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Auditory perspective: perception, rendering, and applications
Full text linkNell'apprezzare gli ambienti acustici, la percezione della distanza e cruciale tanto
quanto la lateralizzazione. Ancorche sia stato condotto del lavoro di ricerca sulla
percezione della distanza, i moderni display uditivi non traggono ancora vantag-
gio da cio al ne di fornire dell'informazione addizionale sulla disposizione nello
spazio delle sorgenti acustiche in modo da arricchirsi, di conseguenza, di contenuto
e qualita. Quando si progetta un display uditivo si deve tener conto dell'obiettivo
dell'applicazione data e delle risorse disponibili al ne di scegliere l'approccio ot-
timale. In particolare, la resa della prospettiva acustica fornisce un ordinamento
gerarchico delle sorgenti sonore e permette di focalizzare l'attenzione dell'utente
sulla sorgente piu vicina. A parte cio, quando i dati visuali non sono piu disponibili
in quanto al di fuori del campo visivo o perche l'utente e al buio, ovvero perche e
bene non adoperarli per ridurre il carico sull'attenzione visiva, il rendering uditivo
deve convogliare tutta l'informazione spaziale inclusa la distanza. Questo lavoro di
ricerca intende studiare la profondita acustica (sorgenti sonore dislocate di fronte
all'ascoltatore) in termini di percezione, resa, e applicazioni all'interazione uomo-
macchina.
Dapprima si propone una rassegna degli aspetti piu importanti della percezione
uditiva della distanza. Le indagini sulla percezione della distanza sono molto piu
avanzate nel campo della visione, in quanto hanno gia trovato applicazioni nelle
tecnologie di visualizzazione. Da cio, sembrerebbe naturale fornire la stessa in-
formazione nel dominio uditivo per aumentare il grado di realismo del display
complessivo. La percezione della profondita di fatto puo essere facilitata combi-
nando indizi visuali e uditivi. Vengono riportati alcuni risultati di rilievo della
letteratura sugli eetti dell'interazione audio-visiva, e illustrati due esperimenti
sulla percezione della profondita audio-visiva. In particolare, e stata indagata
l'in
uenza degli indizi uditivi sull'ordinamento visuo-spaziale percepito. I risultati
mostrano che la manipolazione dell'intensita acustica non in
uisce sulla percezione
dell'ordinamento lungo l'asse della profondita, un'evidenza dovuta probabilmente
alla mancanza di integrazione multisensoriale. Inoltre, introducendo un ritardo
tra i due stimoli audiovisuali, il secondo esperimento ha rivelato un eetto legato
all'ordine temporale dei due stimoli visivi.
Tra le tecniche esistenti per la spazializzazione della sorgente acustica lungo la
dimenzione della profondita esiste uno studio che ha proposto un modello di tubo
virtuale, basato sull'esagerazione del riverbero all'interno di questo ambiente. La
tecnica di progetto segue un approccio a modelli sici e fa uso della Digital Waveg-
uide Mesh (DWM) rettangolare 3D, la quale ha gia evidenziato la sua capacita di
simulare ambienti acustici complessi in larga scala. La DMW 3D e troppo aamata
di risorse per la simulazione in tempo reale di ambienti 3D di dimensioni accetta-
bili. Ancorche una decimazione possa aiutare a ridurre il carico computazionale
sulla CPU, un'alternativa piu eciente e quella di adoperare un modello 2D che,
conseguentemente, simula una membrana. Sebbene suoni meno naturale delle sim-
ulazioni in 3D, lo spazio acustico bidimensionale risultante presenta proprieta simili
specialmente rispetto alla resa della profondita.
