Ультразвук - Sonification

Видео с данными о загрязнении воздуха в Пекине транслируется в виде музыкального произведения

Сонификация - это использование неречевого звука для передачи информации или восприятия данных. Слуховое восприятие имеет преимущества во временном, пространственном, амплитудном и частотном разрешении, что открывает возможности в качестве альтернативы или дополнения к методам визуализации .

Например, частота щелчков счетчика Гейгера передает уровень радиации в непосредственной близости от устройства.

Хотя многие эксперименты с ультразвуковой обработкой данных были исследованы на таких форумах, как Международное сообщество по слуховым дисплеям (ICAD), ультразвуковая обработка данных сталкивается со многими проблемами при широком использовании для представления и анализа данных. Например, исследования показывают, что сложно, но необходимо обеспечить адекватный контекст для интерпретации данных ультразвуком. Многие попытки ультразвуковой обработки кодируются с нуля из-за отсутствия гибкого инструмента для исследования ультразвуковой обработки и анализа данных.

История

Счетчик Гейгера , изобретенный в 1908 году, является одним из самых ранних и наиболее успешных применений озвучивания. Счетчик Гейгера имеет трубку с газом низкого давления; каждая обнаруженная частица генерирует импульс тока, когда ионизирует газ, производя звуковой щелчок. Первоначальная версия могла обнаруживать только альфа-частицы. В 1928 году Гейгер и Вальтер Мюллер (аспирант Гейгера) улучшили счетчик, чтобы он мог обнаруживать больше типов ионизирующего излучения.

В 1913 году доктор Эдмунд Фурнье д'Альбе из Университета Бирмингема изобрел оптофон , который использовал селеновые фотодатчики для обнаружения черного отпечатка и преобразования его в звуковой сигнал. Слепой читатель мог поднести книгу к устройству и поднести устройство к той области, которую он хотел прочитать. Оптофон сыграл набор нот: gc 'd' e 'g' b 'c e . Каждая нота соответствовала положению в области чтения оптофона, и эта нота заглушалась, если обнаруживались черные чернила. Таким образом, отсутствующие примечания указывали места, где черные чернила находились на странице, и их можно было использовать для чтения.

Поллак и Фикс опубликовали первые перцептивные эксперименты по передаче информации через слуховой дисплей в 1954 году. Они экспериментировали с объединением звуковых параметров, таких как время, частота, громкость, продолжительность и пространственное расположение, и обнаружили, что они могут заставить испытуемых регистрировать изменения во многих измерениях. однажды. Эти эксперименты не вдавались в подробности, поскольку каждое измерение имело только два возможных значения.

Джон М. Чемберс , Макс Мэтьюз и Ф. Р. Мур из Bell Laboratories проделали самую раннюю работу по построению слуховых графиков в своем техническом меморандуме «Проверка слуховых данных» в 1974 году. Они дополнили диаграмму рассеяния, используя звуки, изменяющиеся по частоте, спектральному содержанию и амплитудной модуляции. размеры для использования в классификации. Они не проводили формальной оценки эффективности этих экспериментов.

В 1976 году философ технологий Дон Айде писал: «Так же, как наука, кажется, создает бесконечный набор визуальных образов практически для всех своих явлений, - атомы и галактики знакомы нам по журнальным книжкам и научным журналам; так что» музыка »тоже может быть произведена из тех же данных, что и визуализации». Это, по-видимому, одно из самых ранних упоминаний об ультразвуковой обработке как творческой практике.

В 80-е годы широкое распространение получили пульсоксиметры . Пульсоксиметры могут определять концентрацию кислорода в крови ультразвуком, излучая более высокие частоты для более высоких концентраций. Однако на практике эта особенность пульсоксиметров не может широко использоваться медицинскими работниками из-за риска слишком большого количества звуковых стимулов в медицинских учреждениях.

В 1992 году Грегори Крамер основал Международное сообщество слуховых дисплеев (ICAD) в качестве форума для исследований в области слуховых дисплеев, включая ультразвуковую обработку данных. С тех пор ICAD стал домом для исследователей из многих различных дисциплин, заинтересованных в использовании звука для передачи информации посредством конференций и рецензируемых трудов.

Некоторые существующие приложения и проекты

  • Слуховой высотомер , также используется в парашютном спорте
  • Слуховой термометр
  • Часы, например, со звуковым тиканием каждую секунду и со специальными перезвонами каждые 15 минут.
  • Бортовые слуховые дисплеи
  • счетчик Гейгера
  • Гравитационные волны в LIGO
  • Интерактивная сонификация
  • Медицинские и хирургические слуховые дисплеи
  • Мультимодальные (комбинированные) дисплеи для минимизации зрительной перегрузки и утомления
  • Навигация
  • Космическая физика
  • Пульсоксиметрия в операционных и интенсивной терапии
  • Сигнализация скорости в автотранспортных средствах
  • Сонар
  • Ультразвук шторма и погоды
  • Обнаружение вулканической активности
  • Кластерный анализ данных большой размерности с использованием ультразвуковой обработки траектории частиц
  • Объем и стоимость промышленного индекса Доу-Джонса
  • Ультразвуковая обработка изображений для слабовидящих
  • CURAT Sonification Game, основанная на психоакустической сонификации
  • Тилтификация на основе психоакустической сонификации

Техники ультразвуковой обработки

Можно изменить множество различных компонентов, чтобы изменить восприятие звука пользователем и, в свою очередь, восприятие им отображаемой информации. Часто увеличение или уменьшение некоторого уровня в этой информации обозначается увеличением или уменьшением высоты звука , амплитуды или темпа , но также может указываться путем изменения других, менее часто используемых компонентов. Например, цена на фондовом рынке может быть изображена как растущая цена при повышении цены акций и понижающаяся при ее падении. Чтобы пользователь мог определить, что изображается более одного инвентаря, разные тембры или яркость могут быть использованы для разных материалов, или они могут воспроизводиться пользователю из разных точек пространства, например, через разные стороны наушников. .

Было проведено множество исследований, чтобы попытаться найти наилучшие методы для представления различных типов информации, но до сих пор не было сформулировано окончательного набора методов, которые можно было бы использовать. Поскольку область обработки ультразвуком все еще находится в зачаточном состоянии, текущие исследования направлены на определение наилучшего набора звуковых компонентов, которые будут варьироваться в разных ситуациях.

Можно разделить на несколько различных методов звуковой визуализации данных:

  • Акустическая обработка ультразвуком
  • Аудификация
  • Ультразвук на основе модели
  • Отображение параметров
  • Ультразвук на основе потоков

Альтернативным подходом к традиционной обработке ультразвуком является «обработка ультразвуком путем замены», например, импульсная мелодическая аффективная обработка (PMAP). В PMAP вычислительным протоколом вместо обработки потока данных являются сами музыкальные данные, например MIDI. Поток данных представляет немузыкальное состояние: в PMAP аффективное состояние. Затем вычисления могут быть выполнены непосредственно на музыкальных данных, и результаты можно будет прослушать с минимальным переводом.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки