A fülek közötti időkülönbséget valójában nem az okozza, hogy a hangok különböző időben érkeznek a két fülbe, hanem a hanghullámok közötti fáziskülönbség. A fázis azt fejezi ki, hogy egy adott ponthoz képest egy teljes hanghullám-periódusnak mekkora része telt el. A hallórendszer a két fülbe érkező hang fázisai közötti különbséget dolgozza fel.

A kisfrekvenciájú, mély hangok esetében nincs is semmi probléma, a fáziskülönbség hatékonyan jelzi a hangforrás irányát. A magas hangoknál viszont a hullámhossz túl kicsi lesz, azaz kisebb, mint a fej mérete. Ha a hangok hullámhossza kisebb, mint a két fül közötti távolság (azaz kb. 20 cm), akkor a két fül között a hanghullám több periódust is leír. Több periódus esetén viszont nem egyértelmű, hogy a fáziskülönbség miből származik, mivel a fázis nem mondja meg, hogy hány periódus telt el. Emiatt a magas hangoknál a fülek közötti időkülönbség nem nyújt egyértelmű információt a hang lokalizációjáról.

Különösen ciki, ha a két fülbe ellenfázisban érkezik a hang. A természetben nem nagyon van ilyen, a hangtechnikában sokkal inkább, és nagyon nem csípjük, mert idegesítően meghatározhatatlanná válik, mi honnan szól.

Hallgassad csak meg! Először fázisban van a két jel, majd ellenfázisban, stb.

A fülek közötti időkülönbség is a hangingerek fizikai jellemzőiből, és nem azok szubjektív észleléséből következik. Az a kérdés, hogy a hallórendszer hogyan képes ezt a jellemzőt felhasználni a lokalizációban. A fülek közötti időkülönbség kapcsán is találtak olyan, mindkét fülhöz kapcsolódó idegsejteket, amelyek vagy a bal, vagy a jobb fülből előbb beérkező hangokra reagáltak csak. Ezek az idegsejtek elsősorban az oliva superior nevű, kéreg alatti területen találhatók.

A fenti ábrák már ismerősek lehetnek, most viszont az a kérdés, miként válogat egy idegsejt akkor, ha az egyik fülből érkező inger előbb éri el, mint a másik fülből érkező inger?

Az egyes neuronokat hosszabb-rövidebb idegrostok (axonok) kötik össze, és ezek szállítják az idegi impulzusokat az idegsejtek között.

Az axon hossza befolyásolja az ingerületvezetés sebességét, vagyis azt, hogy mennyi idő alatt jut el az impulzus egyik idegsejttől a másikig. Minél rövidebb egy axon, annál rövidebb idő alatt továbbítja az impulzust.

Az idegi impulzusok terjedési sebessége meglepően kicsi (idegrosttól függően a maximális sebesség kb. 100 m/s), vagyis egy axon hossza jelentősen képes befolyásolni az ingerület átvitel idejét.

Kapd elő a fantáziádat!

Képzelj el egy olyan idegsejtet, amelyhez két különböző hosszúságú idegrost kapcsolódik! Az egyik (pl. a jobb fülből jövő) rövidebb, a másik pedig hosszabb. Az idegsejt csak akkor kezd el tüzelni, impulzusokat lökni az agyba, ha mindkét axontól egyszerre kap jelet. Három eset lehetséges:
   

• Ha mindkét fület egyszerre éri egy hang, akkor, mivel a jobb fülből érkező axon rövidebb, onnan előbb kap impulzust a mindkét fülhöz kapcsolódó   idegsejt, vagyis az idegsejt nem tüzel.
• Ha a hang jobbról jön, akkor a jobb fülből érkező axontól még előbb ér az idegsejtig az impulzus, vagyis az továbbra sem tüzel.
• Ha a hang balról jön, akkor a jobb fülből érkező axonból később érkezik be az impulzus, hiszen a jobb fülbe később jut el a hang, viszont a jobb oldali axon rövidebb, ezért a balról érkező impulzussal együtt érheti el az idegsejtet. Az idegsejt tehát tüzel, mint állat.

Egy röpke – nem életszerű – számpéldával érthetőbb a dolog: a jobb fülből érkező axon 1 m hosszú, a bal fülből 2 m hosszú. A bal fül dobhártyájáig valahonnan 5 másodperc alatt ér a hang, a jobb fül dobhártyájáig viszont – mert az van messzebb – 10 másodperc alatt. Az idegsejtig a bal fülből 2*5=10 mp alatt, a jobb fülből 1*10 mp alatt, tehát egyszerre érkezik a jel.

