当我们听到突然的声响时，通常会下意识地转头朝声音的方向看去。声音对我们来说是获取信息和避免危险的重要途径。你是否想过，我们是如何准确地定位声音来源的，特别是在三维空间中？如果只有一只耳朵能听见声音，我们是否能判断声音的方向？
要回答这个问题，我们需要了解人类如何判断声音来源的方向（左右、前后、上下）和距离。
人类主要通过两种原理来判断声音的方向：双耳空间听觉和单耳效应。
双耳空间听觉是最主要的声音定位机制。事实上，我们对不同方向的声音有不同的敏感度。总体而言，我们最敏感于身体左右两侧的声源，次之为前后，最不敏感的是上下。人类的双耳通过两个主要因素来判断声音来源的方向：声音到达两只耳朵的时间差（ITD）和声级差，后者表示声音大小的差异。这个理论最早由英国物理学家瑞利于年提出。当声音频率低于赫兹时，声音会先到达靠近声源那一侧的耳朵，然后到达另一只耳朵。而当声音频率高于赫兹时，听力健康的人都能够感知声源的方向。然而，当声音频率高于赫兹时，声音波长比人的头颅宽度短，使得声音传播到较远的耳朵时被头颅阻挡，这种现象被形象地称为“头颅影子现象”。在“头颅影子”区域的耳朵接收到的声音强度要低于另一只耳朵，这就是声级差。科学家在20世纪60年代就发现，人类只能分辨10微秒的最短时间差和1分贝的最小声级差，可见我们的听觉有多么敏锐。
耳廓效应，也被称为单耳效应，也是一种重要的声音定位机制。
如果声源位于左右居中但上下不同的位置，那么它们发出的声音到达左右耳的时间和音量应该是相同的，我们无法利用时间差和声级差来判断声音的方向。那么人类是如何定位前后和上下的声源呢？这要归功于另一种重要的声音定位机制——耳廓效应。耳廓对声音的影响可以通过简单的实验来验证：试着用手指将双耳的耳廓往后压平，你会发现相同的声音听起来会有不同的效果，特别是对于低频声音而言，这种现象更为明显。当外界的声音传播到人耳时，耳廓会对其产生反射作用，从而产生一组短暂的延时反射声。人类耳廓的形状并不像对称平滑的碟形天线，而是不规则的长卵形，上面有许多突起和凹陷，形状各异。因此，来自不同方向的声波经过耳廓反射后，产生的反射声在时间和强度上存在微小的差异。例如，由耳廓引起的频率选择性放大和衰减可以帮助我们判断声音的上下方向。此外，耳廓还能够改变声波的相位和频率特性，这些信息对我们来说也是定位声音来源的重要线索。
总结起来，人类通过双耳空间听觉和耳廓效应来判断声音来源的方向。双耳空间听觉主要利用声音到达两只耳朵的时间差和声级差，而耳廓效应则通过耳廓对声音的反射和变形来提供关于声音方向的额外信息。这些听觉机制的综合作用使人类能够准确地定位声音来源的方向和距离。