科学家用如此高保真能創造模糊人類直覺的假想聲景的扬声器建造三维的“音频穹顶”

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科学家用如此高保真能創造模糊人類直覺的假想聲景的扬声器建造三维的 “音频穹顶 ”
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新研究已經揭示一個圆顶扬声器阵列能创造能够模糊人类直覺的假想聲景。
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音频穹顶创造一個与人耳听到的真实的東西不可区别的聲景。(Image credit: sonible GmbH)
加拿大的科学家们已經建造了一种對人耳能以如此保真模拟三维聲景的扬声器阵列,它剛好聽起來像真是的東西一样。
这个 11 英尺(3.4 米)高的音频穹顶(AudioDome)扬声器系统設立在安大略省的一个密封室中,利用先进的音频渲染技术來创造丰富的虚拟声场,模拟声音隨它們被录制的精确位置,声音上在世界中運輸用户任何地方。
在新的研究中,科学家测试了對人來评估它的准确性的扬声器系统。结果表明了音频穹顶可以模拟超越人类听觉感知的极限水平的聲景细节。研究人员于 4 月 15 日在《美国声学学会杂志》上发表了他们的發現。
研究人员在论文中写道,结果證明了环境声学技术可被用于探究人脑如何处理声音的更深入的研究中。
该研究的主要作者、安大略西部大学神经科学和音乐认知专业的研究生尼玛-扎尔加内扎德(Nima Zargarnezhad)在一份声明中说,"音频穹顶給研究人员來‘維持严密的实验控制同时在听觉系统进化來处理的复杂、动态、三维声景类型中研究人类听觉空间直覺’”。
一個模拟 3D 声音的新前沿
环绕声技术一直存在了一段时间,往往采用其他形式的声音再现諸如单声道(SC)呈现或基于矢量的振幅平移(VBAP)來为听众提供一種身临其境的听觉体验。
在一個单声道环绕声系统中,所呈现的声源被阵列中每个扬声器的物理位置約束,而矢量振幅平移依靠跨阵列中扬声器的三个操縱增益,在它们之间某處创造一个虚拟声源來接近原始声音的位置。
但按照这项研究,这两种系统沒有一個能創造一個寬的像一個環境聲平移一样精确的虚拟声景。
环境聲平移是一种将一個三维聲景分解成一系列描述每种声音的方向性、压力和速度的数学函数的声音再現技术。
研究人员写道理论上环绕声平移也比单声道或矢量的振幅平移有更高的空间分辨率,但它有它的限制。低阶环境声平移系统(那些有更少通道的)被發現以一種“模糊的 ”或扩散的方式呈现声源。

音频穹顶。(Image credit: sonible GmbH, Graz, Austria)
音频穹顶給了研究人员一个來测试是否一個更高阶环境声平移系统能取得足够空间分辨率适用于研究人类听觉和感知的实验的机会。
扎尔加内扎德说,"我们已经知道,一些重构误差理论上被预测并用模拟证实,但我们確實不知道这些误差如何以及到多大程度影响人类的声音位置和身份的直覺”。
由四个双声道低音炮和 91 个扬声器排列在一个圆顶内构成,這個結構被定位在一个消音的、无回声的室内來提供声学环境的最大控制。
研究人员发现了扎尔加内扎德的扬声器阵列是一个九阶环境声平移系统(意味著它在系统中用 100 个声道)能够再现在一個人类空间敏锐度水平上的空间分辨率包括语音的许多常见声音的身份和位置,如果不是更好”。
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研究人员总结说,这意味着扎尔加内扎德“足以确保重现的聲景正在准确的模拟真实世界”。
然而这项研究强调环境声平移中的一个弱点。对能量频率超过 4 kHz 的声音,例如人类的发声范围,定位线索变得失真--这意味着帮助大脑确定声音正在來的位置的信息似乎對听众是不正确的。
结果是语音虽然 “准确 ”的再现了是有些退化了並反而听起来宛如它被通过电话线听到一样。因此,论文建议對 “自然语音研究 ”用單聲道重现。
尽管如此,研究人员写道音频穹顶为探究我们的大脑如何处理声音提供一个承諾的进步并 “为未来的自然人类听觉直覺实验奠定了基础”。