Reconstrucción de sonido 3D

La reconstrucción de sonido 3D es la aplicación de técnicas de reconstrucción a la tecnología de localización de sonido 3D . Estos métodos de reconstrucción de sonido tridimensional se utilizan para recrear sonidos para que coincidan con los entornos naturales y proporcionar señales espaciales de la fuente de sonido. También ven aplicaciones en la creación de visualizaciones 3D en un campo de sonido para incluir aspectos físicos de las ondas de sonido, incluida la dirección, la presión y la intensidad . Esta tecnología se utiliza en el entretenimiento para reproducir una actuación en vivo a través de los altavoces de la computadora. La tecnología también se utiliza en aplicaciones militares para determinarubicación de las fuentes de sonido . La reconstrucción de campos de sonido también es aplicable a la obtención de imágenes médicas para medir puntos en ultrasonido. ^[1]

Técnicas

Para reproducir audio robusto y de sonido natural a partir de una grabación de audio tridimensional, se utilizan técnicas de reconstrucción de reverberación y localización de sonido . Estas técnicas procesan el sonido para reproducir las señales espaciales .

1. La ubicación de una fuente de sonido se determina a través de la localización de sonido tridimensional utilizando múltiples arreglos de micrófonos, métodos de audición binaural y HRTF (función de transferencia relacionada con la cabeza) .
2. Después de identificar la dirección, se utilizan otras técnicas de procesamiento de señales para medir la respuesta al impulso durante períodos de tiempo para determinar los componentes de intensidad en diferentes direcciones. Al tener ambos datos y combinar la intensidad del sonido con la dirección, se determina un campo sonoro tridimensional y se reconstruyen las cualidades físicas que crean los cambios de intensidad resultantes.

Como resultado de este proceso de dos pasos, el campo de sonido tridimensional reconstruido contiene información no solo sobre la localización de la fuente de sonido, sino también sobre los aspectos físicos del entorno de la fuente de señal original. Ésta es su diferencia con los resultados del proceso de localización del sonido.

Una vez que se reconstruye el sonido y las señales espaciales están disponibles, deben entregarse al cliente. Los diferentes métodos para hacer esto se incluyen en esta sección.

Sala de escucha

Ubicación de los altavoces según la recomendación de ITU-R

En el método de la sala de escucha, el oyente recibe el sonido a través de auriculares o altavoces. Los auriculares introducen suficientes fuentes de sonido para que el oyente experimente el sonido 3D con direccionalidad. Con los altavoces, la ubicación y el número de altavoces afecta la profundidad de reproducción. Existen varios métodos para seleccionar la ubicación de los altavoces. Un modelo simple consta de cinco altavoces, colocados en la formación recomendada por ITU-R : centro, 30 ° a la izquierda, 110 ° a la izquierda, 30 ° a la derecha y 110 ° a la derecha. Esta configuración se utiliza con varios sistemas de sonido tridimensionales y técnicas de reconstrucción. ^[2] Como alternativa, la función de transferencia relacionada con la cabezase puede utilizar en la señal de la fuente de sonido para desplazar su convolución a cada uno de los altavoces dependiendo de su dirección y ubicación. Esto permite el cálculo de la energía de la señal para cada altavoz mediante la evaluación del sonido en varios puntos de control dentro de la sala de escucha. ^[3]

Reconstrucción de reverberación

Sistema de sonido 3D con diagrama de flujo de reconstrucción de reverberación

La reconstrucción de la reverberación implica medir el sonido con un micrófono de cuatro puntos para medir sus retrasos reales en la entrega en diferentes ubicaciones. Cada micrófono mide una respuesta de impulso de una señal de pulso prolongada para varios marcos de tiempo con varias fuentes de sonido. Los datos obtenidos se aplican al sistema de sonido tridimensional de 5 altavoces, como en la técnica de la sala de escucha. El sistema también convoluciona la función de transferencia relacionada con la cabeza con la respuesta de impulso de la señal grabada por los micrófonos y la energía se ajusta según el marco de tiempo original de la señal de sonido, y se agrega un retraso adicional al sonido para que coincida con el marco de tiempo. de la respuesta al impulso. La convolución y los retrasos se aplican a todos los datos de la fuente de sonido tomados y se suman para la señal resultante.

