Technická univerzita v Berlíne

Technische Universität Berlin Faculty I Institute for Language and Communication Department of Audio Communication Audiovizuálna kvalita reproduktorov Diplomová práca predložila Paul Mainz Číslo študenta 225610 Berlín, 18. marca 2015 Prvý recenzent: Prof. Dr. Stefan Weinzierl Druhý recenzent: Dr. Hans-Joachim Maempel

kužeľových stimulov

Čestné čestné prehlásenie Týmto prehlasujem namiesto prísahy, že som pripravil toto dielo nezávisle a osobne, bez neoprávnenej vonkajšej pomoci a výlučne s využitím uvedených zdrojov a zdrojov. Berlín, 18. marca 2015 Paul Mainz

Obsah 1 Úvod 1 2 Stav výskumu 3 2.1 Multimodálne vnímanie. 3 2.2 Audiovizuálne vnímanie. 4 2.2.1 Hodnotenie audiovizuálnej kvality. 7 2.2.2 Audiovizuálne vnímanie reproduktorov. 9 3 Test počúvania 11 3.1 Predmet vyšetrovania. 11 3.2 Návrh skúšky. 12 3.2.1 Paradigma spoločnej prítomnosti. 12 3.2.2 Paradigma kužeľových stimulov. 12 3.3 Reproduktory. 14 3.4 Nastavenie štrukturálnych skúšok. 17 3.5 Meranie. 19 3.6 Zvukový obsah. 23 3.7 Prieskumný prístroj. 24 3.8 Konštrukcia v mierke. 25 3.9 Nastavenie technického experimentu. 29 3.9.1 Získavanie údajov. 29 3.9.2 Akustická simulácia. 32 3.9.3 Gramofón. 35 3.10 Implementácia. 36 4 Hodnotenie 39 4.1 Paradigma spoločnej prítomnosti. 41 4.1.1 Sluchové atribúty. 44 4.1.2 Vizuálne atribúty. 49 I.

4.1.3 Audiovizuálne atribúty. 50 4.2 Paradigma kužeľových stimulov. 52 4.2.1 Sluchové atribúty. 53 4.2.2 Vizuálne atribúty. 57 4.2.3 Audiovizuálne atribúty. 58 4.3 Vzťahy medzi premennými. 60 4.3.1 Paradigma spoločnej prítomnosti. 60 4.3.2 Paradigma kužeľových stimulov. 65 5 Zhrnutie 70 Bibliografia 73 Zoznam obrázkov 76 Zoznam tabuliek 79 Analýza odchýlok 82 A.1 Paradigma súbežnej prítomnosti. 82 A.2 Paradigma kužeľových stimulov. 85 B Regresia 89 B.1 Paradigma spoločnej prítomnosti. 89 B.2 Kónický stimul. 91 C polarita Prole 93 C.1 paradigma súbežnej prítomnosti. 93 D LimeSurvey 97 D.1 Pokyny k testu. 97 D.2 Dotazníky. 98 D.3 osc-web. 99 E Funkcie Matlab 100 E.1 reset_turntable.m. 100 E.2 move_turntable.m. 102 E.3 setup_righttable.m. 105 E.4 outline_callback.m. 106 II

1. ÚVOD Vnímanie nimi reprodukovaného zvuku, ako aj hodnotenie kvality celého reproduktorového produktu. Ak tu existuje súvislosť, je potrebné pokúsiť sa ju kvantifikovať. Audiovizuálne vnímanie ako vedecký odbor výskumu sa venuje čoraz väčšej pozornosti, stále je to však mladá disciplína, ktorá ponúka veľa otvorených otázok. Cieľom tejto práce je prispieť k lepšiemu pochopeniu vzťahov medzi objektmi sluchu a videnia. Ďalej môžu byť poznatky o týchto vzťahoch vo vzťahu k reproduktorom praktické pri výrobe reproduktorov. 2

