Введение

Виртуальное акустическое пространство (VAS), также известное как виртуальное слуховое пространство, – это технология, позволяющая создавать ощущение, что звуки, воспроизводимые через наушники, исходят из любой желаемой точки в пространстве. Создается иллюзия виртуального источника звука, расположенного вне головы слушателя.

Локализация звука генерирует внешнее восприятие.

Когда человек слушает звуки через наушники (в так называемом "закрытом поле"), источник звука кажется находящимся в центре головы. С другой стороны, в нормальных, так называемых условиях свободного поля, звуки воспринимаются как внешние. Направление звука в пространстве (см. локализацию звука) определяется мозгом при анализе взаимодействия входящего звука с головой и наружными ушами. Звук, приходящий с одной стороны, достигает ближнего уха раньше дальнего (создавая межслуховую разницу во времени, ITD), и также будет громче в ближнем ухе (создавая межслуховую разницу в уровне, ILD – также известную как межслуховая разница в интенсивности, IID). Эти бинауральные ключи позволяют локализовать звуки в пространстве. Хотя обычные стереосигналы для наушников используют ILD (а не ITD), звук не воспринимается как внешний. Восприятие внешнего источника звука обусловлено частотно-зависимой фильтрацией ушной раковиной, составляющей структуру наружного уха. В отличие от ILD и ITD, эти спектральные ключи локализации генерируются моноаурально. Один и тот же звук, воспроизводимый с разных направлений, создает в барабанной перепонке различные пики и провалы по частоте. Характер этих моноауральных спектральных ключей различен для разных слушателей. Спектральные ключи необходимы для определения высоты и различения, исходит ли звук спереди или сзади слушателя. Они также необходимы для создания иллюзии внешнего источника звука. Поскольку в стереозаписях присутствуют только ILD, отсутствие спектральных ключей означает, что звук не воспринимается как внешний. Самый простой способ воссоздать эту иллюзию – сделать запись с помощью двух микрофонов, помещенных внутри манекена головы. Воспроизведение записи через наушники создаст иллюзию внешнего источника звука.

Система VAS создает ощущение внешнего источника звука

Система VAS эмулирует технику "манекенной головы" посредством цифровой обработки сигналов. Метод VAS включает два этапа: оценку передаточных функций головы для различных направлений и воспроизведение звуков через VAS-фильтры с аналогичными передаточными функциями. Межслуховые разности уровней (ILD), межслуховые разности времени (ITD) и спектральные характеристики составляют так называемую передаточную функцию, связанную с головой (HRTF), которая определяет, как голова и наружные уши фильтруют входящий звук. HRTF можно измерить, поместив миниатюрные зондовые микрофоны в уши испытуемого и записывая импульсные характеристики в ответ на широкополосные звуки, воспроизводимые с различных направлений в пространстве. Поскольку размер головы и форма наружного уха варьируются у разных слушателей, более точного эффекта можно добиться, индивидуализируя VAS-фильтры таким образом. Однако, использование чужой HRTF или усредненной HRTF, полученной на основе данных многих слушателей, также весьма эффективно. Набор импульсных характеристик HRTF теперь преобразуется в банк фильтров. Любой желаемый звук можно свернуть с одним из этих фильтров и воспроизвести слушателю в наушниках. Это создает ощущение внешнего источника звука. Этот подход имеет очевидные преимущества перед "техникой манекенной головы", в частности, тот факт, что после получения банка фильтров его можно применить к любому желаемому звуковому источнику.

Применение системы оповещения в науке

В дополнение к очевидному применению на рынке домашних развлечений, VAS использовался для изучения механизмов обработки мозгом локализации звуковых источников. Например, в Оксфордской лаборатории слуховой нейробиологии ученые представляли звуки, обработанные с помощью VAS, одновременно регистрируя активность нейронов в слуховой коре и среднем мозге.