Aalto-yliopiston akustiikan tutkijat selvittivät kaiuttimia valmistavan suomalaisen Genelecin kanssa, miten pieniä viiveitä ihmiskorva pystyy erottamaan kuulon herkimmällä alueella. Tuloksissa on merkitystä sillä ”kaiuttimien kyky tuottaa tarkka stereoäänikuva on tärkeä ominaisuus, ja ajallisesti tarkan äänisignaalin tuottaminen on keskeinen osa tätä”, kertoo Genelecin tuotekehitysjohtaja Aki Mäkivirta.
Aalto-yliopiston tutkijat selvittivät, millaisia aikaeroja ihmiskorva pystyy havaitsemaan äänen eri taajuuksien saapumisessa. Kuulo on ihmisen herkimpiä aisteja, ja siksi pienetkin äänen laadun ongelmat voivat häiritä kuuntelukokemusta. Ihminen aistii ääntä 20-20 000 hertsin välillä. Ainutlaatuisen Aalto-yliopiston ja Genelecin tutkimuksesta teki se, että tutkijat selvittivät paitsi viivästymisen vaikutusta myös sitä, miten kuulija aistii sen, kun tietty taajuussisältö siirtyykin ajallisesti aikaisemmaksi.
Käytännössä se tarkoittaa, että tutkijat pystyivät selvittämään, kuinka herkästi ihminen kuulee tietyn taajuusalueen äänitapahtuman, kun se saapuu korvaan ennen muita ääniä. Negatiivinen viive tuhannesosasekunnin murto-osien tarkkuudella tuotettiin suodattimilla, jotka siirtelevät taajuuksia ajassa eri kohtaan muuttamatta äänen määrää.
”Käyttämämme taajuusselektiivinen takaperin suodattaminen on uusi tekniikka digitaalisen signaalinkäsittelyn alalla. Negatiivisen viiveen aikaansaaminen edellyttää siirtymistä ajassa tulevaisuuteen. Tämä ilmiö tuotettiin ohjelmistolla, joka toimi näin vertauskuvallisesti aikakoneena”, kertoo Aalto-yliopiston tutkijatohtori Juho Liski.
Kuuntelukokeessa kaksitoista koehenkilöä sai kuultavakseen käsitellyn ja käsittelemättömän äänen, ja tutkijat selvittivät, pystyivätkö koehenkilöt erottamaan ne luotettavasti toisistaan. Testiääninä käytettiin muun muassa rytmisoitin kastanjettia ja lyhyitä napsahduksia.
”Kaiuttimen vahvistuksen vaihtelun kuuluvuus eri taajuuksilla tunnetaan hyvin, mutta ryhmäviiveen vaihtelun kuuluvuutta on tutkittu vähemmän. Ryhmäviiveen vaihtelu johtaa tiettyjen taajuusalueiden siirtymiseen ajassa eteen tai taaksepäin muihin taajuuksiin verrattuna”, Aalto-yliopiston professori Vesa Välimäki toteaa.
Tiedetään, että tavallisesti ääni viivästyy kulkiessaan kaiuttimen läpi, mutta sitä ei, kuinka herkästi tästä aiheutuva muutos on kuultavissa eri taajuuksilla. ”Tutkimus osoitti, että eroja signaaleissa kuului, kun ääni alkoi tietyllä taajuudella etuajassa noin puolen millisekunnin verran. Myös tiettyjen taajuuksien viivästäminen suhteessa muuhun ääneen oli kuultavissa. Havaintokynnyksen ylittävä viivemuutoksen määrä vaihteli huomattavasti eri taajuuksilla. Viiveet havaittiin erityisesti, kun ääni alkoi tai loppui”, Välimäki ja Liski kertovat työn tuloksista.
Nykyaikainen digitaalisen signaalinkäsittelyn kehitys on mahdollistanut erittäin tarkan äänenkäsittelyn, mikä avaa uusia mahdollisuuksia akustiikan tutkimuksessa ja kehityksessä. Viiveen kuulemista on tutkittu viime vuosina Aalto-yliopiston akustiikan laboratoriossa jo aiemmin IMPRESS- ja IMPRESS2-projekteissa, jotka iisalmelainen Genelec on rahoittanut.
”Tutkimusyhteistyö Aalto-yliopiston kanssa on tärkeää, koska näin opimme tuntemaan tarkemmin tarkkuusvaatimuksen, johon kaiuttimien suunnittelussa on päästävä. Meitä kiinnostaa se raja, jonka jälkeen ihminen ei enää kykene kuulemaan eroa äänen samanaikaisuuden parantuessa”, kertoo tutkimuksen taustoja Genelecin tuotekehitysjohtaja Aki Mäkivirta.
Lisää: Uusimmat tulokset on julkaistu alan huippulehdessä IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech, and Language Processing (LINKKI)
Kuva: Äänen viivettä tutkittiin Genelecin kaiuttimilla Aalto-yliopiston kaiuttomassa huoneessa Espoon Otaniemessä. Kuva: Aalto-yliopisto/Mikko Raskinen.