2.2. AUDIOVIZUÁLNE VNÍMANIE 2. STAV VÝSKUMU usporiadaný jeden proti druhému. Z vnútornej strany teda vzrastá rozdiel medzi vizuálnym a sluchovým stimulom. Testovaným osobám bolo pred experimentom oznámené, že obidva reproduktory produkujú rovnaký zvuk, a preto nepočujú stereofónny zvuk a zvuk, ktorý vydáva, akoby prichádzal zo stredu. Napriek tomu zostáva otázne, či toto oznámenie robí trestný stimul pravdepodobným pre percepčný systém, a má zmysel uskutočniť podobný experiment za podmienok, ktoré predstavujú situáciu, ktorá je viac známa testovaným osobám a každodenným prirodzeným zážitkom pri počúvaní zvukových signálov cez reproduktory. mapy lepšie. Autori sa vo svojom experimente vždy pýtali na kvalitu zvuku za každých podmienok (vrátane čisto vizuálnych). Poukazujú tiež na to, že môže byť zaujímavé preskúmať, ktoré jednotlivé faktory sú dôležité pre celkové vnímanie produktu reproduktora. 10

3.4. ŠTRUKTURÁLNE EXPERIMENTÁLNE NASTAVENIE (a) Adam Classic Column Mk3 (c) JVC SP-E5 3. POČÚVACÍ TEST (b) B&W DM601 S2 (d) Braun L420/1 (e) Heco Victa 201 Obrázok 3.1: Reproduktory použité pri teste počúvania 18

3.5. 3. MERANIE 3. TEST POSLUCHU Obrázok 3.4: Merací robot FABIAN na stoličke pre testované osoby pred meraním BRIR.Ren vybaví slúchadlá sledovačom hlavy, ktorý registruje pohyb hlavy. Na základe pozičných údajov sledovača hlavy potom možno zvoliť vhodný BRIR pre aktuálnu polohu hlavy pre skladanie so vstupným signálom. Tak sa pre poslucháča vytvorí virtuálny zdroj zvuku, ktorý sa nepohybuje, keď je hlava otočená, ale zostáva na svojej pozícii. Na meranie BRIR bol použitý merací robot FABIAN vyvinutý oddelením audio komunikácie [24]. Robot ponúka jednoduchý spôsob automatického merania BRIR v rozsahu polôh hláv ± 80. Rozlíšenie tu bolo 1. BRIRs sa teda merali v krokoch po 1 od rotácie hlavy o 80 doľava do 80 doprava. Na konci merania zdroja teda získate 80 BRIR v každom smere plus jeden v nulovej polohe, teda v polohe hlavy, v ktorej sa robot pozerá priamo pred seba. Takže to dáva 2 80 + 1 = 161 BRIR (stereo) na zdroj. Každý reproduktor v stereofónnom páre sa meral osobitne. Nakoniec teda na každý model reproduktora pripadá 2 161 = 322 BRIR

3.6. OBSAH ZVUKU 3. SKÚŠKA POSLUCHU Obrázok 3.6: Funkcia prenosu ľavých reproduktorov v miestnosti pri meraní pomocou meracieho robota a uhla 30 (tj. Čelný pohľad na robota pri reproduktore), reproduktora pravého ucha až pod handričku na otočnom stole. Obrázky 3.5 a 3.6 ukazujú príklady prenosových funkcií experimentálneho usporiadania pre všetkých päť reproduktorov vypočítaných z impulzných odoziev ľavého reproduktora pre uhol 30 (merací robot sa preto na reproduktor pozerá pozorne). 3.6 Zvukový obsah Je potrebné pokúsiť sa vytvoriť situáciu počúvania testovaných osôb čo najbežnejšie. Obsah stimulov, ktoré majú testované subjekty hodnotiť, t. J. Zvukový materiál, ktorý je zložený pomocou BRIR, by sa mal preto zvoliť zo žánru, ktorý je pre mnohých poslucháčov dosť známy. Zároveň by tento signál mal byť schopný odhaliť slabiny reproduktora a urobiť ich počuteľnými alebo zdôrazniť silné stránky, aby testované osoby mali možnosť počuť rozdiely medzi piatimi modelmi reproduktorov. Ako je opísané v 3.2 23

