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聽(tīng)覺(jué)是人體最重要的感官之一。聽(tīng)覺(jué)可以讓我們與其他人溝通，它通常是有關(guān)安全威脅的第一信息源，可以讓我們獲取有關(guān)周邊環(huán)境的非常細(xì)節(jié)的信息。在物理學(xué)上，聲音被定義為壓力的變化。物體振動(dòng)在物體所在的介質(zhì)內(nèi)造成分子運(yùn)動(dòng)時(shí)便產(chǎn)生聲音。為了方便本節(jié)的討論，我們只考慮空氣，雖然介質(zhì)也可以是液體。這種振動(dòng)在空氣中移動(dòng)，形成振蕩的傳遞性壓力波。圖1是這種波形的示意圖。 
振動(dòng)有兩個(gè)主要的特性：頻率和振幅。這兩個(gè)特性決定著空氣分子的移動(dòng)方式，從而決定聲音產(chǎn)生的方式。頻率是分子因物體振動(dòng)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)時(shí)的移動(dòng)速度，其測(cè)量單位是赫茲（Hz），即每秒的周期數(shù)。頻率決定音高。頻率越高，則穿過(guò)空間某個(gè)點(diǎn)的波紋周期數(shù)越多，從而聲音越高。振幅表示在一個(gè)聲波內(nèi)空氣分子的最大位移。聲音的振幅越大，則在空氣中產(chǎn)生的壓力變化越大，從而聲音的強(qiáng)度也越高。最常用的聲音強(qiáng)度測(cè)量單位是分貝（dB）。對(duì)于純音，比如餐叉轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)出的聲音，這種聲音是空氣分子受壓形成的均勻間距的波紋。如果分子還可以在更大的空間內(nèi)移動(dòng)、擴(kuò)張，則會(huì)變得越來(lái)越稀?。ㄈ鐖D2所示）。
圖2：聲波振動(dòng)和稀薄化的功能特性示意圖不論是什么頻率或振幅，聲波均以相同的速度在空氣中運(yùn)動(dòng)。在海平面、干燥空氣、20°C（68°F）的條件下，聲音的速度大約是1225公里/小時(shí)。因此，波長(zhǎng)較大（音調(diào)較低）的聲音比波長(zhǎng)較?。ㄒ粽{(diào)較高）的聲音到達(dá)耳朵的頻率低，但速度是一樣的。圖3是這種現(xiàn)象的示意圖。
圖3：波長(zhǎng)較大的聲波比波長(zhǎng)較小的聲波到達(dá)的頻率（按波前）低，但速度一樣在空氣中傳播的聲波如果碰到墻壁或其他障礙物則會(huì)發(fā)生不同的反應(yīng)，包括反射、折射和衍射。大多數(shù)人都有這樣的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)著下面的山谷或在學(xué)校的空體育館內(nèi)發(fā)出很大的聲音時(shí)，回聲會(huì)反彈回來(lái)，當(dāng)然反彈回來(lái)的聲音比原始的聲音要小。這種聲音的反射稱為回聲。如果墻壁或障礙物超過(guò)17米，則反射的聲音需要0.1秒或更長(zhǎng)的時(shí)間才能返回到你的耳朵，這個(gè)時(shí)間是由聲音的速度決定的。如果反射面的距離小于17米，則聲音僅需不到0.1秒的時(shí)間便返回到你的耳朵。反射回來(lái)的聲波與原始的聲波混在一起，聽(tīng)起來(lái)像是一個(gè)聲音，但比原來(lái)的聲音長(zhǎng)。這種現(xiàn)象與回聲不同，稱為混響?；祉懙淖詈美邮窃诹茉￠g內(nèi)唱歌。此時(shí)你聽(tīng)到的聲音很大，這聲音其實(shí)是原始聲波和反射聲波的混合。需要解釋的一點(diǎn)是，實(shí)際的混響時(shí)間可能不只0.1秒，這是因?yàn)橛卸啻畏瓷?，而且延遲時(shí)間各不相同。通常回聲只有一個(gè)延遲時(shí)間。