Maniqu acustico virtual para la toma de sonido biaural SECTOR TECNICO
La presente invention se relaciona, en general, con el audio, con todos los derivados de aplicacion de la grabacion sonora y, mas en concreto, con la captura de la espacialidad del campo sonoro y la reproduction biaural. Algunos ejemplos son: industria musical, postproduccion, cine, videojuegos, multimedia, smtesis de espacios sonoros, mezcla con auriculares, etc.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
El sonido que procesa el sistema perceptual humano llega a traves de un sistema biaural modelado comunmente mediante la funcion de transferencia de la cabeza (HRTF, Head- Related Transfer Function). La captura de sonido biaural con un sistema cabeza-torso (en ingles: dummy head) permite posteriormente conseguir la reproduccion mas o menos fiel del campo sonoro; la perception del oyente con auriculares es "tal como si estuviera en el lugar y en el entorno" en el que se grabo. Esto es asi porque el simulador de cabeza-torso (maniqu acustico) modela las reflexiones, absorciones y difracciones del sonido en el receptor de la manera mas fiel a las que experimenta una persona media. Sus propiedades fisicas (dimensiones, materiales, peso, constitution, forma, detalles, etc.) son similares a las de una persona "media". Esto, evidentemente supone una gran simplification, ya que todos estos atributos tienen valores diferentes para cada persona, pero genera unas cualidades perceptualmente aceptables. Los sistemas cabeza-torso son normalmente muy costosos, pesados y delicados para transportar puesto que depositan todas sus prestaciones en la materialidad de la estructura.
Los maniquis acusticos, integran simuladores de oido (pabellon y canal interno auditivo) para medir o grabar la senal de audio equivalente a la percibida por el ser humano, ya sea procedente de un medio electronico (audifono o auriculares) o recibida directamente del campo sonoro del entorno. Existen varios tipos:
Simuladores de cabeza y torso que incluyen el simulador de oido completo (pabellon y canal interno auditivo). Estan pensados principalmente para medir la respuesta
acustica de aud^fonos y auriculares. Entre estos se encuentran los modelos de Kemar (Knowles Electronics Inc.) , Head Acoustics HMS II.4 y Cortex Instruments Binaural Recording Head (Mk1 y Mk2).
Simuladores de cabeza y torso que incluyen el simulador de oido completo (pabellon y canal interno auditivo) y ademas incorporan una boca artificial (voz artificial). Estan destinados a realizar medidas de dispositivos de comunicacion con auriculares y microfono (telefoma y otros tipos de comunicacion). Ejemplos de estos simuladores son los modelos de Bruel & Kjaer 4128C y de Head Acoustics HMS II.3.
Simuladores de cabeza y torso que incluyen el simulador de oido parcial (solo pabellon auditivo). El microfono de medida bloquea el canal auditivo. Su uso esta pensado para realizar grabaciones de sonido biaurales. El modelo de Bruel & Kjaer 4100 y el de Head Acoustics HMS III son un ejemplo de este tipo de medidas.
Existen tres estandares que especifican las caracteristicas fisicas y acusticas que han de tener los simuladores de torso y cabeza. Estos son: ANSI S3.36 (Manikin for simulated in- situ airborne acoustic measurements) , IEC TR 60959 (Provisional head and torso simulator for acoustic measurements on air conduction hearing aids) e ITU-T P.58 (Head and torso simulator for telephonometr y ).
El estandar ANSI S3.36 especifica unas dimensiones fisicas que se corresponden con el maniqu acustico Kemar. Ademas incluye el estandar ANSI S3.25 (American National Standard for an occluded ear simulator) que fija las caracteristicas del simulador de oido (pabellon y canal auditivo).
El estandar IEC TR 60959 establece unas dimensiones identicas al estandar anterior ANSI S3.36 pero el simulador de oido (pabellon auditivo sin canal) sigue las especificaciones del estandar IEC 60711 (Occluded-ear simulator for the measurement of earphones coupled to the ear by ear inserts).
Las dimensiones reflejadas en el estandar ITU-T P.58 son algo diferentes de los otros dos estandares. Coinciden con las de los simuladores de torso y cabeza comerciales de Bruel & Kjaer 4128C y Head Acoustics HMS II.3. El oido artificial del ITU-T P.58 sigue el estandar ITU-T P.57. Establece varios modelos: el tipo 2 (pabellon sin canal auditivo -occluded ear- que coincide con el estandar IEC 60711) y los tipos 3.1, 3.2, 3.3 y 3.4 (pabellones auditivos de dimensiones diferentes -con canal interno-, de acuerdo al tipo de medida requerida).
