Databáze akustických odezev

Databázi akustických signálů o velikosti zhruba 1,5 TB přivezli liberečtí doktorandi ze své stáže v Izraeli. Akustické signály tam v rámci programu Erasmus zkoumali na Bar Ilan University ve městě Ramat Gan. „Mají tam špičkově vybavenou laboratoř speciálně zaměřenou na akustiku,“ řekl docent Zbyněk Koldovský, proděkan pro vědu a výzkum a doktorské studium Fakulty mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Technické univerzity v Liberci.

Liberečtí studenti se zaměřili na měření konkrétního prostoru a vytvořili databázi akustických dat, pomocí níž lze prozkoumávat a testovat různé matematické modely akustického prostředí na základě měření. Podle Koldovského jim pomohlo špičkové vybavení izraelské laboratoře se speciálními sklapovacími stěnami, na kterých lze měnit i povrchový materiál. V takové laboratoři lze naladit charakter a délku dozvuku – jestli bude znít hodně tlumeně, nebo se rozezní jako v katedrále. „Měření jsme prováděli v různých podmínkách. Bylo důležité, aby všechna měření byla spolu dokonale srovnatelná, a k tomu studenti vytvořili zautomatizovaný mechanismus pro provedení přesných replik jednotlivých pokusů. Měření musela probíhat v noci, když byl v budově klid,“ říká docent Koldovský.
Studenti prováděli precizní měření v prostoru 46 × 36 × 32 cm. V místnosti, ve které je možné měnit akustiku, rozestavěli mikrofony do pevných pozic a s pomocí reproduktoru v určité pozici v měřeném prostoru nahráli impulzní odezvu, která určuje právě to, jak se signál šíří z jednoho bodu do druhého. Posouvali reproduktor po centimetrech. Mikrofony postupně rozmístili i do více pozorovacích pozic, což umožňuje sledovat rozdíly v barvě a prostorovosti signálů. Tak získali podrobnou informaci a vytvořili databázi těchto impulzních odezev.
Zmapovat šíření zvuku v prostoru je podle Koldovského náročné v tom, že prostor běžný je velmi složitý a zvuk, který se v něm jako vlnění šíří, se odrazí od každé překážky, přičemž odraz ovlivňuje i struktura materiálu. „Prostorový zvuk je daný akustikou, jeho šíření má určité zákonitosti, a lze ho proto modelovat matematicky. A my na takovém matematickém modelu pro šíření zvuku pracujeme. Ono to teoreticky existuje – šíření zvuku je popsané fyzikálními vlnovými rovnicemi. Jenomže takto charakterizovat akustiku v reálné místnosti je velmi složité, protože by se musely podrobně popsat všechny okrajové podmínky – každý objekt, materiál i tvar. To je prakticky neřešitelné, a proto hledáme jinou cestu. Ke studiu modelů vyžijeme právě tuto databázi impulzních odezev.“

SMYSL VÝZKUMU

Zpracování akustických signálů je podle docenta Koldovského oblastí, která se stále posunuje dopředu. V rámci výzkumu řeší řada vědeckých týmů složité praktické úlohy a snaží se jejich řešení stále zlepšovat. Například už lze získat čistý projev mluvčího – tedy signál, který je pro nás užitečný – i v hlučném prostředí. Pokrok je vidět i při telefonické komunikaci. „Lepších možností při zpracování akustických signálů lze například dosáhnout, když se použije více senzorů a mikrofonů. Praktické a veřejnosti známé výsledky vykazuje třeba tým profesora Nouzy při počítačovém zpracování řeči. Vidět jsou i v takzvaných inteligentních domácnostech, kde přístroje reagují na hlasové povely,“ přibližuje smysl výzkumu docent Koldovský.
Databáze vytvořená česko-izraelským týmem je zveřejněna na veřejném portálu https://asap.ite.tul.cz/downloads/ mirage/, aby si ji odborná veřejnost, která se touto oblastí zabývá, mohla nahrát. A liberečtí vědci k tomu vytvořili i potřebné softwarové nástroje, aby bylo možné data importovat. Pomocí této databáze je podle Koldovského možné nasimulovat různé pozice zdroje i mikrofonů, a tak nasimulovat stále nové situace a úhly pro měření zvuku. Je možné do prostoru namíchat i směs různých zvuků – řeč několika lidí, šum z klimatizace, pohyb mluvčího v prostoru apod. „Vytvoříme tak sobě i jiným kolegům podmínky pro další studium a ladění matematických modelů, pro hledání a nalézání zákonitostí, které by ty matematické modely měly popisovat. Není to jednoduché, protože existuje velmi mnoho detailů, které všechno ovlivňují. Jednoduchý matematický model se těžko hledá, ale pokud se najde, funguje velice dobře,“ konstatuje Koldovský.
Základní výzkum se vždy nezabývá přímou aplikací výsledků. Docent Zbyněk Koldovský uznává, že nezasvěcenému to může připadat jako hra: „My se v některých tématech orientujeme na zpracování akustických signálů na teoretické úrovni a snažíme se přijít určitému problému úplně až na kloub. Smyslem je pochopení podstaty, ne vytvořit výrobek, který jde záhy do výroby, A pokud se to podaří, může být nový poznatek zdrojem tisíců inovací, nových metod a výrobků.“
Základní výzkum nepřináší okamžité hmatatelné výsledky. Není ale na místě ho podceňovat, protože od něj se vyvíjí pokrok v řadě oblastí. Co se týče zpracování akustických signálů, přinesl tento obor obrovský pokrok například v oblasti umělé inteligence, telekomunikací, medicíně, ale také třeba v astronomii.

Autor: Jaroslava Kočárková
Zdroj: Technický Týdeník, duben 2020