Stereo ses sistemlerinde dinleyici konumu kaynaklı bozulmaların analizi ve iyileştirilmesi
Analysis and improvement of distortions due to listener position in stereo sound systems
- Tez No: 954412
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDURRAHMAN TARİKCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Müzik, Music
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: ANKARA MÜZİK VE GÜZEL SANATLAR ÜNİVERSİTESİ
- Enstitü: Müzik ve Güzel Sanatlar Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Müzikoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Müzik Bilimleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 363
Özet
Stereo teknolojisinin temel amacı dinleyiciye iki boyutlu bir ses alanı sunarak, bu iki boyutlu alanda sesin uzamsal özelliklerinin algılanmasını sağlamaktır. Ancak hoparlör kullanılan stereo ses sistemlerinde, ses kaynaklarının konum bilgisinin ideal bir şekilde aktarılabilmesi için dinleyicinin sweet spot olarak adlandırılan dinleme konumunda bulunması gerekmektedir. Sweet spot, mesafe ve açısal anlamda hoparlörlerin ve dinleyicinin bir eşkenar üçgenin köşeleri gibi düşünülerek konumlandırıldığı bir sistemde, dinleyiciye ses konum bilgilerinin en doğru şekilde aktarılabildiği oldukça dar bir alan olarak açıklanmaktadır. Stereo bir ses sisteminde sweet spot haricindeki pozisyonlarda, ses kaynaklarının frekans, genlik ve faz gibi temel özelliklerinde sapmalar meydana gelmektedir. Bu sapmalar, dinleme yapılan odanın etkisi göz ardı edildiğinde ses dalgalarının iki kulağa farklı zamanlarda, farklı genliklerde ve farklı frekans içerikleriyle ulaşmasından kaynaklanmaktadır. Dinleyici konumunun değişmesiyle birlikte stereo görüntüde meydana gelen bozulmalar, hem ses kaynağının doğru algılanmasını zorlaştırmakta hem de stereofonik deneyimi olumsuz etkilemektedir. Bu bağlamda, stereo sistemlerde dinleyici konumuna bağlı olarak ortaya çıkan bozulmaları analiz etmek ve iyileştirmek önemli bir araştırma alanıdır. Bu tez çalışması, stereo ses sistemlerinde dinleyici konumuna bağlı olarak ortaya çıkan bozulmalarının analiz edilerek iyileştirilmesine yönelik çözümler geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu doğrultuda, çalışmada kullanılmak üzere binaural mikrofon üretilmiş, kalibre edilmiş ve tam yansımasız odada, yatay eksende 5'er cm'lik konum aralıkları ve azimuth açısında 15'er derecelik basamaklarla belirlenen, sweet spot dahil toplam 169 farklı pozisyonda, logaritmik sinüs süpürme sinyali kullanılarak dürtü tepkileri (impulse response) kaydedilmiştir. Ardından geliştirilen özgün bilgisayar programı yardımıyla sweet spot verisi ile bozuk konumların verileri dekonvolve edilerek her olası konum ve açı için düzeltme katsayıları elde edilmiştir. Düzeltme katsayıları ilgili konum ve açıların verileri ile toplanmış, bu sayede iyileştirilmiş dürtü tepkileri elde edilmiştir. İyileştirilen dürtü tepkileri orijinal sinüs süpürme sinyali ile konvolüsyon işlemine tabi tutularak ilgili konum ve açıdaki iyileştirilmiş frekans tepkilerine ulaşılmıştır. Son olarak bu sinyaller ilgili konum ve açılarda tekrar kayıt altına alınmıştır. Bu sayede iyileştirilmiş sinyallerin tamamı sweet spot verisi ile kıyaslanarak önerilen sistemin verimliliği test edilebilmiştir. Elde edilen bulgular, stereo sistemlerde dinleyici pozisyonuna bağlı olarak oluşan zaman ve frekans düzlemindeki bozulmaların matematiksel olarak modellenebileceğini ve impulse response tabanlı düzeltme algoritmaları ile giderilebileceğini göstermektedir. ITD'nin (kulaklar arası zaman farkı) etkili olduğu alt frekans bantlarındaki bozulmaların iki mikrofonun ayrı ayrı analiz edilmesi sonucu oluşturulan algoritma ile, IID'nin (kulaklar arası şiddet farkı) etkili olduğu üst frekans bantlarındaki bozulmaların ise iki kulağın ortalamasının analiz edilmesi sonucu oluşturulan algoritma ile %80'e kadar ulaşan hata azaltma oranlarında iyileştirilebileceği görülmüştür. Ayrıca çalışma kapsamında mesafe ve açı hesaplayan renk sensörleri ile paralel bir şekilde çalışarak hoparlörlerden çıkan ses sinyallerini dinleyici konumuna ve baş açısına göre düzelten özgün bir dijital sinyal işleyici (DSP) yazılımı da geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
