Käyttäjäkeskeinen akustiikka kahdensuuntaisessa lisätyn audiotodellisuuden järjestelmässä

Abstract

Lisätyn audiotodellisuuden (LAT) sovelluksissa käyttäjän ympäröivää todellista äänikenttää laajennetaan keinotekoisilla ääniobjekteilla. Ympäröivä äänikenttä luodaan erityisen LAT-kuulokkeen avulla. LAT-kuuloke koostuu miniatyyrimikrofoneista, jotka on liitetty normaaleihin kuulokkeisiin molemmissa korvissa. Mikrofonisignaalin pitäisi mennä muuttumattomana suoraan kuulokkeeseen. Täten käyttäjän pitäisi kuulla tarkka kopio ympäröivästä äänikentästä. Kopiota kutsutaan pseudoakustiseksi ympäristöksi. LAT-kuuloke kuitenkin värittää pseudoakustista ympäristöä.

Kun pseudoakustinen äänikenttä on luotu, voidaan uusia keinotekoisia ääniobjekteja lisätä käyttäjän ympäristöön. Tämä tehdään siihen suunnitellun laitteen, LAT-mikserin, avulla. Keinotekoiset ääniobjektit voivat olla oikeastaan mitä vain (toisaalla olevan ihmisen puhetta, toisaalla olevan ryhmän keskustelua, musiikkia, hälytysääniä, kalenterimerkintöjä, jne.), ja ne voidaan kuulla erillisinä oikeasta äänikentästä tai käyttäjä ei välttämättä edes erota oikeita ääniä keinotekoisista. Jotta keinotekoisia ääniä voitaisiin hallita, täytyy systeemin tietää käyttäjän liikkeistä ja rotaatiosta. Tätä kutsutaan päänliikkeiden jäljittämiseksi ja paikannukseksi.

Tässä diplomityössä käsitellään pseudoakustiikan äänenlaadun parantamista, keinotekoisten äänilähteiden hallintaa sekä LAT-alustan kehittämistä. Uudenlainen LAT-mikseriprototyyppi suunnitellaan, rakennetaan ja arvioidaan. Siinä on ekvalisointimahdollisuus pseudoakustisen äänenlaadun parantamiseksi. Myös akustista päänjäljittämistä ja paikannusta käsitellään. Alusta LAT-sovelluksien testaamiseen esitellään. Siinä on kahdensuuntaiseen kommunikointiin tarvitta ohjelma sekä mahdollisuus päänliikkeiden seurantaan.

In Augmented Reality Audio (abbreviated ARA), the real sound environment of the user is extended with virtual sound images. The surrounding environment is produced with a special ARA headset. The ARA headset consists of miniature microphones, which are integrated to earphone elements in both ears. The signals from the microphones should go unaltered directly to the earphones. This way the user should be able to hear an exact copy of the surrounding sound environment. This copy is called the pseudoacoustic environment. However, the headset causes coloration to the pseudoacoustics.

After the pseudoacoustic sound field has been generated, new virtual sound objects can be added to the user's sound environment. This is done with the help of a special device, the ARA mixer. The synthetic sound objects can be almost anything (speech from a remote user, conversation of a remote group, music, alarm signals, calendar marks, etc.) and they can be heard separately from the real sound environment or the user might not even distinguish between the real and synthetic sounds. To be able to control the virtual sound events, the system has to keep track of the user's movement and rotation. This is called head-tracking and positioning.

The main issues discussed in this thesis are the sound quality of the pseudoacoustic representation, the rendering of the virtual sound images in a controlled manner, and ARA platform development. A novel ARA mixer prototype is constructed and evaluated. It has equalization properties to enhance the pseudoacoustic sound quality. Also acoustic head-tracking and positioning techniques are introduced. A platform for ARA application testing with a two-way communication system and a possibility for head-tracking is also introduced.