Questo lavoro di ricerca dimostra anche che l'acustica virtuale permette di plas-
mare la percezione della distanza e, in particolare, di compensare la nota com-
pressione delle stime soggettive di distanza. A tale scopo si e proposta una DWM
bidimensionale trapezoidale come ambiente virtuale capace di fornire una relazione
lineare tra distanza sica e percepita. Sono stati poi condotti tre test d'ascolto per
misurarne la linearita. Peraltro essi hanno dato vita a una nuova procedura di test
che deriva dal test MUSHRA, adatta a condurre un confronto diretto di distanze
multiple. Nello specico essa riduce la variabilita della risposta a confronto della
procedura di stima di grandezze dirette.
Le implementazioni in tempo reale della DWM 2D rettangolare sono state re-
alizzate in forma di oggetti \external" per Max/MSP. Il primo external per-
mette di rendere una o piu sorgenti acustiche statiche dislocate a diverse dis-
tanze dall'ascoltatore, mentre il secondo external simula una sorgente sonora in
movimento lungo la dimensione della profondita, una sorgente cioe in avvicina-
mento/allontanamento.
Come applicazione del primo external e stata proposta un'interfaccia audio-tattile.
L'interfaccia tattile comprende un sensore lineare di posizione fatto di materiale
conduttivo. La posizione del tocco sulla fascetta viene mappata sulla posizione
d'ascolto di una membrana virtuale rettangolare modellata dalla DWM 2D, la
quale fornisce indizi di profondita per quattro sorgenti egualmente spaziate. In ag-
giunta a cio si dopera la manopola di un controller MIDI per variare la posizione
della membrana lungo l'elenco dei suoni, permettendo cos di passare in rassegna
l'intero insieme di suoni muovendosi avanti e indietro lungo la nestra audio cos-
tituita dalla membrana virtuale. I soggetti coinvolti nella valutazione d'uso hanno
avuto successo nel trovare tutti i le audio deniti come target, cos come giudicato
l'interfaccia intuitiva e gradevole. Inoltre e stata realizzata un'altra dimostrazione
dell'interfaccia audio-tattile adoperando modelli sici per il suono. Suoni di es-
perienza quotidiana derivanti da eventi quali \friggere", \bussare", \sgocciolare"
sono stati adoperati in modo che sia la creazione del suono che la sua resa in profon-
dita fossero il risultato di una sintesi per modelli sici, ipotizzando che l'approccio
di tipo ecologico potesse fornire un'interazione di tipo intuitivo.
Inne, \DepThrow" e un gioco audio basato sull'utilizzo della DWM 2D per ren-
dere indizi di profondita di una sorgente acustica dinamica. Il gioco consiste nel
lanciare una palla virtuale, modellata da un modello sico di suoni di rotolamento,
all'interno di un tubo virtuale inclinato e aperto alle estremita, modellato da una
DWM 2D. L'obiettivo e fare rotolare la palla quanto piu in la nel tubo senza farla
cadere all'estremita lontana. Dimostrato come un gioco, questo prototipo e stato
pensato anche come strumento per condurre indagini sulla percezione della dis-
tanza dinamica. I risultati preliminari di un test d'ascolto condotto sulla percezione
della distanza variabile all'interno del tubo virtuale, hanno mostrato che la durata
del rotolamento della palla in
uenza la stima della distanza raggiunta.In our appreciation of auditory environments, distance perception is as crucial as
lateralization. Although research work has been carried out on distance percep-
tion, modern auditory displays do not yet take advantage of it to provide additional
information on the spatial layout of sound sources and as a consequence enrich
their content and quality. When designing a spatial auditory display, one must
take into account the goal of the given application and the resources available in
order to choose the optimal approach. In particular, rendering auditory perspec-
tive provides a hierarchical ordering of sound sources and allows to focus the user
attention on the closest sound source. Besides, when visual data are no longer
available, either because they are out of the visual eld or the user is in the dark,
or should be avoided to reduce the load of visual attention, auditory rendering
must convey all the spatial information, including distance. The present research
work aims at studying auditory depth (i.e. sound sources displayed straight ahead
of the listener) in terms of perception, rendering and applications in human com-
puter interaction.
