Individual headphones compensation techniques for binaural reproduction

The binaural technique is one of the most used 3D audio methods both for sound recording and synthesis, due to the simplicity and e ectiveness of its setup. Its natural reproduction setup is through headphones, which can reach a more natural perceptual sensation of auditory scene if compensated of their transfer function. However one major issue of this approach is that headphones compensation results can strongly vary depending on the subject who listens to binaural recordings. This limit a ects a true response along human frequency range in binaural reproduction and limits e ectiveness of psychoacoustical experiments and audiometric tests done through headphones. The research problem can be formulated as a lter design problem, whose investigations have given rise to a series of compensation approaches, perceptually validated for a limited number of subjects. The aim of this work is to build a general framework for both the evaluation and compensation of individual headphones responses. Compensation algorithms are associated to the analysis of a meaningful set of individual HpIRs, with a both statistical and signal processing approach. Moreover the HpIRs features are compared and related to the features of pinna of subject's ears. The Pinna Related Transfer Functions calculated from the individual recordings are considered as the basis of an individual equalization proposal, which is the nal objective of this thesis work. During the thesis work a great extent has been put on the recording setup and its evaluation. As a starting point, headphones transfer functions of dummy head Kemar GRAS are measured. Then individual recording are performed on thirty subjects, both with blocked and open ear canal. Repositioning of headphones and microphones has been taken into account during the recordings. Finally, all the results have been collected and organized into an HpIRs database of the SMC repository, building an interesting proposal for the standardization of these data.

L'audio binaurale rappresenta una delle tecniche pi u usate nell'ambito della riproduzione dell'audio 3D, usata sia come metodologia di registrazione che di sintesi. Ci o che risalta rispetto ad altre tecniche e la sua semplicit a ed e cacia nel modo in cui tenta di ricreare il pi u fedelmente possibile la scena sonora originale della registrazione. Il suo mezzo di riproduzione pi u naturale e tramite cu e, la cui funzione di trasferimento pu o essere compensata per aumentare ulteriormente il realismo nella riproduzione e attenuare l'e etto di internalizzazione del suono. Purtroppo per o l'operazione di equalizzazione delle cu e si scontra spesso con dei limiti dati dalla natura prettamente individuale (del soggetto che indossa le cu e per ascoltare) della funzione di trasferimento coinvolta nella trasmissione del suono dalla cu a all'orecchio. Questo problema limita considerevolmente l'e cacia di un tipo di equalizzazione generica per le cu e, unitamente al fatto che ogni modello di cu a disponibile in commercio presenter a delle risposte in frequenza diverse per sua stessa natura e scelta di design. Per questo motivo sono stati studiati negli ultimi tre decenni diversi approcci di compensazione delle cu e fondati su presupposti di sica acustica (vedi di use eld o free eld equalization) o basati su test psicoacustici dagli esiti positivi limitatamente al campione scelto per la valutazione. In questo lavoro di tesi viene ripercorsa questa strada di ricerca, partendo da equalizzazioni calculate sulla base delle misurazioni delle risposte all'impulso delle cu e misurate su manichini kemar ed arrivando no alla misurazione di risposte individuali ed al conseguente calcolo di compensazioni individuali, passando per vari livelli di mediazione e generalizzazione. Viene quindi sviluppato un framework in matlab per il calcolo delle compensazione. Gli algoritmi di compensazione utilizzati si basano su un insieme di misurazioni di risposte all'impulso delle cu e e sulla loro analisi, sia statistica che in termini di elaborazione del segnale. Per la misurazione delle risposte su dummy head viene usata una catena di registrazione binaurale con manichino GRAS kemar, mentre per le misurazioni individuali viene studiato e valutato un setup di registrazione presentato anch'esso in questa tesi. Le misurazioni individuali vengono effettuate registrando all'entrata del canale uditivo, sia chiuso che aperto, in totale vengono raccolti dati su trenta soggetti per tre modelli di cu e diversi, tenendo conto del riposizionamento delle cu e e dei microfoni. In ne i risultati vengono raccolti e organizzati in un database di HpIR all'interno del repository del Sound and Music Computing Group di Padova, costituendo un'interessante proposta per la standardizzazione di questi dati.