。而存在干扰声 (包括噪声、竞争声、反射声 方向有关的双耳时间差(Interaural time difference,
等) 的复杂声学环境下语言获取也和空间听觉密切 ITD)；同时由于头部的阴影与散射的作用，也存
相关。 在与声源方向、频率有关的双耳声级差 (Interaural
全球有 3.6 亿残疾性听觉障碍 (损失) 患者，约 level difference, ILD)。大量的研究表明，在1.5 kHz
占人口总数的 5% [2] 。其中我国听力残疾人数达 以下的低频，双耳声压精细结构导致的相延时差是
2054 万人，约占残疾人总数的 24% [3] 。残疾性听觉 声源侧向定位的主导因素。对于幅度调制信号，当
障碍是指成人任意一侧耳的最小听阈大于 40 dB 频率大于 1.5 kHz 时，双耳声压的包络延时差是声
HL，儿童任意一侧耳的最小听阈大于 30 dB HL。 源侧向定位的一个弱因素。而随着频率增加 (大约
听觉障碍除了体现为单侧或双侧可听阈的提高 (甚 4 kHz∼5 kHz以上)，ILD对侧向定位逐渐起主要作
至听力完全缺失) 外，还可能包括空间听觉能力的 用。但 ITD 和 ILD 不能解析前后和垂直定位，因为
下降甚至缺失。这除了影响寻找目标、发现和避 在前后镜像位置 ITD 和ILD 是近似相同的，而在不
免周围潜在危险的能力外，空间听觉能力下降所 同的垂直平面 (也就是矢状平面或混乱锥) 上，ITD
带来的一个大问题是干扰环境下语言获取能力的 与ILD也是近似不变的。事实上头部转动引起的双
降低。 耳声压 (可能主要是 ITD) 的动态变化，以及头部、
人工听觉技术 (包括助听器与人工耳蜗等) 是 耳廓等对声波的散射引起的耳道高频声压谱的变
对听觉障碍的治疗手段，正得到日益广泛的应用， 化是前后和垂直定位的因素。
它们可部分恢复或改善患者的听觉功能。理想情况 听觉距离定位也是多个因素综合作用的结果。
下，人工听觉应恢复听觉障碍患者的空间听觉功能， 声音的主观响度随声源距离的变化、空气对声波的
从而恢复或改善在干扰环境下语言的获取能力，虽 吸收所引起的高频衰减随距离的增加、头部等对近
然目前的技术还不能完全做到这一点。 场声波的散射和阴影作用使得近场 ILD 随距离的
对听觉正常人群的空间听觉已有很多的研究， 变化、反射环境下的直达/反射声能比等都是潜在
而对听觉障碍患者空间听觉的研究也引起了国际 的距离定位因素。
上的广泛兴趣。这是涉及声学、医学、生物医学工 各种不同定位因素的协同作用可以得到稳定
程、信号处理等多个学科的交叉领域。这方面的研 的定位结果。但是这些定位因素所带来的信息也有
究不但在人类听觉及其障碍的生理研究方面有重 一定的冗余性，在部分信息不可用的情况下听觉系
要的作用，而且在听觉障碍检测与诊断有重要的应 统仍然可以对声源方向进行定位。甚至当部分定位
用价值，同时对人工听觉技术的设计与改进方面也 信息存在冲突的情况下，听觉系统有可能选择一致
有重要的指导作用。 性好的信息进行定位。也就是说高层神经系统在利
本文综述了有关听觉障碍患者的空间听觉问 用定位信息的时候有一定的纠错能力。但如果缺失
题与研究进展。内容包括人类空间听觉的基本原理， 或冲突的定位信息过多，定位的准确性就下降甚至
听觉系统与空间信息处理，听觉障碍与空间听觉的 完全不能定位。
