Chris azt mondta
06 Aug 2018
az egyik legmenőbb dolog, amit valaha is megtudtam az érzékszervi fiziológiáról, hogy a hallórendszer képes megtalálni a hangokat. Annak megállapításához, hogy a hang jobbról vagy balról érkezik-e, az agy a fül közötti különbségeket használja az amplitúdóban és az időzítésben. Amint az az alábbi ábrán látható, ha a hang a jobb fülben hangosabb a bal fülhöz képest, akkor valószínűleg a jobb oldalról érkezik. Minél kisebb ez a különbség, annál közelebb van a hang a középvonalhoz (i.e a függőleges sík megy elölről hátra). Hasonlóképpen, ha a hang a jobb füléhez érkezik a bal fül előtt, akkor valószínűleg jobbról érkezik. Minél kisebb az időzítési különbség, annál közelebb van a középvonalhoz. Van egy lenyűgöző irodalom a mögöttes idegi mechanizmusokról.
a fül közötti hangosság és az időzítési különbségek nagyon hasznosak, de sajnos még mindig sok kétértelműséget hagynak maguk után. Például, egy hang a jobb első lesz pontosan ugyanazt a hangerőt különbségek és időzítés különbségek, mint egy hang a jobb hátsó.
nem csak ez a rendszer hagy kétértelműséget elöl és hátul, ez is hagy kétértelműséget fent és lent. Valójában van egy teljes zűrzavar, amelyet ez a rendszer nem tud egyértelműen meghatározni. Hang minden pont mentén a felszínen a kúp lesz azonos inter-fül hangosság különbségek és időzítés különbségek.
míg ez a rendszer zavart kúpot hagy maga után, az emberek még mindig képesek meghatározni a hangok helyét a kúp különböző pontjairól, legalábbis bizonyos mértékig. Hogy vagyunk képesek erre?
meglepő módon a fülünk és a fejünk alakja miatt képesek vagyunk erre. Amikor a hang áthalad a fülünkön és a fejünkön, bizonyos frekvenciák jobban gyengülnek, mint mások. Kritikusan, a csillapítási minta nagymértékben függ a hang irányától.
ezt a helyfüggő csillapítási mintát fejhez kapcsolódó átviteli függvénynek (Head-related transfer function-HRTF) nevezzük, és elméletileg ez felhasználható a zavart kúp mentén lévő helyek egyértelműsítésére. Az alábbiakban bemutatunk egy példát valakinek a HRTF-jére, a vízszintes tengely frekvenciájával, a függőleges tengely poláris szögével. A melegebb színek kevesebb csillapítást (azaz nagyobb teljesítményt) jelentenek. Ha a fejed és a füled adta neked ezt a HRTF-et, akkor eldöntheted, hogy egy hang elölről jön, ha nagyobb a magas frekvenciájú teljesítménye, mint amire számítanál.
HRTF kép Simon Carlile pszichoakusztikai fejezetéből a Szonifikációs kézikönyvben.
ez a rendszer elméletileg jól hangzik, de valóban használjuk ezeket a jeleket a gyakorlatban? 1988-ban Frederic Wightman és Doris Kistler ötletes kísérleteket végeztek (1, 2), hogy megmutassák, hogy az emberek valóban használják a HRTF-eket a hely meghatározására. Először az egyes résztvevők HRTF-jét mérték úgy, hogy egy kis mikrofont tettek a fülükbe, és különböző helyekről származó hangokat játszottak le. Ezután létrehoztak egy digitális szűrőt Minden helyszínhez és minden résztvevőhöz. Vagyis ezek a szűrők megvalósították az egyes résztvevők HRTF-jét. Végül fejhallgatót helyeztek a hallgatókra, és hangokat játszottak nekik, minden alkalommal, amikor a hangot az egyik digitális szűrőn keresztül továbbították. Meglepő módon a résztvevők helyesen tudták kitalálni a hang “helyét”, attól függően, hogy melyik szűrőt használták, annak ellenére, hogy a hang fejhallgatóból származott. Sokkal jobbak voltak a hang lokalizációjában is, amikor saját HRTF-et használtak, nem pedig valaki más HRTF-jét.
további bizonyíték erre a hipotézisre Hofman et al., 1998, a who kimutatta, hogy a putty használatával az emberek fülének átalakítására képesek voltak megváltoztatni a HRTF-eket, és ezáltal megzavarni a hang lokalizációját. Érdekes módon az emberek gyorsan megtanulhatták, hogyan lehet lokalizálni a hangot az új HRTF – ekkel.
kép Hofman et al., 1998
a humanoid robotok hang lokalizációjának javítása érdekében a japán kutatók mesterséges füleket csatoltak a robotfejekhez, és kifinomult algoritmusokat vezettek be a hang helyének meghatározására. Íme néhány kép a robotokról.
a dolgozatuk elég nevetséges, és van néhány megkérdőjelezhető indoka annak, hogy nem csak mikrofonokat használnak több helyen, de azt gondoltam, hogy szórakoztató látni, hogy ezeket az elveket alkalmazzák.