與反射不同，衍射指的是聲波在其傳播路徑上穿過(guò)缺口或與障礙物發(fā)生交互作用時(shí)改變方向。這與水波和缺口或障礙物發(fā)生交互作用時(shí)的情況類似，波長(zhǎng)越大，則衍射的數(shù)量（或混合的程度）越大，波長(zhǎng)越小則情況相反。第三種稱為折射的效應(yīng)是指聲波穿過(guò)不同的介質(zhì)（或相同介質(zhì)但特性不同）時(shí)改變方向，并同時(shí)伴隨速度和波長(zhǎng)的改變。例如，聲波從清潔的空氣進(jìn)入霧堤會(huì)改變特性。1.2聽(tīng)覺(jué)的動(dòng)態(tài)范圍物體振動(dòng)會(huì)讓空氣分子以聲波的形式運(yùn)動(dòng)。高頻率的振動(dòng)產(chǎn)生高頻率、高音調(diào)的聲波，比如哨子發(fā)出的聲音。低頻率的振動(dòng)產(chǎn)生低頻率、低音調(diào)的聲波，比如霧角發(fā)出的聲音。總體而言，人類聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的性能有不同尋常的動(dòng)態(tài)范圍。這個(gè)范圍的下限稱為聽(tīng)覺(jué)閾。一個(gè)健康人的耳朵可以察覺(jué)空氣壓力的十億分之一（1×10-9）的振動(dòng)。這相當(dāng)于聲波中空氣分子的位移小于一個(gè)原子的直徑。這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍的上限稱為痛閾，超過(guò)120分貝。這個(gè)聽(tīng)覺(jué)范圍相當(dāng)于橫跨12個(gè)聲強(qiáng)級(jí)別，按頻率則是從20赫茲～20000赫茲。表1是對(duì)人類動(dòng)態(tài)聽(tīng)覺(jué)范圍的總結(jié)以及不同強(qiáng)度的噪聲舉例。
之所以人在這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍的低端有如此令人難以置信的敏感性，以及能感覺(jué)如此細(xì)微的壓力振動(dòng)，是因?yàn)橥舛椭卸Y(jié)構(gòu)內(nèi)有將聲音放大的機(jī)制。在這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍的上端，人類的耳朵結(jié)構(gòu)通過(guò)降低或減弱傳送到中耳的壓力來(lái)保護(hù)知覺(jué)，但是這種反應(yīng)速度比聲音的速度慢。其凈效應(yīng)就是突然很大的聲音——比如槍聲或爆炸的聲音仍然會(huì)傷害耳朵。雙耳是一對(duì)互相配合的感覺(jué)器官，能讓我們進(jìn)行溝通，體驗(yàn)周邊環(huán)境產(chǎn)生的很大范圍的刺激。這個(gè)將空氣壓力的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成大腦可以分析和解釋的電子脈沖流是整個(gè)人體內(nèi)最神奇的感官過(guò)程之一，而這個(gè)過(guò)程實(shí)際上是從頭部以外開(kāi)始的。聽(tīng)覺(jué)是通過(guò)一個(gè)稱為聽(tīng)覺(jué)轉(zhuǎn)導(dǎo)的過(guò)程實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)過(guò)程中，一種源（聲波）被轉(zhuǎn)換成另一種（傳送至大腦的電子脈沖）。如圖4所示，當(dāng)聲波到達(dá)耳朵稱為心耳的部分時(shí)，這個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵部分就開(kāi)始了。 圖4：人類聽(tīng)覺(jué)通道的主要結(jié)構(gòu)
