NRC Handelsblad 05-10-2002

De vorm van de oorschelp laat mensen 3D horen

Mensen hebben twee oren, maar kunnen horen in drie dimensies. Dat is vooral te danken aan drie hogefrequentiecomponenten in het waargenomen geluid, bewees Erno Langendijk, die op 26 september promoveerde aan de TU Delft.

Mensen met een normaal gehoor kunnen van geluiden vrij precies de richting en de afstand bepalen. Verschillen in volume en aankomsttijd tussen beide oren bieden de hersenen informatie over de positie op een as van links naar rechts. Gegevens over richting en hoogte moeten komen uit de filtering van het geluid door het hoofd en de ingewikkelde vorm van de oorschelp.

Langendijk, die zijn onderzoek voornamelijk deed bij TNO in Soesterberg, mat bij proefpersonen voor beide oren de overdracht naar het trommelvlies voor een spectrum van frequenties, in twee stappen. Uit verschillende richtingen produceerde een luidspreker geluid, dat een hoofdtelefoontje vlak voor het oor weer oppikte. Met een klein microfoontje vlak tegen het trommelvlies aan mat hij vervolgens hoe het geluid overgedragen wordt van het hooftelefoontje door de oorschelp en de gehoorgang naar het trommelvlies.

Aan de hand van deze gecombineerde overdrachtsspectra kon Langendijk met een hoofdtelefoon virtuele geluidsbronnen genereren, die uit een bepaalde hoek uit de ruimte leken te komen. De illusie is zo sterk dat proefpersonen geen onderscheid kunnen maken tussen computergegenereerde ruis en geluid dat echt uit verschillende hoeken komt. Door naburige overdrachtsspectra te middelen kon Langendijk zelfs geluid laten klinken uit hoeken daartussenin, waarvoor de karakteristieken niet gemeten waren.

In een volgend experiment mat Langendijk waar de richtinginformatie nou precies verstopt zit in het overdrachtsspectrum. Hij blokkeerde verschillende frequentiebanden in het overdrachtsspectrum, en maakte daarmee weer virtueel ruimtelijk geluid. Informatie over de verticale positie van de geluidsbron bleek vooral verstopt te zitten in het gebied van 6 to 12 kilohertz in het overdrachtsspectrum. Als het spectrum in dat gebied kunstmatig vlak gemaakt wordt, kunnen de proefpersonen de richting met geen mogelijkheid meer aanwijzen. Of het geluid van voor of van achter komt is te horen aan karakteristieken tussen 8 en 16 kilohertz.

Uit verdere analyse van de pieken en dalen in de gemeten overdrachtsspectra van zes proefpersonen bleek dat er eigenlijk maar twee tot zes duidelijke kenmerken maxima of minima in de geluidsoverdracht in het spectrum zitten, afhankelijk van de positie. Experimenten met vereenvoudigde, gesynthetiseerde overdrachtsspectra lieten zien dat maar drie van die kenmerken al voldoende zijn om de driedimensionale illusie op te wekken.

Overigens verschilden de plaatsen van deze drie kenmerken per proefpersoon. Mensen kunnen dan ook behoorlijk verschillende oorschelpen hebben, wat hun manier van horen natuurlijk beïnvloedt.

Het onderzoek biedt perspectief op eenvoudige manieren methoden om synthetisch 3D-geluid te synthetiseren, eventueel op maat gemaakt voor individuele luisteraars. Dat is bijvoorbeeld bruikbaar in militaire vluchtsimulators, maar ook computerspellen en opnamen van muziek zouden met 3D-geluid een stukje realistischer kunnen worden.  

(c) Bruno van Wayenburg