Ruimte-akoestiek meten met virtuele oren

Jasper van Dorp Schuitman, 25 juli 2013

Dit artikel is een samenvatting van het artikel “Deriving content-specific measures of room acoustic perception using a binaural, nonlinear auditory model” (auteurs: Jasper van Dorp Schuitman, Diemer de Vries en Alexander Lindau) dat is verschenen in de Journal of the Acoustical Society of America, vol. 133(3), maart 2013.

Het artikel in JASA is geschreven in het kader van mijn promotieonderzoek aan de Technologische Universiteit Delft. Dit onderzoek werd gesponsord door de Nederlandse technologiestichting STW. Een gratis kopie (PDF) van het proefschrift van Jasper van Dorp Schuitman is te downloaden via: http://repository.tudelft.nl/view/ir/uuid%3A439c6688-e1c0-478e-b307-a61317c2b85b/ 

Akoestici meten doorgaans de akoestische kwaliteiten van een ruimte met behulp van zogenaamde pulsresponsies; de respons van een ruimte op een puls. Deze pulsresponsies kunnen worden gemeten met relatief ouderwetse technieken, door bijvoorbeeld een ballon te laten knappen of met behulp van een luchtpistool. Er bestaan ook modernere technieken die gebruik maken van kunstmatige signalen zoals ruis-signalen of sinus-sweeps, die worden afgespeeld op een luidspreker. De metingen kunnen worden uitgevoerd op meerdere bron- en microfoonposities in een ruimte, waarna vervolgens akoestische parameters zoals de galmtijd (reverberation time) en clarity worden berekend. Een aantal van deze parameters is beschreven in ISO norm 3382-1. Er bestaan ook parameters die samenhangen met de akoestische ruimtelijkheid, zoals Apparent Source Width (ASW) en Listener Envelopment (LEV).

nadelen

Deze methode van het meten van de akoestische kwaliteiten heeft echter ook enkele nadelen. Zo worden de pulsresponsies meestal in lege ruimtes gemeten (zonder publiek), vanwege de aard van de gebruikte bronsignalen. De waardes die dan worden gemeten hoeven echter niet representatief te zijn voor een gevulde ruimte; de aanwezigheid van mensen heeft doorgaans een grote invloed op de akoestiek. Ten tweede houdt deze methode er niet of nauwelijks rekening mee dat de ruimte-akoestiek zoals mensen die ervaren afhankelijk kan zijn van het bronsignaal. De eigenschappen van het signaal in het tijd- en frequentiedomein zijn belangrijk, zo kunnen de lange noten van een cello of kerkorgel de ‘staart’ van de galm maskeren, waardoor de ruimte minder galmend klinkt dan als er naar zang of drums geluisterd zou worden, bijvoorbeeld.

kunsthoofd

Mijn promotieonderzoek aan de Technologische Universiteit Delft heeft aangetoond dat het mogelijk is om de akoestische kwaliteiten van een ruimte te bepalen zonder het gebruik van kunstmatige signalen. Sterker nog, met deze nieuwe methode kan de meting worden uitgevoerd tijdens een concert, toneelstuk, lezing, enzovoorts. Het geluidsveld dient te worden geregistreerd met behulp van een kunsthoofd met microfoons in de oren, waarna het wordt geanalyseerd met behulp van een mathematisch model van het menselijk gehoorsysteem. Het model is binauraal, dat wil zeggen, het verwerkt de signalen afkomstig van het linker en rechter oor afzonderlijk en houdt ook rekening met de interactie tussen die twee. Daarnaast worden ook niet-lineaire eigenschappen van menselijk gehoor gemodelleerd. Dat laatste is van belang om effecten zoals het eerder besproken maskeren van galm na te bootsen.

Schematisch binauraal model gebruikt bij het onderzoek

Een meting duurt minimaal tien seconden, waarna het model waardes geeft voor vier parameters geeft die gerelateerd zijn aan de volgende akoestische kwaliteiten: galm, clarity, Apparent Source Width (ASW) en Listener Envelopment (LEV).

Diverse testen waarin de model-resultaten werden vergeleken met de perceptie van proefpersonen hebben aangetoond dat de voorgestelde methode de perceptie over het algemeen goed kan voorspellen en dat in veel gevallen zelfs beter doet dan de oude methode die is gebaseerd op het meten van pulsresponsies. Het model kan bovendien worden gebruikt om ruimtes te testen voor diverse toepassingen, zoals spraak, zang, popmuziek, enzovoorts.

Om meer inzicht te krijgen in het model en om de methode verder te verbeteren zal nog meer onderzoek nodig zijn, zoals op het gebied van net-hoorbare verschillen in de parameterwaardes en door het uitvoeren van grootschalige luistertesten met veel proefpersonen en een groot aantal verschillende ruimtes en signaaltypen.