心耳的大部分是不能動(dòng)的，由軟骨和皮膚組成。心耳的那些洞、溝、脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)不是隨機(jī)結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)實(shí)際形成了一個(gè)復(fù)雜的、非常精確的通道，將來(lái)自不同角度的聲波傳送至耳道內(nèi)。不論是總體形狀還是具體的不規(guī)則表面結(jié)構(gòu)，每個(gè)心耳都是獨(dú)一無(wú)二的。除了有助于將聲音輸送至耳道外，心耳的表面還會(huì)反射聲波并產(chǎn)生輕微的混響。對(duì)特定頻率的聲波會(huì)放大，而對(duì)其他頻率的則會(huì)減弱，這樣就實(shí)際上改變了頻譜的形狀。聲音的“顏色”通常稱為譜形線索，在我們定位表面聲源的能力方面起著關(guān)鍵作用。心耳還有一項(xiàng)功能，就是改善對(duì)于人的行為和言語(yǔ)通信來(lái)說(shuō)很重要的聲音。聲波進(jìn)入心耳后，再進(jìn)入外耳道?！癝”形的耳道長(zhǎng)約2.5厘米（1英寸）、直徑約0.7厘米（0.3英寸），沿長(zhǎng)度方向變窄，為中耳結(jié)構(gòu)提供保護(hù)，起著共振器的作用，并將2000～4000赫茲范圍的聲音放大10～15分貝。耳道的外三分之一由軟骨和皮膚組成，皮膚上有毛細(xì)胞和生產(chǎn)耳垢的腺體。內(nèi)三分之一由骨壁組成，其上覆有一層薄薄的皮膚。耳道的終端是一個(gè)薄的、半透明的、橢圓形的膜，其直徑約為10毫米，稱為耳鼓。耳鼓相對(duì)于耳道的基礎(chǔ)角度是45°～60°，其周邊的一系列小肌肉使其張緊。中耳內(nèi)有一系列結(jié)構(gòu)，能將進(jìn)入耳道的聲波轉(zhuǎn)換成進(jìn)入耳蝸（充滿液體）的振動(dòng)，而耳鼓是這個(gè)系列結(jié)構(gòu)的第一個(gè)。在一個(gè)稱為聽(tīng)覺(jué)傳導(dǎo)的過(guò)程中，當(dāng)聲波使耳鼓振動(dòng)時(shí)，前后相繼的三塊小骨頭——錘骨、砧骨和鐙骨（統(tǒng)稱為“小骨”）——使振動(dòng)沿內(nèi)耳移動(dòng)。如圖5所示，錘骨是這三塊骨頭的第一塊，牢牢地附在耳鼓的內(nèi)側(cè)。當(dāng)耳鼓振動(dòng)時(shí)，錘骨便同步移動(dòng)。然后，這些振動(dòng)被傳遞到砧骨和鐙骨。鐙骨的基板與一塊膜相連，這塊膜是覆蓋進(jìn)入內(nèi)耳的開(kāi)口（稱為卵圓窗）。圖5：聽(tīng)覺(jué)傳導(dǎo)（即把在耳內(nèi)穿行的聲波轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)）的示意圖這三塊小骨頭（人體內(nèi)最小的骨頭）不僅能把聲波轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，還起著杠桿的作用，即把從耳鼓進(jìn)入卵圓窗的振動(dòng)放大很多倍。有了這個(gè)杠桿系統(tǒng)，再加上耳鼓（大約80平方毫米）和卵圓窗（大約3平方毫米）之間的尺寸差異，能將振動(dòng)耳鼓的分子大小的聲波增加30倍。如果沒(méi)有外耳和中耳小骨的放大作用，則只有0.1%的聲音能進(jìn)入內(nèi)耳。內(nèi)耳有三個(gè)主要的控制聽(tīng)覺(jué)和平衡的結(jié)構(gòu)。其中的兩個(gè)結(jié)構(gòu)——半規(guī)管和前庭——與感知頭部在三個(gè)空間平面的移動(dòng)和實(shí)現(xiàn)平衡感有關(guān)。耳蝸是聽(tīng)覺(jué)通道中最重要的結(jié)構(gòu)，是我們聽(tīng)覺(jué)的關(guān)鍵之所在。