В погоне за «золотым ухом»: можно ли найти оптимальную геометрию для пространственного звука?

В современной бинауральной звукозаписи и пространственном аудио широко применяются усреднённые или индивидуальные HRTF — передаточные функции, описывающие, как голова, ушные раковины и тело изменяют звук в зависимости от направления источника.

Но существует ли альтернативный путь? Не усреднять анатомию, а попытаться найти оптимальную геометрию уха, обеспечивающую точную пространственную локализацию у максимально широкого круга слушателей?

Научные исследования дают основания поставить такой вопрос.

Что уже известно:

— Wightman и Kistler (1993) показали, что неиндивидуальные HRTF могут обеспечивать достаточно точную локализацию по горизонтали, однако при виртуальном воспроизведении у части слушателей возрастает число ошибок «спереди–сзади» и «сверху–снизу». Это указывает на ограничения универсальных пространственных профилей.

— Algazi и соавторы (2001), создавшие базу CIPIC, собрали HRTF и антропометрические данные 45 человек. Исследование показало связь между геометрией тела и ушей и особенностями пространственных акустических характеристик.

— Stitt и Katz (2021) с помощью параметрической 3D-модели исследовали влияние отдельных элементов ушной раковины на HRTF. Существенное влияние обнаружено у полости concha, области треугольной ямки и параметров, определяющих рельеф раковины.

Инженерная гипотеза: вместо поиска усреднённой анатомии можно исследовать геометрию, которая формирует особенно различимые спектральные признаки направления. Для этого можно использовать параметрическое 3D-моделирование, численный акустический расчёт и генеративные нейросети.

Такой подход потенциально применим как к физическим моделям для бинауральной звукозаписи, так и к цифровым HRTF-профилям для пространственных аудиосистем.

Разумеется, выраженный рельеф или асимметрия сами по себе не гарантируют лучшей локализации. Оптимальность необходимо подтверждать измерениями и психоакустическими испытаниями на группе слушателей.

Возможно, следующий шаг в развитии пространственного звука — не поиск среднего уха, а поиск геометрии, которая лучше всего передаёт пространственные признаки человеческому слуху.

Это пока исследовательская гипотеза, а не установленный факт. Но, на мой взгляд, она заслуживает экспериментальной проверки.

Источники:

1. Wightman, F. L., Kistler, D. J. (1993). Localization using nonindividualized head-related transfer functions. Journal of the Acoustical Society of America. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8354753/

2. Algazi, V. R. et al. (2001). The CIPIC HRTF Database. https://escholarship.org/uc/item/3d10j9jw

3. Stitt, P., Katz, B. F. G. (2021). Sensitivity analysis of pinna morphology on head-related transfer functions simulated via a parametric pinna model. JASA. https://doi.org/10.1121/10.0004128