First, an overview is given of the most important aspects of auditory distance
perception. Investigations on depth perception are much more advanced in vision
since they already found applications in computer graphics. Then it seems nat-
ural to give the same information in the auditory domain to increase the degree
of realism of the overall display. Depth perception may indeed be facilitated by
combining both visual and auditory cues. Relevant results from past literature on
audio-visual interaction eects are reported, and two experiments were carried out
on the perception of audio-visual depth. In particular, the in
uence of auditory
cues on the perceived visual layering in depth was investigated. Results show that
auditory intensity manipulation does not aect the perceived order in depth, which
is most probably due to the lack of multisensory integration. Besides, the second
experiment, which introduced a delay between the two auditory-visual stimuli, re-
vealed an eect of the temporal order of the two visual stimuli.
Among existing techniques for sound source spatialization along the depth di-
mension, a previous study proposed the modeling of a virtual pipe, based on
the exaggeration of reverberation in such an environment. The design strategy
follows a physics-based modeling approach and makes use of a 3D rectangular
Digital Waveguide Mesh (DWM), which had already shown its ability to simulate
complex, large-scale acoustical environments. The 3D DWM resulted to be too
resource consuming for real-time simulations of 3D environments of decent size.
While downsampling may help in reducing the CPU processing load, a more ef-
cient alternative is to use a model in 2D, consequently simulating a membrane.
Although sounding less natural than 3D simulations, the resulting bidimensional
audio space presents similar properties, especially for depth rendering.
The research work has also shown that virtual acoustics allows to shape depth
perception and in particular to compensate for the usual compression of distance
estimates. A trapezoidal bidimensional DWM is proposed as a virtual environment
able to provide a linear relationship between perceived and physical distance. Three
listening tests were conducted to assess the linearity. They also gave rise to a new
test procedure deriving from the MUSHRA test and which is suitable for direct
comparison of multiple distances. In particular, it reduces the response variability
in comparison with the direct magnitude estimation procedure.
Real-time implementations of the rectangular 2D DWM have been realized as
Max/MSP external objects. The rst external allows to render in depth one or
more static sound sources located at dierent distances from the listener, while
the second external simulates one moving sound source along the depth dimension,
i.e. an approaching/receding source.
As an application of the rst external, an audio-tactile interface for sound naviga-
tion has been proposed. The tactile interface includes a linear position sensor made
by conductive material. The touch position on the ribbon is mapped onto the lis-
tening position on a rectangular virtual membrane, modeled by the 2D DWM and
providing depth cues of four equally spaced sound sources. Furthermore the knob
of a MIDI controller controls the position of the mesh along the playlist, which
allows to browse a whole set of les by moving back and forth the audio window
resulting from the virtual membrane. Subjects involved in a user study succeeded
in nding all the target les, and found the interface intuitive and entertaining.
Furthermore, another demonstration of the audio-tactile interface was realized,
using physics-based models of sounds. Everyday sounds of \frying", \knocking"
and \liquid dripping" are used such that both sound creation and depth rendering
are physics-based. It is believed that this ecological approach provides an intuitive
interaction.
Finally, \DepThrow" is an audio game, based on the use of the 2D DWM to render
depth cues of a dynamic sound source. The game consists in throwing a virtual
ball (modeled by a physics-based model of rolling sound) inside a virtual tube
(modeled by a 2D DWM) which is open-ended and tilted. The goal is to make the
ball roll as far as possible in the tube without letting it fall out at the far end.
Demonstrated as a game, this prototype is also meant to be a tool for investi-
gations on the perception of dynamic distance. Preliminary results of a listening
test on the perception of distance motion in the virtual tube showed that duration
of the ball's movement in
uences the estimation of the distance reached by the
rolling ball
DepThrow: uno strumento di indagine sulla percezione uditiva della distanza in forma di gioco audio
No full textDepThrow è una applicazione software per Max/MSP che sfrutta la percezione uditiva della distanza, e fa uso di modelli fisici per la simulazione della dinamica, della sorgente sonora e dell'ambiente acustico.
