Uutiset

Äänen suunnan katoaminen voi olla epämukavaa ja jopa vaarallista – tutkijat keksivät, miten ongelma korjataan kuulolaitteissa, pelastajien kuulokkeissa ja VR-sovelluksissa

Uusi signaalinkäsittelyn malli mahdollistaa sekä tarkan tilaäänen toiston että äänen säätämisen esimerkiksi kuulovammaisten tarpeisiin.
Muovinen tutkimuksessa käytetty pää, johon on kiinnitetty mikrofoni.
Tutkijat testasivat mallin toimivuutta laboratoriossa. Kuva: Ville Pulkin tutkimusryhmä

Kuuloaistin tulisi vastata kahteen kysymykseen: mitä ja missä?

Nyt ryhmä Aalto-yliopiston tutkijoita on ratkonut, miten puuttuva suuntatieto voidaan tuottaa mahdollisimman tarkasti tekniikan avulla. Tutkimus nostettiin juuri arvostetun Journal of American Society of Acoustics (JASA) -lehden kansijutuksi.

”Äänen tilallisuuden parantamisessa on kyse elämänlaadun parantamisesta”, kiteyttää artikkelin pääkirjoittaja, tohtorikoulutettava Janani Fernandez, joka on työskennellyt myös sisäkorvaimplanttien kanssa. Signaalinkäsittelyn erikoisosaamista työhön toi tohtorikoulutettava Leo McCormack.

Ihmisen korvalehdillä on tärkeä rooli äänen tulosuunnan määrittämisessä. Kuulolaitteissa mikrofonin sieppaama signaali sen sijaan kulkee vahvistamisen jälkeen ohutputkea pitkin suoraan korvakäytävään. Siksi äänilähteet tuntuvat täyttävän pään, mikä on häiritsevää ja väsyttävää etenkin tilaisuuksissa, joissa on paljon ihmisiä. Kun äänten suunnat katoavat, myös eri puhujien erottaminen toisistaan on vaikeampaa.

JASA:n artikkelissa ryhmä esittää signaalinkäsittelyn mallin, jolla useiden, eri suunnista ääntä keräävien mikrofonien data analysoidaan niin, että äänen tilainformaatio saadaan talteen.

”Vasta sen jälkeen se johdetaan eteenpäin, esimerkiksi kuulolaitteen kompressoriin, joka vahvistaa signaalia kuulijan tarpeisiin sopivaksi. Tämän jälkeen ääni toistetaan kuulijalle käyttäen analysoitua tilainformaatiota, mikä tuottaa luonnollisen tilavaikutelman”, kertoo akustiikan professori Ville Pulkki.

Akustiikan tutkimuksessa käytettäviä korvan malleja
Kuuloaisti vastaa kahteen kysymykseen: mitä ja missä? Kuvassa akustiikan tutkimuksessa käytettäviä KEMAR-mallikorvia. Kuva: Sara Urbanski / Aalto-yliopisto

Pulkin mukaan menetelmä ei vielä sovi useimpiin kuulolaitteisiin, koska se vaatii paljon laskentatehoa ja energiaa. Vasemman ja oikean korvan kuulolaitteen tulisi myös keskustella keskenään. Pienissä kuulolaitteissa tämä voi olla vaikeaa toteuttaa, ja käyttömukavuuden takia pariston tulisi kestää pitkään.

Suurempiin laitteisiin laskentateho ja riittävän tehokas virtalähde on helpompi mahduttaa. Tällaisia voisivat olla esimerkiksi kuulemista haittaavia kypäröitä käyttäville ammattiryhmille, kuten pelastajille, poliiseille ja sotilaille, tarkoitetut kuulokkeet.

”Kun vaikka pelastaja menee savun täyttämään rakennukseen, jossa ei näy mitään, hänen on tärkeää paitsi kuulla avunhuudot myös se, mistä ne tulevat, tai tietää, kummalla puolella kollega liikkuu”, Pulkki sanoo.

Äänen suunnan kuuleminen on turvallisuuskysymys myös kuulovammaiselle, Fernandez korostaa.