Ahhoz, hogy bármelyik oldalról érkező hangot képesek legyünk detektálni, az szükséges, hogy olyan mindkét fülhöz kapcsolódó idegsejtek is létezzenek, amelyeknél a bal fülből érkező axonok rövidebbek, és így a jobbról jövő hangokra válaszolnak inkább. A középirány érzékeléséhez pedig olyanok, amelyekhez egyenlő hosszúságú axonok kapcsolódnak. Továbbá nagyszámú, mindkét fülhöz kapcsolódó idegsejt szükséges ahhoz, hogy a tér minden lehetséges helyéről származó hangokat kódolni lehessen. Ezt illusztrálja a következő két ábra.

Van erről egy animációnk is:

Sőt, egy nagyon részletes videó a youtube-on.

Tehát ha a hang elöl középről jön, vagyis mindkét fület egyszerre éri el, akkor olyan idegsejtek fognak tüzelni, amelyhez azonos hosszúságú axonok kapcsolódnak.

Ha a hang jobbról jön, akkor egy olyan idegsejt fog kisülni, amelyhez a jobb fülből hosszabb axon kapcsolódik.

Ha a hang balról jön, akkor egy olyan idegsejt fog kisülni, amelyhez a bal fülből hosszabb axon kapcsolódik.

Természetesen nemcsak e három főirányra specializálódtak az idegsejt csoportok, a természet az axonok hosszával a köztes irányokra (balközép, jobbközép, stb.) is variál.

A fülek közötti időkülönbség alapján is van tévesztési kúp, de ez más területeket érint, mint a fülek közötti hangerőkülönbségé.

A mindkét fülhöz kapcsolódó sejtek a hallási tér egy jól körülhatárolható területén hallható hangokra érzékenyek. Ezt a területet az idegsejt érzeti mezőjének nevezzük. A mindkét fülhöz kapcsolódó sejtek összessége a hallási tér térképét építi fel, ami tehát – eltekintve a tévesztésektől – megfelel a hangok valódi helyzetének.

Mind a fülek közötti hangerőkülönbségnek, mind a fülek közötti időkülönbségnek van olyan korlátja, amely esetében már nem nyújt hatékony információt a hangok lokalizációjával kapcsolatban. A fülek közötti hangerőkülönbség esetében ez a mély hangoknál van így, a fülek közötti időkülönbségnél viszont a magas hangoknál. Eszerint a mély hangok esetében inkább a fülek közötti időkülönbséget tudjuk használni, a magas hangok esetében viszont az fülek közötti hangerőkülönbséget.

Van viszont egy olyan tartomány, amelyben a lokalizáció pontatlan.

A mérések szerint mind az alacsony, mind a magas frekvenciák esetében viszonylag jól működik a lokalizáció, ellenben a 2 000 - 4 000 Hz között frekvenciasávban megugrik a hibák száma.

Ezek az eredmények kettős mechanizmus működésére utalnak. Az erről szóló elméletet, amit a gyakorlat is igazolt, a hallási lokalizáció duplexelméletének nevezték el.

A duplexelmélet szerint egyrészt a hétköznapi életben a legtöbb esetben nem tiszta, hanem komplex, többféle frekvenciájú hangokkal találkozunk. Ezek között valószínűleg van olyan, amelynél jól működik a lokalizáció.

Másrészt a műfejtől eltérően a hétköznapokban mozgatjuk a fejünket.

A fej mozgatásakor változik a hangerő és a hangszín, amelyből új információkat nyerünk.

A fej mozgatásának egyik típusa a spontán, ösztönösen történő odafordulás a valószínűsíthető forrás felé. Feltételezzük, hogy ez esetben már a fordulás előtt is elegendő információ állt rendelkezésünkre a forrás helyét illetően. A fordulás után persze a bizonytalanságok továbbcsökkenek, mert a forrás bekerül a hallótér legérzékenyebb tartományába. A másik mozgásfajta egy "betájoló-odafigyelő" mozgás, ami csak többé-kevésbé tudatos. Ekkor csak bizonytalan lokalizáció történt, és azt a mozgás során nyert új információk teszik pontossá.

A fej mozgatásának, „radarozásának” három fajtája van: a forgatás, a bólintás, és a döntés. Ezek közül a forgatás a legfontosabb.

A forgatás segít abban, hogy eldöntsük, a forrás elől vagy hátul, illetve, hogy az alsó vagy a felső féltérben van-e. Ha a hangforrás pontosan elől van, de a fej pontosan oldalra fordult, akkor a füljelek fülek közötti eltérése nulláról a maximumra nőtt. Természetesen, ha pontosan felül van a forrás, a forgatás nem használ semmit, nem fogunk új információhoz jutni.

Ha a nyakat is mozgatjuk, lehetséges a fejet a fül tengelye körül mozgatni, bólintani, de a fülek közötti jellemzők ekkor nem változnak. A mozgást befejezve az érzet iránya szinte mindig egyezik a forrás irányával, és az így nyert információ már megmarad. Ha már tudjuk, hogy hol a forrás, akkor is onnan halljuk, holott elméletileg nem onnan várható.

A lokalizációt segítő újabb megoldás tehát az lehet, hogy felhasználjuk az egyetlen fülből származó téri jelzéseket is.