Los tres estandares (ANSI S3.36, IEC TR 60959 e ITU-T P.58) definen tambien la funcion de transferencia acustica de la cabeza (HRTF -Head Related Transfer Function-). En los estandares ANSI S3.36 e IEC TR 60959 la HRTF puede considerarse identica y se refiere al nivel de presion sonora (SPL -Sound Pressure Level-) existente en el timpano con respecto al SPL en campo libre (sin maniqu acustico) en el punto central interno de la cabeza. En el estandar ITU-T P.58 la HRTF se refiere al SPL en el timpano respecto al SPL en campo libre (sin cabeza) pero solo en la posicion 0° de azimut; en cambio, si se gira el maniqu acustico (90°, 180° y 270°) la HRTF se refiere al SPL en el timpano respecto al SPL a 0° de azimut (sin girar).
Mas del 95% de la information direccional que el cerebro necesita depende del diseno del pabellon auricular y de la distancia inter-aural. Sin embargo, no existen en la actualidad dispositivos que permitan la adaptation de estos dos parametros para mejorar las medidas en casos en los que por ejemplo, los atributos de la persona disten de la persona media.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invention permite capturar el campo sonoro biaural para una multitud de configuraciones gracias a que permite regular la distancia entre los pabellones auricular y la sustitucion de los mismos. Con este fin, el sistema cabeza-torso material, real, es sustituido por un sistema de procesamiento digital de senal inmaterial, virtual. Para simplificar la jerga utilizada en el texto usaremos el termino dummy head para referirnos al sistema cabeza- torso material (antecedente de la invencion) y el termino dummy ears para referirnos al sistema cabeza-torso inmaterial (presente invencion).
Los pabellones auriculares son moldeados con una impresora 3D para que reproduzcan la complejidad morfologica del oido externo y constituyan, conjuntamente con el sistema mecanico de acoplamiento, el unico elemento material que interviene directamente en la captura del campo sonoro. En cada pabellon auricular se inserta un microfono omnidireccional. Cada microfono omnidireccional a su vez esta acoplado a un sistema de procesamiento digital de senal encargado de simular las funciones de transferencia, HRTFs.
La presente invencion tiene las siguientes ventajas sobre el arte previo:
El sistema de acoplamiento mecanico de los pabellones auriculares es muy simple y permite regular la distancia biaural.
El sistema dummy ears puede modelar el sistema cabeza-torso real de cualquier individuo; a diferencia del sistema dummy head que solo admite una configuration fija de todos sus atributos.
Admite cualquier tipo de pabellon auricular.
Es de bajo coste (de orden 100 veces inferior).
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
A continuation se pasa a describir, de manera muy breve, una figura que ayudan a comprender mejor la invention y que se relaciona expresamente con una realization de dicha invencion que se presenta como un ejemplo no limitativo de esta.
La Figura 1 es un diagrama que muestra las partes fundamentales del sistema biaural artificial de la invencion (dummy ears) y donde la cabeza y el torso del arte previo aparecen superpuestos.
DESCRIPCION DE UNA REALIZACION PREFERIDA
Segun se ilustra en la Figura 1, se puede apreciar el sistema de acuerdo a la presente invencion con dos pabellones auriculares (1) , un microfono insertado en el pabellon auditivo de cada pabellon auricular (2) , un sistema regulation de distancia biaural (3) y un sistema de procesado digital de senal (4) que provee una salida de sonido para auriculares. La invencion puede estar dotada ademas de un sistema de regulacion de rotation y de altura.
La presente invencion consiste en un sistema cabeza-torso virtual, dummy ears, configurable que simula un sistema cabeza-torso real, dummy head, que comprende:
dos pabellones auriculares impresos 3D (1) que admite diversos materiales (duros y blandos) y que simula la morfologia de un oido externo "conventional".
dos microfonos omnidireccionales.
sistema de procesamiento digital que trata la senal capturada mediante las funciones de transferencia acustica (HRTF).
Modos de operacion
La configuration del dispositivo previa a la operacion con la senal capturada se puede realizar de diversas maneras:
- mediante el modelado fisico del sistema cabeza-torso, del que resulta un par de funciones
de de transferencia acusticas (HRTFs). Se podria decir que, independientemente de la tecnica de modelado, se trata de una estimation teorica de las HRTFs (conocido en el estado de la tecnica como modo parametrico).
- mediante la medida de las HRTFs de un sistema cabeza-torso cualquiera (mediante un metodo de identification de sistemas adaptativo) ; es decir, la medida de un sistema del cual se desconoce su modelo teorico pero se dispone de su implementation practica. Se podria decir que, independientemente de la tecnica de medida, se trata de una estimacion practica de las HRTFs (metodo conocido en el estado de la tecnica como modo no parametrico).
Una vez definidas en el modo anterior las HRTFS (una por cada pabellon auricular) , el sistema de procesamiento digital simula las HRTFs del maniqu acustico mediante procesos convolutivos. Este procesamiento de la senal capturada corresponde con la medida acustica en una sala determinada.