耳蝸是顳骨中的一個(gè)螺旋形內(nèi)腔，繞其軸線2.75圈。如圖6所示，如果展開(kāi)，這個(gè)內(nèi)腔就像一根大約長(zhǎng)35毫米、直徑10毫米的管子。耳蝸分成三個(gè)充滿液體的腔室：前庭管、鼓室管和耳蝸管（Purves等，2001）。這三個(gè)腔室由薄膜分開(kāi)。前庭管和鼓室管負(fù)責(zé)傳送從中耳的小骨引入的壓力波，并與耳蝸?lái)旤c(diǎn)位置的一個(gè)開(kāi)口（稱為蝸孔）連接。第三個(gè)腔室，即耳蝸管，其內(nèi)部有一個(gè)稱為柯替氏器的非常敏感的器官。這是聽(tīng)覺(jué)的核心器官，其作用是將電脈沖沿聽(tīng)神經(jīng)輸送至大腦。
圖6：人耳的耳蝸結(jié)構(gòu)在各方向的剖面圖耳鼓和中耳小骨的振動(dòng)使鐙骨在覆蓋卵圓窗的膜上像活塞一樣制動(dòng)。卵圓窗位于耳蝸的前庭管的底基上。液體與空氣不同，不會(huì)壓縮。正因?yàn)槿绱?，鐙骨運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的壓力波通過(guò)另外一個(gè)開(kāi)口調(diào)節(jié)。這個(gè)開(kāi)口稱為圓窗，位于鼓室管的底基上。如圖7所示，當(dāng)鐙骨振動(dòng)、向卵圓窗內(nèi)推進(jìn)時(shí)，覆蓋在圓窗上的膜反相振動(dòng)，向中耳（充滿空氣的空間）的方向鼓起。
圖7：卵圓窗和圓窗反相運(yùn)動(dòng)示意圖壓力波在前庭管和鼓室管內(nèi)形成前后運(yùn)動(dòng)，然后在基膜上形成上下運(yùn)動(dòng)，這是將耳鼓內(nèi)液體的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成神經(jīng)信號(hào)的第一步，神經(jīng)信號(hào)最后輸送至大腦，感知為聲音?；さ囊粋€(gè)重要特性，是機(jī)械性能（比如寬度和剛度）沿其長(zhǎng)度方向持續(xù)變化。比如，基膜在其最寬點(diǎn)的剛度大約是其最窄點(diǎn)的剛度的百分之一?；な且环N張力組織，這意味著可以將耳蝸液體內(nèi)不同頻率的振動(dòng)直接轉(zhuǎn)換成在基膜上移動(dòng)的波形，基膜在特殊的位置會(huì)發(fā)生最大的位移，如圖8所示。
柯替氏器（見(jiàn)圖7-9）被描述為“蜂窩微型結(jié)構(gòu)的杰作”，是整個(gè)人體內(nèi)最奇妙的感覺(jué)機(jī)制之一，而且毫無(wú)疑問(wèn)是整個(gè)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)內(nèi)最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)?？绿媸掀魑挥诨さ纳戏?，延展至耳蝸管的整個(gè)長(zhǎng)度方向，其表面有四排凸起的毛細(xì)胞（三排內(nèi)毛細(xì)胞、一排外毛細(xì)胞）。從毛細(xì)胞伸出的纖細(xì)的毛稱為靜纖毛。懸在毛細(xì)胞上方的膜稱為覆膜。
當(dāng)壓力波在鼓室管內(nèi)的液體中移動(dòng)時(shí)，基膜內(nèi)產(chǎn)生的波形在毛細(xì)胞上形成壓力，使靜纖毛與懸在上方的覆膜接觸并形成剪切運(yùn)動(dòng)。剪切運(yùn)動(dòng)使靜纖毛彎曲，并觸發(fā)復(fù)雜的電化學(xué)過(guò)程。這個(gè)電化學(xué)過(guò)程改變經(jīng)過(guò)毛細(xì)胞膜的電壓，把振動(dòng)形式的能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。電信號(hào)經(jīng)聽(tīng)神經(jīng)傳送到大腦的聽(tīng)覺(jué)中心。