3.9. NASTAVENIE TECHNICKÉHO TESTU 3. SKÚŠKA POČÚVANIA Obrázok 3.7: Schematické technické nastavenie počas testu počúvania Rozhranie. Príklady jednotlivých stránok s otázkami nájdete v prílohe D. Pre všetky rôzne časti experimentu (čisto akustické, čisto optické a optoakustické) boli v LimeSurvey vytvorené stránky s otázkami so zodpovedajúcimi atribútmi. To zaisťuje, že testované osoby uvidia iba atribúty, ktoré sú momentálne vhodné. Každú stránku je možné v LimeSurvey priradiť k náhodnej skupine. V rámci takejto skupiny sa potom jednotlivé stránky zobrazujú v náhodnom poradí. Skupiny je možné súčasne usporiadať v ľubovoľnom konkrétnom poradí. V tomto prípade bola vytvorená skupina pre čisto akustickú, čisto optickú a optoakustickú časť experimentu. Vďaka tomu je v experimente veľmi ľahké vytvoriť požadovanú postupnosť stimulov (najskôr akusticky, potom opticky, potom 30

3.9. TECHNICKÉ EXPERIMENTÁLNE NASTAVENIE 3. POČÚVACÍ EXPERIMENT Obrázok 3.8: Cesta zvukových dát v akustickej simulácii cez slúchadlá pomocou subwoofera, ktorý bol umiestnený v rohu miestnosti za ostatnými reproduktormi. Bolo ťažké vidieť pre testované subjekty a účastníci si nemohli všimnúť nijaké výbuchy vzduchu spôsobené pohybmi membrány. Subwoofer preto nebol jasne rozpoznateľný ako komponent aktívne zapojený do experimentu a akustická lokalizácia skrinky nebola možná kvôli reprodukovaným nízkym frekvenciám. Pretože cieľom pri použití subwoofera bolo reprodukovať živočíšne sekvenčné zložky signálov, ale iba do bodu vo frekvenčnom spektre, v ktorom môžu slúchadlá opäť zabrať, a súčasne bolo potrebné upraviť aj úroveň signálu pre subwoofer. Aby sa zaistilo, že sa zhoduje s úrovňou simulačnej časti slúchadiel v polohe testovaných osôb, výstupný signál z fwonder, tj. Signál zložený pomocou BRIR, bol odoslaný do softvéru JACKRack 9. JACKRack ponúka 9 Bob Ham a kol., Http://jack-rack.sourceforge.net/ 33

3.10. VYKONÁVANIE 3. SKÚŠOK NA POČÚVANIE Opravte akustickú simuláciu aktuálneho stimulu. 3.10 Implementácia Priebeh experimentu predpokladal najskôr to, že sa testovaným osobám poskytnú čisto akustické podnety, t. J. Iba im umožní počuť reproduktory, ale nevidia ich, potom sa generujú čisto vizuálne podnety, t. J. Iba sa reproduktory ukážu bez použitia akustickej simulácie. Prehrajte zvukové ukážky a nakoniec predstavte optoakustické podnety. Toto poradie zaisťuje, že účastníkov počas čisto sluchového posúdenia ešte neovplyvní vzhľad reproduktorov. Pretože pri prvom počúvaní nevidíte žiadne reproduktory, nie je možné jednoducho priradiť predtým počuté zvukové vzorky k opticky zobrazeným reproduktorom na následné čisto vizuálne hodnotenie. Podnety boli náhodne prezentované v každej z týchto troch skupín (pozri 3.9.1). Obrázok 3.10: Veková štruktúra testovaných osôb V teste bolo spolu 20 osôb nemeckého občianstva 36

3.10. IMPLEMENTÁCIA 3. POČÚVANIE SKÚSENIA, že signál sa bude cez slúchadlá prehrať neskôr, a preto by ste museli mať slúchadlá zapnuté počas celého experimentu. Ľuďom tiež bolo oznámené, že každý reproduktor budú počuť niekoľkokrát a že vzhľadom na rôzne použité elektroakustické nastavenia môže ten istý reproduktor zakaždým znieť inak. Preto by sa mali snažiť zakaždým znovu počúvať alebo vidieť a hodnotiť. Aby bolo možné hodnotiť reproduktory čisto sluchovo, boli reproduktory na začiatku experimentu zakryté látkami. Ľudia ich preto nemohli vidieť. Po piatich čisto akustických stimuloch boli preto subjekty požiadané, aby si urobili malú prestávku, kým experimentátor neodstráni kryty. 38