”Esimerkiksi tietä ylittäessä on tärkeää erottaa, mistä suunnasta auto on tulossa.”

Autenttinen tilaääni tekisi myös AR (lisätty todellisuus) -kokemuksista realistisempia ja nautinnollisempia. Ryhmän kehittämällä mallilla ympäristön äänet saataisiin kuulumaan AR-lasien kuulokkeissa aivan kuin käyttäjällä ei olisi laitteita päässä ollenkaan.

Aallon akustiikan laboratoriossa on tutkittu paljon esimerkiksi konserttisalien akustiikkaa. Jos sinfoniaorkesterin konsertti nauhoitettaisiin riittävän monella, eri puolille konserttisalia sijoitetulla mikrofonilla, se voitaisiin uudella mallilla toistaa niin tarkasti, ettei musiikkifanin tarvitsisi matkata Berliiniin, Lontooseen tai Chicagoon huippuorkestereja kuullakseen.

”VR-konsertissa saisi nauttia samasta elämyksestä kuin konserttisalissa”, Fernandez sanoo.

Tutkijatohtori Archontis Politis Tampereen yliopistosta otti osaa matemaattisen mallien kehittämiseen.

Linkki julkaisuun (asa.scitation.org)

Akustiikan laboratorio

Akustiikan laboratorio on Aalto-yliopiston monitieteinen tutkimuskeskus, joka keskittyy äänenkäsittelyyn ja tilaääneen.

Lue lisää
Aalto University Acoustic Lab

Ihminenkin voi saada superkuulon – uudella audiotekniikalla voi seurata jopa lepakoiden lentoa

Ultraääni tallennetaan pienen pallon pinnalla olevilla mikrofoneilla ja toistetaan signaalinkäsittelyn jälkeen kuulokkeilla. Teknologiasta voi olla hyötyä esimerkiksi putkivuotojen paikantamisessa.

Lue lisää
Superkuulon toteuttava laite. Pallon pinnalla on kuusi ultraäänille herkkää mikrofonia. Ultraäänet toistetaan kuulokkeisiin niin, että kuulija havaitsee äänilähteen suunnan oikein. Kuva: Ville Pulkki / Aalto-yliopisto
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

mika_sillanpaa_11_en.jpg
Nimitykset Julkaistu:

Mika A. Sillanpää: Olisi hyödyllistä, jos meillä olisi laboratoriossa pari mustaa aukkoa

Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen kiertämisestä kvanttigravitaation osoittamiseen – professori venyttää kvanttifysiikan rajoja.
Pärttyli Rinne, photo by Nora Rinne
Yliopisto Julkaistu:

Pärttyli Rinne: Vaakakupissa painaa työn sisäinen merkityksellisyys ja taloudellinen hauraus

"Ilman vakituista virkaa olevat akateemiset ihmiset kokevat epävarmuutta ja stressiä, joka liittyy etupäässä taloudelliseen haurauteen. Se ei ole vain minun kokemukseni."
Rakkauden lajit muodostavat tilastollisesti samankaltaisuusjatkumon, jossa rakkauden kokemuksen voimakkuus heikkenee. Kuva: Philosophical Psychology -lehti, https://doi.org/10.1080/09515089.2023.2252464.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Missä tuntuu rakkaus? Uusi tutkimus valottaa rakkauden luonnetta aiempaa tarkemmin

Aalto-yliopiston tutkijat ovat selvittäneet 27:ään eri rakkauden lajiin liittyviä tunnekokemuksia ja muodostaneet niiden perusteella kehokarttoja, joista selviää missä rakkaus tuntuu.
Värikkäitä ja läpinäkyviä pinnoitenäytteitä puupölkyn päällä.
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Onko puu ruskeaa, sinistä, keltaista vai läpinäkyvää? Tutkijat löysivät keinon tehdä puusta läpinäkyviä ja värikkäitä pinnoitteita

Tutkijat ovat onnistuneet kehittämään puiden sisältämästä ligniinistä uudenlaisia pinnoitteita.