毛細(xì)胞的反應(yīng)精度非常驚人：柯替氏器內(nèi)的毛細(xì)胞可以準(zhǔn)確地探測(cè)原子大小范圍的運(yùn)動(dòng)（即人的聽(tīng)閾），而且反應(yīng)時(shí)間只有幾十毫秒。聽(tīng)神經(jīng)，又稱為蝸神經(jīng)，其功能是把來(lái)自柯替氏器內(nèi)的毛細(xì)胞的電信號(hào)輸送到大腦的聽(tīng)覺(jué)中心進(jìn)行處理。在成人體內(nèi)，聽(tīng)神經(jīng)內(nèi)的神經(jīng)纖維的平均數(shù)量大約是30000。這些神經(jīng)纖維從耳蝸的基部引出，合在一起形成長(zhǎng)約1英寸的神經(jīng)干，其終端位置是位于腦干髓質(zhì)內(nèi)的蝸神經(jīng)核。2.4從單耳聽(tīng)覺(jué)到雙耳聽(tīng)覺(jué)因?yàn)槲覀兊膬芍欢涞墓δ芊绞酵耆粯?。?dāng)來(lái)自每只耳朵的柯替氏器的電信號(hào)經(jīng)過(guò)各自的聽(tīng)神經(jīng)匯聚到位于腦干內(nèi)的蝸神經(jīng)核復(fù)合體時(shí)，聽(tīng)覺(jué)信息的加工便開(kāi)始變?yōu)橐粋€(gè)雙耳聽(tīng)覺(jué)的過(guò)程。人的大腦可以相當(dāng)精確地確定聲音源在環(huán)境中的位置。神經(jīng)學(xué)家將這種能力稱為定位。這個(gè)能力的核心是基于以下生理基礎(chǔ)：我們有兩只在空間上獨(dú)立的耳朵，內(nèi)耳的傳導(dǎo)和感應(yīng)結(jié)構(gòu)非常精巧，大腦的認(rèn)識(shí)中心在分析輸入的聲音信號(hào)方面有強(qiáng)大的功能。大多數(shù)有聽(tīng)覺(jué)能力的動(dòng)物也有這個(gè)能力，但在敏銳性方面相互差異很大。比如，貓頭鷹、大象、貓和老鼠都有非常好的聲音定位能力。相反，馬、牛和山羊在這方面的能力就非常差。對(duì)于人類而言，精確地定位聲音可以極大地提高生存所需的空間意識(shí)、豐富性和安全性。我們可以感知周邊的總體聲音（雖然是不同的單個(gè)聲音）、通過(guò)聲音了解小孩在玩耍時(shí)的位置或是在黑夜向我們靠近的敵人。通過(guò)這樣的聽(tīng)覺(jué)能力我們可以了解周圍環(huán)境非常詳細(xì)的細(xì)節(jié)。人腦用聲音線索來(lái)確定聲音源在環(huán)境中的空間位置，科研人員將聲音線索分為三大類：雙耳時(shí)間差（ITD）、雙耳音強(qiáng)差（IID）和頻譜線索。在描述這些現(xiàn)象時(shí)，我們會(huì)根據(jù)以下三個(gè)元素，使用一般的球面坐標(biāo)系：方位角（在水平面上向左、向右或向前，正前方的方位角是零度（0°），正右方是90°，正后方是180°、高度（高出或低于水平面的角度）、距離。圖10是該坐標(biāo)系的示意圖。
圖10：一般用于聲音定向和定位的坐標(biāo)系示意圖用于確定聲音在水平面位置的最有效的線索主要有兩大類。雙耳時(shí)間差（ITD）是聲音到達(dá)兩只耳朵的時(shí)間的差異，這個(gè)概念的示意圖見(jiàn)圖11。在同一個(gè)介質(zhì)內(nèi)，所有聲音的運(yùn)動(dòng)速度都一樣，不論是什么頻率。當(dāng)聲音從正中平面的左側(cè)或右側(cè)到達(dá)頭部，那么聲音到達(dá)兩只耳朵的路徑距離不一樣。換句話說(shuō)，聲音達(dá)到一只耳朵早，到達(dá)另一只耳朵晚。聲音源在聽(tīng)者的正左方或正右方時(shí)雙耳時(shí)間差最大。