4.1. KOPESENCOVÁ PARADIGMA 4. HODNOTENIE Všetky premenné sú kódované s hodnotami -2 až 2. Najmenšia alebo najnegatívnejšia hodnota na škále zodpovedá hodnote -2, najväčšia alebo najpozitívnejšia k hodnote 2. 4.1 Paradigma kopresie je v paradigme kopresencie ako už bolo vysvetlené, obsahujú všetky stimuly, ktoré neprodukujú kužeľovitý stimul. Mení sa tu modalita dvoch faktorov (3 úrovne) a reproduktor (5 úrovní). Pre všetky závislé premenné sa najskôr vypočítali stredné hodnoty, a tak sa pre ilustráciu údajov vytvorili profily polarity pre všetky reproduktory a všetky modality. Poskytujú dobrý prehľad o zaznamenaných hodnoteniach a niektoré veci pri pohľade na Prole upútajú pozornosť. Proly pre reproduktor B&W a pre sluchovú modalitu sú tu uvedené ako príklad (obrázky 4.1 a 4.2). Prole ostatné reproduktory a podrobnosti o nich nájdete v prílohe. Obrázok 4.1: Profil polarity B&W DM601 S2 v paradigme spoločnej prítomnosti Zmena zo sluchovej na audiovizuálnu formu sa javí ako veľká zmena

4.1. PARADIGMA SPOLU PRÍTOMNOSTI 4. HODNOTENIE sa používa v paradigme spoločnej prítomnosti tohto typu III s cieľom zachovať jednoduchosť a jednotnosť. V prípadoch, keď je to zaujímavé, bolo tiež vykonané porovnanie jednotlivých párov (bez úpravy) medzi jednotlivými úrovňami faktorov. 4.1.1 Sluchové atribúty Podľa očakávania väčšina zvukových atribútov vykazuje významné výsledky, keď sa mení faktor reproduktora. To nie je prekvapivý výsledok, pretože reprodukcia akustických signálov a vytváranie dobrých sluchových vnemov je hlavnou úlohou reproduktora. Obrázok 4.3: Stredné hodnoty sluchových atribútov vysoká, nízka, tvrdosť a objem vynesené nad modalitu; jednotlivé hodnoty sú pre lepšiu čitateľnosť spojené s čiarami, čiary nepredstavujú hodnoty medzi modalitami. Avšak zmena činiteľa reproduktora nemá za následok výrazný rozdiel vo vyhodnotení výšok. Je to vidieť aj na obrázku 4.3. Na tomto obrázku a v nasledujúcich znázorneniach stredných hodnôt je úsečka nominálne zmenšená a na každú je vynesený faktor. To znamená, že medzi bodmi vyznačenými na osi x samozrejme nie č. 44

4.1. PARADIGMA SÚČASNOSTI 4. HODNOTENIE Boli merané hodnoty. Napriek tomu bola medzi zadanými hodnotami nakreslená spojovacia čiara, aby sa grafy ľahšie čítali. Hodnoty výšok sú navzájom blízko. Testované osoby ťažko zaznamenali akékoľvek rozdiely v reprodukcii výšky. Okrem hlasitosti je atribút výšky jediným sluchovým prvkom, ktorý v paradigme spoločnej prítomnosti nevykazuje žiadne významné pozorovania. To platí aj pre faktor modality. Aj keď reproduktory zobrazujú aj rozdiely vo výškach, nemuseli byť pre účastníkov také ľahké. Pre faktor reproduktora je však výsledok len okrajovo nevýznamný (p = 0,080). Skúšobná pevnosť tiež nie je nijako zvlášť vysoká pri 0,539. Môže sa teda stať, že sa tu nenašiel očakávaný vplyv reproduktorov. Podiel minimálnych vnemov vykazuje veľmi významné výsledky pre faktor reproduktora (str