The primary aim of stereo technology is to provide listeners with a two-dimensional auditory field in which the spatial characteristics of sound sources can be perceived. In stereo sound systems that utilise loudspeakers, accurate localisation of sound sources depends on the listener being positioned at what is commonly referred to as the sweet spot, which is regarded as the optimal listening position. The sweet spot is a relatively narrow region in which the listener receives the most precise spatial cues, typically defined by an equilateral triangle configuration between the listener and the two loudspeakers, both in terms of distance and angle. When the listener moves away from this optimal position, distortions occur in essential auditory attributes such as frequency, amplitude, and phase. Assuming the effects of room acoustics are negligible, these distortions arise from sound waves reaching the ears at different times, with varying amplitudes and frequency content. Such deviations in listener position lead to perceptual inaccuracies in the stereo image, making the localisation of sound sources more difficult and diminishing the overall quality of the stereophonic experience. Consequently, analysing and mitigating these spatial distortions has become a crucial topic of research in stereo audio reproduction. This dissertation aims to analyse listener position-induced distortions in stereo sound systems and propose corrective solutions to improve spatial accuracy. For this purpose, a custom-designed binaural microphone was constructed, calibrated, and employed in a full anechoic chamber to capture impulse responses across 169 distinct positions and head azimuth angles, including the sweet spot. These positions were systematically defined using 5 cm horizontal intervals and 15 degree azimuth steps. A logarithmic sine sweep signal was used for all measurements. Using a custom-developed software tool, the impulse responses obtained from off-axis locations were deconvolved with the reference data from the sweet spot, generating correction coefficients for each spatial position and head angle. These coefficients were then applied to the respective impulse responses, yielding corrected responses. The corrected responses were subsequently convolved with the original sine sweep signal to produce improved frequency responses, which were re-recorded at the same positions and angles. This procedure enabled a comparative evaluation of the corrected and uncorrected signals relative to the sweet spot data. The results demonstrate that position dependent distortions in both time and frequency domains can be mathematically modelled and significantly reduced through impulse response based correction algorithms. It was observed that in low-frequency bands, where interaural time difference (ITD) is the dominant localisation cue, higher correction accuracy was achieved by analysing the signals from each ear separately. Conversely, in high-frequency bands where interaural level difference (IID) prevails, analysing the average of both ears yielded better results. The proposed methods achieved error reduction rates of up to 80% in relevant frequency bands. Additionally, a custom digital signal processing (DSP) software was developed as part of this study, operating in parallel with color sensors that calculate distance and head orientation. This system dynamically adjusts the audio signals emitted from the loudspeakers in accordance with the listener's position and head azimuth. This software offers a functional solution for real-time correction based on listener position and orientation, enhancing spatial accuracy in stereo systems.
Benzer Tezler
- Localisation in 3-dimensional music production: Pannerbank application as a solution for positioning of multiple sources and extended panning aesthetics
3 boyutlu müzik prodüksiyonunda lokalizasyon: Çoklu kaynakların pozisyonlanması ve ileri panlama estetiği için çözüm olarak Pannerbank uygulaması
OĞUZ ÖZ
- Seste boyutsallık ve boyutsal ses sistemlerinde dolby atmos teknolojisi
Spatial sound and dolby atmos technology in spatial sound systems
CENK AKBULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
MüzikDokuz Eylül ÜniversitesiMüzik Teknolojisi Bilim Dalı
PROF. DR. CİHAN IŞIKHAN
- Bağlama mikrofonlama teknikleri ve kompressör kullanımının müzik teknolojileri eğitimine katkıları
Baglama miking techniques and use of compressor contribute to music technology education
HASAN DELEN
Doktora
Türkçe
2017
MüzikNecmettin Erbakan ÜniversitesiGüzel Sanatlar Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN SERDAR ÇAKIRER
- Spatial audio localization as a gameplay element: Design, development, and evaluation of an audio-based virtual reality game
Oyun ögesi olarak uzamsal ses lokalizasyonu: Sese dayalı bir sanal gerçeklik oyununun tasarımı, geliştirilmesi ve analizi
ECE NAZ SEFERCİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiOyun ve Etkileşim Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE KÖSE
- Görme engellilerin navigasyon sistemlerini desteklemek için nesne haritası oluşturmada yeni bir yaklaşım
New method for object mapping to support navigation systems for visually impaired people
YILDIRAY YILMAZ
Doktora
Türkçe
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolMaltepe ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDAL GÜVENOĞLU