Hvor kommer lyden fra?

Lukk øynene dine og hør på lydene rundt deg. Kan du høre hvor de kommer fra? Hvilken retning, og hvor langt unna lydkilden er? Hørselen vår er et eksepsjonelt instrument som ikke bare har et stort dynamisk område, men også evnen til å lokalisere lydkilder. Vi kan faktisk oppfatte retningen til en lydkilde med en nøyaktighet ned mot én grad. Denne evnen er i stor grad mulig fordi vi ikke bare har ett øre – men to! Dette gjør at vi klarer ganske så godt å skille lyder vi er interessert i, typisk tale og musikk, fra uønsket lyd som kommer fra andre retninger.

Hørselens funksjon kan grovt sett deles i to deler: Monaural og binaural hørsel. Monaural hørsel representerer det hvert øre oppfatter hver for seg – for eksempel lydnivå eller tonehøyde/frekvens. Binaural hørsel representerer de egenskapene som oppstår fordi vi har to ører, og som primært er prosesser som foregår i hørselssystemet i hjernen. Det foregår også mye informasjonsutveksling i nervesystemet mellom ørene.

Vi har tre hovedmekanismer for å finne retningen til en lydkilde. Når en lydbølge treffer hodet litt fra siden, treffer den ørene på et litt forskjellig tidspunkt, og hørselen registrerer tidsforskjellen mellom øresignalene. I tillegg vil hodet skygge for lyden når den kommer fra siden, slik at hørselen også oppfatter en nivåforskjell. Disse to mekanismene er selvfølgelig avhengig av at vi har to ører og brukes for å finne ut i hvilken retning lydkilden befinner seg. I tillegg gjør formen på overkroppen, hodet og ørene at lyder som befinner seg høyt og lavt, foran og bak har subtile nyanseforskjeller i lydbildet (frekvensspekteret). Disse spekternyansene har hørselen trent seg opp til å huske, slik at vi kan skille lydkilder foran og bak.  Vi kan også lettere skille mellom lydkilder foran og bak ved å bevege litt på hodet. Dette er noe som i stor grad skjer ubevisst hvor vi sammenligner nyanser i lydbildet fra forskjellige retninger og gjør oss opp en mening om hvor lyden kommer fra.

For å finne avstanden til lydkilden, brukes primært den monaurale hørselen. Reflekterte lydbølger fra omgivelsene, samt forhåndskunnskap om lydnivået til kilden på forskjellige avstander, spiller en viktig rolle i avstandsbedømmelse. Det viser seg allikevel at vi overestimerer avstanden til nære kilder og underestimerer avstanden til fjerne kilder når vi ikke har hjelp av synet.

I tillegg til å finne retningen til lydkilden (og dermed fange oppmerksomheten!), så gjør den binaurale hørselen det lettere å skille mellom ulike lyder rundt oss. Hørselen har en viktig egenskap i å undertrykke støy for å bedre oppfatte tale, noe vi har stor nytte av i sosiale situasjoner, eksempelvis på kafé. Prøv å stikke en finger i det ene øret slik at du blokkerer øregangen neste gang du er i en sosial situasjon. Du vil oppleve at det blir vanskeligere å skille ønsket tale fra bakgrunnsstøy. Hørselen kan altså «velge» ut én stemme når det er flere som prater og dermed undertrykke de andre for å forstå hva som blir sagt. Dette er kjent som Cocktail Party-effekten. Det finnes faktisk to Cocktail Party-effekter, den andre vil vi beskrive i en senere artikkel.

Headphones_1

Kunnskapen om binaural hørsel brukes i dag til å bearbeide lyd som spilles av over hodetelefoner eller høyttalere slik at det oppfattes til å ha en posisjon i rommet rundt oss. For eksempel kan man spille av lyd via et par hodetelefoner, hvor lydkildene kan oppleves å være foran, bak eller på siden av lytteren. Dette kalles ofte auralisering, eller mer populært, 3D-lyd. Det er allikevel en utfordring at alle har litt forskjellig form på hodet, slik at 3D-lyden ofte må tilpasses den individuelle lytteren. I tillegg bør et godt 3D-lyd-system ta hensyn til at lytteren beveger på seg, og kompensere ved å dreie lydbildet slik at det ikke følger med rundt når man snur på hodet.

Under har vi laget et par eksempler på 3D-lyd. Det første eksempelet er et lydklipp av en munnharpe. I første halvdel av klippet kan man høre opptaket i mono, som er gjort med én mikrofon. I andre halvdel er opptaket modifisert med binaurale filtre slik at man opplever at munnharpen beveger seg rundt hodet. NB! Bruk hodetelefoner eller øreplugger.

Klarer du å høre om munnharpen beveger seg med eller mot klokka?

I det andre eksempelet hører vi 3 stemmer samtidig, først lagt oppå hverandre i mono. Det er nesten umulig å høre hva noen sier. Deretter modifiserer vi hver stemme med et binauralt filter slik at de oppleves å befinne seg på tre steder: Bak mot venstre, foran, og bak mot høyre. Nå er det mye lettere å fokusere på én av stemmene og forstå hva som blir sagt. Det er nøyaktig dette som kalles Cocktail Party-effekten.

Trondheim 18.11.2013 : SINTEFs lydlaboratorie med 16 høyttalere på veggen. Lydforsker Tron Tronstad på Sintef IKT. Foto Thor Nielsen

Du lurer kanskje på hva dukken i bildet på toppen av nettsida brukes til? Dette er en HATS (Head and Torso Simulator) som har mikrofoner plassert i ørene til dukken. Hører man på signalene fra disse mikrofonene vil man få dukkens hørsel, og høre både retning og avstand til lyder rundt den. Om dine proporsjoner (særlig størrelsen på hodet) samsvarer godt med dukkens, blir opplevelsen ekstra realistisk. Slike dukker blir blant annet brukt til å ta realistiske konsertopptak og til å forske på binaural hørsel.

I Acoustics Research Centre har vi hatt aktiviteter på 3D-lyd i mange år. NTNU har forsket mye på romlig lydgjengivelse med høyttalere (Ambisonics), mikrofonteknologi for å ta opp 3D-lyd, og auralisering. SINTEF har flere pågående prosjekter hvor vi studerer hvordan 3D-lyd kan brukes til nye anvendelser, for eksempel til kommunikasjon i risikoscenarier, til kommunikasjon i grupper av mennesker eller som hjelpemiddel for svaksynte og hørselshemmede.

Les også: How do you imitate the sound of traffic?

 

Foto: Thor Nielsen (HATS-dukke), Wikimedia Commons

Share on Facebook0Share on Google+0Share on LinkedIn0Tweet about this on Twitter