La capacidad de localizar sonidos en el entorno circundante es una característica notable del oído humano. Por lo general, las personas con buena audición usan ambos oídos para detectar e interpretar las señales auditivas. Las diferencias en el volumen o el tiempo de llegada de los sonidos en cada oído nos brindan información vital sobre la ubicación y la dirección de la fuente de sonido. Curiosamente, sin embargo, los estudios han sugerido que, si bien las señales binaurales son suficientes para la localización del sonido, no son necesarias. Las personas con audición monoaural (pérdida de audición en un oído) también pueden percibir la ubicación del sonido.
Afortunadamente para los ingenieros, esto puede ayudar a eliminar las limitaciones en el diseño y el posicionamiento de los dispositivos de grabación de audio y los arreglos de micrófonos. Utilizados para la localización de fuentes y la reducción de ruido, los conjuntos de micrófonos deben colocarse en intervalos y posiciones específicos para capturar y analizar de manera efectiva el sonido desde diferentes direcciones. Para evitar una calidad de sonido deficiente como resultado de un diseño o posicionamiento inadecuado de la matriz de micrófonos, la capacidad de estimar la dirección del sonido utilizando señales monoaurales es muy deseable, ya que puede ayudar a simplificar los diseños de la matriz de micrófonos.
En un estudio disponible en línea el 13 de enero de 2023 y publicado en la revista Applied Acoustics el 28 de febrero de 2023, el Prof. Masashi Unoki y sus colegas del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) y la Universidad de la Prefectura de Toyama, Japón, han propuesto un método que utiliza señales monoaurales para estimar la dirección de llegada (DOA) de las señales de sonido en tres dimensiones. « En nuestro trabajo, proponemos un método de estimación basado en el espectro de modulación monoaural (MMS), que depende de la modulación en el espectro de frecuencia de la señal recibida para detectar la señal DOA. Esto puede ayudarnos a desarrollar señales monoaurales para el procesamiento de señales de un solo canal. « , explica el profesor Unoki.
Para determinar el DOA monoaural, el equipo simuló señales de sonido de diferentes direcciones utilizando ruido de modulación de amplitud artificial y señales de voz humana mientras tomaba en cuenta el efecto de los oídos, el torso y la cabeza al filtrar el sonido. Luego, obtuvieron el MMS de las señales que describían sus modulaciones de frecuencia para identificar las características clave que podrían vincularse con el DOA de las señales. Para evitar la confusión anverso-reverso monoaural, que ocurre cuando las fuentes de sonido en el mismo ángulo delante o detrás del oyente pueden producir las mismas estimaciones para el DOA, los investigadores consideraron el efecto del movimiento de la cabeza en el MMS para realizar un DOA más preciso. Estimacion.
Usando el DOA conocido y las características del MMS como datos de entrenamiento, luego construyeron un modelo de regresión polinomial que estimó el DOA a partir de las características del MMS de la señal de sonido en términos de la dirección horizontal y vertical del oyente. El modelo pudo estimar con precisión el DOA de 829.440 señales de voz, superando incluso la audición monoaural humana.
Si bien el equipo califica sus hallazgos al sugerir que hay más trabajo por hacer para tener en cuenta el ruido de fondo y las diferencias individuales en la forma del oído al crear el modelo, el estudio demuestra un avance impresionante en la localización del sonido monoaural. Especulando sobre sus implicaciones, los investigadores visualizan las aplicaciones de su tecnología en técnicas de vigilancia de sonido y mejoras de audífonos. « Nuestro estudio ayudará a revelar nuestra capacidad para localizar sonidos en función de la audición monoaural, lo que, a su vez, podría estimular varias innovaciones en las técnicas de audífonos a largo plazo », concluye el Prof. Unoki.