Dipoler skal skabe 3D-lyd uden hovedtelefoner

3D-lyd fungerer i dag bedst, hvis man har hovedtelefoner på med en kanal til hvert øre. Udfordringerne bliver straks større, når hørebøfferne bliver taget af, og løse højttalere i rummet skal skabe et 3D-rum, selv om du flytter hovedet.

Dette er ikke desto mindre den udfordring, som et ph.d.-projekt på Aalborg Universitets Institut for Elektroniske Systemer har taget op med columbianske Yesenia Lacouture Parodi ved roret i sektionen for akustik.

»Hovedtelefoner er jo ikke en naturlig måde at høre lyd på, så vi vil gøre setuppet bedre for slutbrugeren. Hvis vi har tid nok, skulle vi gerne ende op med en prototype, men ellers handler forskningen i høj grad om at få mere viden om, hvad der kan lade sig gøre,« siger Yesenia Lacouture Parodi, som arbejder på projektet indtil efteråret.

Så enkelt som muligt

En del af projektet, som blev startet af professor Henrik Møller, udfører hun i universitetets lyddøde rum, hvor dipolhøjttalere er sat op parvis. Udfordringen er nemlig ikke kun at få god 3D-lyd ud, men også at bruge så lidt udstyr som muligt.

»Jeg har arbejdet med firekanalshøjttalere, men er gået ned til to. Jeg vil gerne prøve at holde det enkelt,« siger Yesenia Lacouture Parodi.

At højttalerne er placeret parvist betyder, at de bedre kan styres, så hvert øre kun modtager den lyd, der var tiltænkt dette øre. Begge højttalere sender både et nyttesignal, som er bestemt for nærmeste øre, men også et signal, som har til formål at slukke den lyd, som utilsigtet kommer fra modsatte højttaler.

Derimod vil der være brug for flere sæt for at give en rumlig effekt, så der for eksempel er et sæt både foran og bagved lytteren, samt et sæt ovenfra til at dække det øvrige område.

Bliver signalerne til lyde bagfra kun genereret i de højttalere, der står foran - hvilket godt kan lade sig gøre signalbehandlingsmæssigt - vil det give uhensigtsmæssige tidsforskydninger ved en hoveddrejning, som systemet får svært ved at rette op på, når en tracker ikke har styr på, hvor hovedet helt præcist er.

På et teoretisk plan foregår der masser af binaural forskning rundt om i verden. Yesenia Lacouture Parodi fortæller, at der i høj grad bliver arbejdet med for eksempel headtracking, hvor kameraer måler på lytterens hovedposition og derefter justerer signalerne ind til ørerne. Men denne metode kræver dyrt udstyr, der kan forringe muligheden for udbredelse.

Kræver præcis styring af lyden

Endnu har Yesenia Lacouture Parodi ikke de endelige resultater klar og vil derfor helst ikke give et konkret bud på, om projektet vil lykkes eller ej.

Der er nemlig mange ting, der skal gå op i en højere enhed, før et program i forstærkeren vil gøre det muligt for os at rejse os op og høre lyd i 3D, selv om vi går rundt i stuen.

Lydsignalerne til henholdsvis højre og venstre øre skal styres meget præcist, hvis lytteren drejer sig, og for eksempel to dipolhøjttalere placeret foran hans hoved pludselig skal sende lydene ind i højre øre i stedet for venstre. Det har stor betydning for den tidsforskydning, der skal ligge i signalerne til hvert øre, hvis 3D-effekten skal opnås.

»Signalprocesseringen er det mest udfordrende. Jeg er nødt til at finde en metode, hvor jeg undgår krydstale, uden at genere de filtre, der giver 3D-virkningen. Det er en balance, der er svær at finde, siger hun.

En del af denne udfordring er netop at finde præcis det rette sted at placere højttalerne, så lyden kommer det samme sted fra, selv om brugeren drejer hovedet. Det rette sted kalder hun 'the sweet spot', og hun vurderer, at det ud fra teorien på området vil være nemmere at etablere med dipolhøjttalere.

»Hvis man bevæger hovedet lidt, opstår der nogle numeriske problemer i filtrene, der kan give fejl. Derfor prøver jeg at brede det område ud, hvor man kan høre 3D-lyden. Men vi kan ikke ignorere, at filtrene er lavet til faste indstillinger, så jeg må prøve at finde en måde at løse det på,« siger Yesenia Lacouture Parodi, der programmerer og simulerer indstillingerne i Matlab.

Kamera kan afløse magnettracker

Ifølge professor Dorte Hammershøi kræver det utrolig meget processorkraft at arbejde på denne måde.

»Når vi arbejder med højttalerne, må vi opgive den perfekte kontrol og i stedet blot arbejde med at gøre setuppet mindre følsomt over for hoveddrejninger,« siger hun.

Normalt arbejder universitetet med mere udstyr, der kan hjælpe signalerne på rette vej. Som oftest bruger forskerne en magnettracker, der bliver sat på hovedet af en lytter og sladrer, hvis brugeren drejer hovedet. På den måde kan filtrene i signalbehandlingen løbende tilpasses, også når lytteren drejer hovedet relativt til lydkildens position.

Metoden med at bruge kameraer tror Dorte Hammershøi også på, kan vinde frem, selv om det er en dyr metode. Til gengæld slipper brugeren for at have noget på hovedet.

»Ulempen er, at det kræver mange kameraer og endnu mere processorkraft, så det har vi måttet holde os fra her. Men jeg tror på, at kameraerne også kan spille en rolle i fremtiden,« siger hun.

Dokumentation

Hør et eksempel på 3D-lyd