按聲音在海平面的速度（約為340米/秒）計(jì)算，聲音穿過(guò)成人頭部的平均寬度需要0.6毫秒。有必要指出的是，當(dāng)聲音源位于正前方、正后方、正上方或正下方（即正中平面上的任何點(diǎn)）時(shí)，雙耳時(shí)間差為零，這意味著不能生成任何有關(guān)聲音方向的信息。雙耳音強(qiáng)差（IID）是兩只耳朵所感覺(jué)到的音強(qiáng)的差異，圖12是這個(gè)概念的示意圖。如果聲音源在聽(tīng)者的正前方或正后方，則兩只耳朵所感覺(jué)到的音強(qiáng)一樣。而如果聲音源的位置偏向一邊，則雙耳所感覺(jué)到的音強(qiáng)稍微不同。這是因?yàn)橐韵乱蛩匾鸬模菏紫?，聲音必須穿越的距離對(duì)于兩只耳朵是不一樣的，距離越遠(yuǎn)，音強(qiáng)越低。第二，頭部會(huì)干擾聲波，并在處于遠(yuǎn)端的那只耳朵附近形成所謂的聲影。
這種現(xiàn)象最常見(jiàn)于高頻率的聲音，因?yàn)楫?dāng)聲波的波長(zhǎng)短到一定程度時(shí)，就會(huì)被頭部有效阻擋。低頻率（＜1500赫茲）的波長(zhǎng)比成人頭部的平均寬度要大。因此，低頻率的聲波實(shí)際上是從頭部蜿蜒而過(guò)（折射），不產(chǎn)生聲影。從某個(gè)角度來(lái)說(shuō)，100赫茲的聲波是以10英尺以下的波長(zhǎng)在空氣中穿行。1500赫茲的聲波是以大約0.75英尺的波長(zhǎng)在空氣中穿行。即使大腦能快速確定聲音到達(dá)時(shí)的時(shí)間和音強(qiáng)差異，有些情況下仍然很難確定聲音是來(lái)自你的前方還是后方。這是因?yàn)椋绻曇粼刺幱谀泐^部的左側(cè)或右側(cè)的某個(gè)具體位置，其所產(chǎn)生的雙耳時(shí)間差和雙耳音強(qiáng)差是一樣的。這就是所謂的錐形干擾區(qū)，圖13是這種現(xiàn)象的示意圖。
錐形干擾區(qū)是點(diǎn)的集合，成錐形。這個(gè)錐形的頂點(diǎn)位于聽(tīng)者雙耳的中間。聲音源如果位于這個(gè)錐形區(qū)域內(nèi)，則所產(chǎn)生的雙耳時(shí)間差和雙耳音強(qiáng)差相同。A點(diǎn)和B點(diǎn)所產(chǎn)生的雙耳時(shí)間差和雙耳音強(qiáng)差相同。C點(diǎn)和D點(diǎn)也是如此。如果聲音源位于中間路線的任何位置，則其高度判斷需要非常復(fù)雜的處理，因?yàn)槁曇舻竭_(dá)的時(shí)間和強(qiáng)度沒(méi)有變化。心耳頻譜線索，聲音工程師稱其為頭部相關(guān)的轉(zhuǎn)換功能，是指頭部和肩部尺寸、形狀以及外耳——心耳的曲線和管狀結(jié)構(gòu)不同，使聲音的頻率分布圖發(fā)生的變化。圖14是這個(gè)概念的示意圖。心耳的物理幾何結(jié)構(gòu)會(huì)把某些頻率放大，將其他頻率減弱，從而改變頻譜的形狀。這取決于外耳的獨(dú)特形狀，是一種單耳線索——如果取決于聲音到達(dá)雙耳軸線的不同位置，則屬于雙耳線索。神經(jīng)科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大腦聽(tīng)覺(jué)中心的神經(jīng)元似乎會(huì)按頻譜變化進(jìn)行調(diào)整。
圖14：心耳結(jié)構(gòu)影響來(lái)自不同方向聲音的頻譜響應(yīng)。除了上面所述的主要聲音線索，科研人員還識(shí)別了其他幾種有助于總體聲音定位能力的現(xiàn)象。減弱，或聲音強(qiáng)度的降低，也能幫助定位聲音，因?yàn)榭諝庵械母哳l率比低頻率的減弱速度快。因此，聲音模糊則表示聲音源在遠(yuǎn)處。相反，如果高頻率的清晰聲音則表示聲音源較近。混響水平也有助于定位，因?yàn)槁曇裟芰康幕祉懶枰獣r(shí)間形成，這樣聲音的開(kāi)始部分能相對(duì)準(zhǔn)確地指示聲音源的位置，但這種指示性在刺激的過(guò)程中會(huì)變得越來(lái)越弱。多普勒頻移對(duì)于向聽(tīng)者逐漸靠近或逐漸遠(yuǎn)離聽(tīng)者的聲音源特別重要。這種聲音源的移動(dòng)導(dǎo)致從高音到低音（或從低音到高音）的頻譜移動(dòng)，為聽(tīng)者提供聲音源在不同時(shí)間點(diǎn)的位置的額外信息。研究顯示頭部移動(dòng)可提高聲音定位的準(zhǔn)確度，特別是當(dāng)聲音源位于正中平面上或錐形干擾區(qū)內(nèi)時(shí)。前庭系統(tǒng)對(duì)我們的聽(tīng)覺(jué)沒(méi)有幫助，其作用是感知線加速和角加速以及頭部的靜止位置。如圖15所示，其三個(gè)半圓形的管狀結(jié)構(gòu)相互垂直，可以感知三個(gè)空間方向的移動(dòng)。
圖15：人類前庭系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵特征示意圖每個(gè)管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)充滿內(nèi)淋巴，像一個(gè)環(huán)，其基部稱為壺腹結(jié)構(gòu)。壺腹結(jié)構(gòu)內(nèi)有一層對(duì)運(yùn)動(dòng)極其敏感的毛細(xì)胞。當(dāng)頭部在三個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)的內(nèi)淋巴刺激毛細(xì)胞，然后毛細(xì)胞通過(guò)神經(jīng)化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生電脈沖。這些電脈沖經(jīng)前庭耳蝸神經(jīng)被傳送至腦干、小腦和脊髓中的突觸。另外一級(jí)感覺(jué)器官，橢圓囊和球囊，是小塊的毛細(xì)胞結(jié)構(gòu)上覆一層稱為耳砂的碳酸鈣晶體。這兩個(gè)塊狀結(jié)構(gòu)相互之間成直角，探測(cè)線性加速。不管頭部在哪個(gè)位置，這兩個(gè)塊狀結(jié)構(gòu)之一的纖毛因耳砂的重力而彎曲。同樣，纖毛彎曲觸發(fā)神經(jīng)化學(xué)過(guò)程、產(chǎn)生神經(jīng)脈沖并傳送至腦干。球囊和橢圓囊的主要功能是使我們根據(jù)地心引力保持垂直方向感。如果你的頭部開(kāi)始傾斜，來(lái)自這兩個(gè)感應(yīng)結(jié)構(gòu)的信號(hào)自動(dòng)觸發(fā)姿勢(shì)調(diào)整。在考慮這兩個(gè)感應(yīng)結(jié)構(gòu)的功能時(shí)，有必要記住其功能是通過(guò)耦合的方式實(shí)現(xiàn)的，與另外一只耳朵的結(jié)構(gòu)配對(duì)作用。如果這兩個(gè)結(jié)構(gòu)的信息有沖突，比如內(nèi)淋巴嚴(yán)重感染時(shí)或內(nèi)耳受傷后，便會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的眩暈和惡心感。同樣，前庭系統(tǒng)通過(guò)與兩只眼睛的緊密配合產(chǎn)生作用。實(shí)際上，前庭系統(tǒng)的主要功能之一是在頭部移動(dòng)時(shí)保持眼球固定。這樣你便可以在頭部左右晃動(dòng)或上下運(yùn)動(dòng)時(shí)（比如你在走路或跑步時(shí)）保持你的視線固定在空間內(nèi)的某個(gè)物體或點(diǎn)上。如果雙眼的視覺(jué)信號(hào)與前庭系統(tǒng)的信號(hào)沖突，比如在某些虛擬環(huán)境模擬中有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)視覺(jué)，但沒(méi)有來(lái)自耳朵的相應(yīng)線索，便會(huì)導(dǎo)致所謂的視覺(jué)誘發(fā)的暈動(dòng)癥（VIMS）。
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