Esta técnica también mejora la direccionalidad, naturalidad y claridad del sonido reconstruido con respecto al original. Un inconveniente de este método es que la suposición de una única fuente de sonido, mientras que las reverberaciones de la vida real incluyen varios sonidos con superposición, junto con la suma de todos los valores diferentes no mejora la percepción de los oyentes del tamaño de la habitación, la percepción de la distancia es no mejorado. ^[3]

Proyecciones láser

A medida que las ondas sonoras provocan cambios en la densidad del aire, posteriormente provocan cambios en la presión sonora. Se miden y luego se procesan mediante el procesamiento de señales de tomografía para reconstruir el campo de sonido. Estas mediciones se pueden realizar mediante proyecciones, lo que elimina la necesidad de utilizar varios micrófonos para determinar respuestas de impulso independientes. Estos proyectores utilizan un vibrómetro láser Doppler para medir el índice de refracción del medio en la trayectoria del láser. ^[1] Estas mediciones se procesan mediante reconstrucción tomográfica para reproducir el campo de sonido tridimensional, y luego se utiliza la retroproyección de convolución para visualizarlo.

Holografía acústica de campo cercano

En la holografía acústica de campo cercano, la refracción de la luz se mide en un área bidimensional en el medio (este campo sonoro bidimensional es una sección transversal del campo sonoro tridimensional) para producir un holograma . Luego, el número de onda del medio se estima mediante el análisis de la temperatura del agua. Se calculan múltiples campos sonoros bidimensionales y también se puede reconstruir el campo sonoro tridimensional.

Este método es aplicable principalmente a los ultrasonidos y a presiones sonoras más bajas, a menudo en agua y en imágenes médicas. El método funciona bajo el supuesto de que el número de onda del medio es constante. Si el número de onda está cambiando en todo el medio, este método no puede reconstruir el campo de sonido tridimensional con tanta precisión. ^[4]

Ver también

• Localización de sonido 3D
• Localización de fuentes acústicas
• Proyección posterior de convolución (CBP)
• Función de transferencia relacionada con la cabeza
• Reconstrucción tomográfica

Referencias

1. Oikawa; Ir a; Ikeda; Takizawa; Yamasaki (2005). "Medidas de campo sonoro basadas en la reconstrucción de proyecciones láser". Actas. (ICASSP '05). Conferencia internacional IEEE sobre acústica, habla y procesamiento de señales, 2005 . 4 . págs. iv / 661 – iv / 664. doi : 10.1109 / ICASSP.2005.1416095 . ISBN 978-0-7803-8874-1.
2. Kim; Jee; Parque; Yoon; Choi (2004). "La implementación en tiempo real del sistema de sonido 3D mediante DSP". IEEE 60th Vehicular Technology Conference, 2004. VTC2004-Fall. 2004 . 7 . págs. 4798–480. doi : 10.1109 / VETECF.2004.1405005 . ISBN 978-0-7803-8521-4.
3. Tanno; Saiji; Huang (2013). Un nuevo sistema de sonido 3D de 5 altavoces con un método de reconstrucción de reverberación . Awareness Science and Technology and Ubi-Media Computing (ICAST-UMEDIA), 2013 International Joint Conference on . págs. 174-179. doi : 10.1109 / ICAwST.2013.6765429 . ISBN 978-1-4799-2364-9.
4. Ohbuchi; Mizutani; Wakatsuki; Nishimiya; Masuyama (2009). "Reconstrucción de campo de sonido tridimensional a partir de campo de sonido bidimensional mediante tomografía computarizada óptica y holografía acústica de campo cercano". Revista japonesa de física aplicada . 48 (7): 07. Código Bibliográfico : 2009JaJAP..48gGC03O . doi : 10.1143 / JJAP.48.07GC03 .