Mendel Kleiner, Teknisk akustik

God livskvalité inkluderar inte bara avsaknaden av störande buller utan också möjligheter till mänsklig kommunikation genom t ex tal och musik. Teknisk akustik inkluderar skilda ämnen som t ex bullerbekämpning och kommunikationsakustik som är mitt specialområde.

Kommunikationsakustik är ett begrepp som används för att beskriva de områden inom akustiken, läran om ljud, som handlar om kommunikation människa-människa och människa-maskin. Några viktiga områden inom vår forskning i kommunikationsakustik utgörs av rumsakustik, elektroakustik och psykoakustik.

Rumsakustiken behandlar utbredningen av ljud i begränsade utrymmen. De flesta människor associerar rumsakustik med arbetet att optimera ljudet för tal och musik i lokaler som konserthus, operahus och hörsalar. Denna optimering kompliceras av att de flesta problem inom rumsakustiken inte lämpar sig för en exakt matematisk behandling. Vidare sker ju den slutliga bedömningen av en lokals lämplighet för tal och musik av lyssnarna och deras hörsel. Det innebär att det är svårt att åstadkomma objektiva mått för vad som karakteriserar god rumsakustik. Som konsekvens härav följer behovet att utveckla förbättrade metoder för rumsakustisk planering och projektering som medger en subjektiv bedömning av den akustiska kvalitén innan lokalen är byggd. Å andra sidan innefattar lyssnandet individuella och kulturella preferensaspekter vilket minskar behovet av exakta lösningar och eliminerar existensen av en enda "perfekt" lösning. Det är viktigt att utveckla förbättrade metoder att genom mätning eller beräkning kunna bestämma ett rums akustiska kvalité. Detta arbete fortsätter att vara en del av vår rumsakustiska forskning. Utvecklingen av sådana metoder kommer emellertid att behöva fortsatta forskningsinsatser för att bättre kunna förstå hur hörseln analyserar tal och musik.

Man har gjort stora framsteg inom rumsakustiken under senare år. Exempel på sådana framsteg är datormodelleringsmetoder som medger en subjektiv utvärdering av en omgivnings akustiska egenskaper redan innan den är byggd. Detta har möjliggjorts genom en lyckad kombination av snabbare datorer, nya algoritmer för beräkningen av ljudutbredning i rum och ny kunskap inom psykoakustiken. Rumsakustisk prediktering som medger lyssning till den virtuella lokalen kallas "auralisering". Jag införde termen som begrepp för att beskriva processen att göra de akustiska egenskaperna hörbara hos ett rum som ännu inte existerar fysiskt. Ordet är för akustikern analogt med begreppet visualisering som används av arkitekter för att åskådliggöra den tänkta byggnaden. Chalmersinstitutionen för teknisk akustik är sedan ett decennium ledande inom detta forskningsfält. Auralisering kan betraktas som audiodelen av "virtual reality" och som en vidareutveckling av tidigare modelleringsmetoder baserade på fysikalisk modellering eller numerisk beräkning av rumsakustik. De tekniker som utvecklats inom auraliseringen utnyttjas nu alltmer inom t ex telekonferenser, filmljud, musiklyssning i hem och bil samt datorspel. Man kan se två utvecklingstendenser inom vår auraliseringsforskning, strävan efter bättre noggrannhet respektive ökad snabbhet.

Auralisering av en källa/rum/lyssnare-trippel tar idag rätt lång tid även när det gäller en statisk situation. I många tillämpningar som t ex telekonferenser, spel och virtuell verklighet behövs dynamisk reltidsåtergivning, dvs auraliseringen måste kontinuerligt uppdateras för att ta hänsyn till förändringar som t ex att källan eller lyssnaren flyttar sig i det virtuella rummet. På grund av långt driven förenkling är dagens auralisering i sådana tillämpningar utomordentligt bristfällig även när bilder finns tillgängliga för att höja den subjektivt upplevda kvalitén. Även om den tekniska utrustningen, t ex datorer, kan förväntas bli avsevärt mycket snabbare behövs ändå fortsatt forskning vad avser metoder att snabba upp auraliseringen genom att utnyttja hörselns begränsningar för att minska datorbelastningen. För att kunna klara av förändringar i scener och situationer blir det nödvändigt för oss att utveckla adaptiva metoder. På senare år har vi arbetat mycket med att förbättra noggrannheten i auralisering, speciellt vad gäller modellering av diffraktion och ljudspridning från ojämna ytor. Vi har i vår forskning visat att det har stor betydelse för det hörbara resultatet att inkludera sådan modellering. Fortsatt utveckling av modeller för auralisering av ytojämnheter kommer att vara i centrum i vår kommande rumsakustiska forskning.

