Chris a spus
06 Aug 2018
unul dintre cele mai tari lucruri pe care le-am învățat vreodată despre fiziologia senzorială este modul în care sistemul auditiv este capabil să localizeze sunetele. Pentru a determina dacă sunetul vine din dreapta sau din stânga, creierul folosește diferențe inter-ureche în amplitudine și sincronizare. După cum se arată în figura de mai jos, dacă sunetul este mai puternic în urechea dreaptă în comparație cu urechea stângă, probabil că vine din partea dreaptă. Cu cât această diferență este mai mică, cu atât sunetul este mai aproape de linia mediană (eu.e planul vertical care merge din față în spate). În mod similar, dacă sunetul ajunge la urechea dreaptă înaintea urechii stângi, probabil că vine din dreapta. Cu cât diferența de sincronizare este mai mică, cu atât este mai aproape de linia mediană. Există o literatură fascinantă despre mecanismele neuronale din spatele acestui lucru.
diferențele de zgomot și de sincronizare între urechi sunt destul de utile, dar, din păcate, lasă încă multă ambiguitate. De exemplu, un sunet din dreapta față va avea exact aceleași diferențe de intensitate și diferențe de sincronizare ca un sunet din dreapta spate.
nu numai că acest sistem lasă ambiguități între față și spate, dar lasă și ambiguități între sus și jos. De fapt, există un întreg con de confuzie care nu poate fi dezambiguat de acest sistem. Sunetul din toate punctele de-a lungul suprafeței conului va avea aceleași diferențe de intensitate inter-ureche și diferențe de sincronizare.
în timp ce acest sistem lasă un con de confuzie, oamenii sunt încă capabili să determine locația sunetelor din diferite puncte ale conului, cel puțin într-o oarecare măsură. Cum putem face asta?
uimitor, suntem capabili să facem acest lucru datorită formei urechilor și capetelor noastre. Când sunetul trece prin urechile și capul nostru, anumite frecvențe sunt atenuate mai mult decât altele. În mod critic, modelul de atenuare depinde în mare măsură de direcția sunetului.
acest model de atenuare dependent de locație se numește funcție de transfer legată de cap (HRTF) și, teoretic, acest lucru ar putea fi folosit pentru a dezambigua locațiile de-a lungul conului de confuzie. Un exemplu de HRTF al cuiva este prezentat mai jos, cu frecvență pe axa orizontală și unghi polar pe axa verticală. Culorile mai calde reprezintă mai puțină atenuare (adică mai multă putere). Dacă capul și urechile ți-au dat acest HRTF, s-ar putea să decizi că un sunet vine din față dacă are mai multă putere de înaltă frecvență decât te-ai aștepta.
imagine HRTF din capitolul psihoacustică al lui Simon Carlile din Manualul Sonificării.
acest sistem sună bine în teorie, dar folosim de fapt aceste indicii în practică? În 1988, Frederic Wightman și Doris Kistler au efectuat un set ingenios de experimente (1, 2) pentru a arăta că oamenii folosesc cu adevărat HRTF-urile pentru a deduce locația. În primul rând, au măsurat HRTF-ul fiecărui participant punând un microfon mic în urechi și redând sunete din diferite locații. Apoi au creat un filtru digital pentru fiecare locație și fiecare participant. Adică, aceste filtre au implementat HRTF-ul fiecărui participant. În cele din urmă, au plasat căști pe ascultători și le-au redat sunete, de fiecare dată trecând sunetul printr-unul dintre filtrele digitale. În mod uimitor, participanții au putut ghici corect “locația” sunetului, în funcție de filtrul utilizat, chiar dacă sunetul venea de la căști. De asemenea, au fost mult mai buni la localizarea sunetului atunci când au folosit propriul HRTF, mai degrabă decât HRTF-ul altcuiva.
dovezi suplimentare pentru această ipoteză provin de la Hofman și colab., 1998, OMS a arătat că, folosind putty pentru a remodela urechile oamenilor, au reușit să schimbe HRTF-urile și astfel să perturbe localizarea sunetului. Interesant este că oamenii au reușit să reînvețe rapid cum să localizeze sunetul cu noile lor HRTFs.
imagine de la Hofman și colab., 1998
un fapt final distractiv: pentru a îmbunătăți localizarea sunetului roboților umanoizi, cercetătorii din Japonia au atașat urechi artificiale la capetele robotului și au implementat niște algoritmi sofisticați pentru a deduce locația sunetului. Iată câteva imagini cu roboții.
lucrarea lor este un fel de ridicol și are unele justificări discutabile pentru a nu folosi doar microfoane în mai multe locații, dar m-am gândit că a fost distractiv pentru a vedea aceste principii aplicate.
