両耳聴効果
図1のように一つの音源から左右の耳(鼓膜)に到達する音を考える。音源S0正面にあるときは左右の耳には同時に音が到達し、その強さは同じである。音源だけが右側に移動したSφの場合、音源から右耳までの距離は近く、左耳までの距離は遠くなる。その結果、右耳には左耳よりも音圧が大きく、時間が早く音が届くので大脳は音源が右側にあると認識する。ただし、音の周波数によって強度差、時間差による方向認識は差があり、低い周波数では時間差が主であり、高い周波数では音圧差が主であるといわれている(レイリーの二重理論)。音が純音の場合では方向が定位しにくく、そうでない場合(多くの周波数成分が含まれる場合)では定位しやすい傾向にある。
また、音の強度が右側寄り、時間差が左側寄りという組み合わせの場合、混合された認識となってそれぞれ単独の場合より中央寄りに定位することが知られており、これを時間と強度の交換作用という。
図2は音が低い周波数の場合(a-1)(a-2)と高い周波数の場合(b-1)(b-2)を示す。音の1波長をλ、左右の耳に到達する音の時間差をΔtとする。図2の(a-1)(b-1)は正面から音が到達している場合で、左右の耳に音は同時に到達するのでΔt=0である。図2 の(a-2)(b-2)は右前方から音が到達している場合であり、右耳に対して左耳に到達するまでΔtの遅延があり、さらに音源からの距離は左耳が遠いので音圧が右耳よりも小さくなる。
このとき、Δtに着目すると、音の1/4波長相当の遅延時間までであれば音の方向を判定することができるとされる。
音源の距離の認識(音像の距離)は音圧レベルに依存する。ただし、その音があらかじめどのような音圧と距離が関係しているかを経験的に学習している必要がある。また、ささやきや叫び声など、音の種類もその学習に影響している。
他の条件としては、
直接音に対する反射音の比 - 音源が遠ければ反射音の比が高くなる
音の高周波成分の低周波成分に対する相対的低下 - 音源が遠ければ高周波成分の減衰度合いが大きい
視覚によって音源であると認識してしまう - 腹話術人形の口を声の発生源として認識する腹話術効果
などがあげられる。