Elektroakustiken behandlar omvandlingen av ljud och vibrationer till och från elektriska signaler. Telefoni, radio och television utnyttjar elektroakustiska omvandlare som mikrofoner och högtalare. Konstruktion och användning av ultraljudsomvandlare är också en del av elektroakustiken. Konstruktionen av både mikrofoner och högtalare är fortfarande i viss utsträckning en konst eftersom den fordrar en fin balans mellan de många faktorer som bestämmer den elektroakustiska omvandlingskvalitén. Det är åter så att vår begränsade kunskap om hörselns egenskaper hindrar oss från att ställa upp preciserade designkriterier. I framtiden kommer elektroakustiska omvandlare att vara intimt integrerade med elektronik och digital signalbehandling för att förbättra deras egenskaper. Det kommer att bli vanligt att använda sig av digital signalbehandling för förbättring av frekvensrespons och minimering av icke-linjär förvrängning eftersom elektroakustiska omvandlare i grunden är mekaniska anordningar och därför sannolikt fortsatt dyra att tillverka medan kostnaden för elektronik och digital signalbehandling kommer att fortsätta att sjunka. Behovet av stora högtalarmatriser för att möjliggöra väl lokaliserad ljudavkänning och ljudåtergivning i stora rum kommer också att ställa krav på digital signalbehandling och adaptiva system. Vår forskning handlar här om att studera stora elektroakustiska system som tar hjälp av digital signalbehandling för att variera de rumsakustiska förhållandena i lokaler för sång och musik.

Psykoakustiken behandlar förståelsen av hur människans hörsel bearbetar infomationen i det ljud vi hör. Dess resultat har gett oss underlag för nya metoder att överföra ljudsignaler via mobiltelefoner, internet och andra moderna medier. Alla dessa utnyttjar någon form av kodning av informationen med utnyttjande av kunskap om hur hörseln silar bort överflödig information.

Vi vet att människans upplevelse av ljud som vi uppfattar som bullrande inte bara är knuten till ljudstyrkan. Ljud bär med sig information om t ex en maskins funktion och de påverkar också våra känslor. Ett område inom vår psykoakustiska forskning som kallas ljudkvalité behandlar hur man kan förbättra hörupplevelsen av ljud från teknisk utrustning. I många tekniska tillämpningar är det inte möjligt att reducera ljudstyrkan nämnvärt men däremot möjligt att förändra ljudets struktur så att det blir mer tillfredsställande att lyssna till. I vår forskning om ljudkvalité hos buller i och från transportmedel studerar vi subjektiva aspekter av trafikbullret i vårt samhälle. Här handlar det om att finna de parametrar hos trafikbullret som gör ljudet mindre störande. I vår forskning om orgelakustik och konstruktionen av orgeln och dess pipor möter vi likartade frågeställningar. Hur relaterar sig vår upplevelse av ljuden till ljudens mätbara egenskaper och till den tekniska konstruktionens och kyrkorummets egenskaper?

Kommunikationsakustik är ett viktigt interdisciplinärt forskningsområde. Dess resultat är viktiga i många praktiska situationer och tillämpningar. Vår fortsatta forskning inom kommunikationsakustik kommer att leda till hörbara förbättringar för människor både i arbetslivet och på fritiden. Den kommer att förbättra våra möjligheter både att kommunicera med varandra och med de tekniska föremål som kommer att bli allt fler. Rumsakustik, elektroakustik och psykoakustik utgör de fundament på vilka kommunikationsakustiken vilar.

(Texten publicerades 1999 i skriften Ny kunskap.)