L'applicazione è in forma di gioco audio: durante l'esperienza di gioco l'utente non dispone di alcuna rappresentazione visiva e deve fare esclusivo affidamento sull'informazione uditiva fornitagli.
L'azione di gioco consiste nel lanciare un oggetto sonoro in un tubo aperto alle estremità e inclinato, e l'obiettivo è quello di fare arrivare l'oggetto il più lontano possibile, evitando che fuoriesca dal tubo.
In altre parole, l'utente deve calibrare la velocit‡ iniziale applicata all'oggetto.
L'informazione sulla posizione corrente dell'oggetto all'interno del tubo viene fornita da un feedback audio continuo.
La prestazione del giocatore dipende fortemente dalla sua capacità di percepire la distanza, dinamicamente variabile, dell'oggetto nel tubo.
Per tale ragione l'applicazione rappresenta uno strumento per l'analisi della percezione e dell'usabilità dell'informazione uditiva di distanza nel contesto della Human-Computer Interaction (HCI).
L'algoritmo di spazializzazione qui descritto, cosÏ come i risultati della suddetta analisi, sono inoltre di potenziale interesse per l'esecuzione e la composizione di musica elettroacustica
DepThrow: a physics-based audio game
No full textWe present an interactive audio game designed around the auditory
perception of distance and the use of physics-based models
for simulations of the dynamics, the sound source, and the acoustical
environment. The game consists in throwing a virtual sounding
object inside a virtual open-ended tube which is inclined. The
task is to keep the object inside the tube, in other words the user
should adjust the initial velocity applied to the object such that the
latter does not fall out at the far end of the tube. The position of
the object inside the tube is provided by continuous audio feedback.
User performance is closely related to its ability to perceive
the dynamic distance of the object in the virtual tube. Therefore,
this game represents a potential tool for exploring the usability of
auditory distance information in interaction design
An Experimental Evaluation of the Influence of Auditory Cues on Perceived Visual Orders in Depth
No full textWe present an experiment investigating the influence of auditory cues on visual perceived orders in depth. Visual stimuli consisted in a layered 2D drawing of two squares respectively blue and red using semi-transparency. Auditory signals of the two words “red” and “blue” were presented simultaneously to the images. Subjects were required to determine which square appeared in front of the other in these cross-modal conditions. The coefficient of transparency as well as the audio level difference between the two speech signals “red” and “blue” were systematically varied. No significant influence of auditory cues on perceived order in depth was found, except when the visual information was totally ambiguous: in this case, the perceived order showed limited dependence on the acoustic information
An Audio-Haptic Interface Concept Based on Depth Information
No full textWe present an interaction tool based on rendering distance cues for ordering sound sources in depth. The user interface consists of a linear position tactile sensor made by conductive material. The touch position is mapped onto the listening position on a rectangular virtual membrane, modeled by a bidimensional Digital Waveguide Mesh and providing distance cues. Spatialization of sound sources in depth allows a hierarchical display of multiple audio streams, as in auditory menus. Besides, the similar geometries of the haptic interface and the virtual auditory environment allow a direct mapping between the touch position and the listening position, providing an intuitive and continuous interaction tool for auditory navigation
An audio-haptic interface based on auditory depth cues
No full textSpatialization of sound sources in depth allows a hierarchical display of multiple audio streams and therefore may be an efficient tool for developing novel auditory interfaces. In this paper we present an audio-haptic interface for audio browsing based on rendering distance cues for ordering sound sources in depth. The haptic interface includes a linear position tactile sensor made by conductive material. The touch position on the ribbon is mapped onto the listening position on a rectangular virtual membrane, modeled by a bidimensional Digital Waveguide Mesh and providing distance cues of four equally spaced sound sources. Furthermore a knob of a MIDI controller controls the position of the mesh along the playlist, which allows to browse the whole set of files. Subjects involved in a user study found the interface intuitive and entertaining. In particular the interaction with the stripe was highly appreciated
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Full text linkWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
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