Stereo ses sistemlerinde dinleyici konumu kaynaklı bozulmaların analizi ve iyileştirilmesi

Stereo teknolojisinin temel amacı dinleyiciye iki boyutlu bir ses alanı sunarak, bu iki boyutlu alanda sesin uzamsal özelliklerinin algılanmasını sağlamaktır. Ancak hoparlör kullanılan stereo ses sistemlerinde, ses kaynaklarının konum bilgisinin ideal bir şekilde aktarılabilmesi için dinleyicinin sweet spot olarak adlandırılan dinleme konumunda bulunması gerekmektedir. Sweet spot, mesafe ve açısal anlamda hoparlörlerin ve dinleyicinin bir eşkenar üçgenin köşeleri gibi düşünülerek konumlandırıldığı bir sistemde, dinleyiciye ses konum bilgilerinin en doğru şekilde aktarılabildiği oldukça dar bir alan olarak açıklanmaktadır. Stereo bir ses sisteminde sweet spot haricindeki pozisyonlarda, ses kaynaklarının frekans, genlik ve faz gibi temel özelliklerinde sapmalar meydana gelmektedir. Bu sapmalar, dinleme yapılan odanın etkisi göz ardı edildiğinde ses dalgalarının iki kulağa farklı zamanlarda, farklı genliklerde ve farklı frekans içerikleriyle ulaşmasından kaynaklanmaktadır. Dinleyici konumunun değişmesiyle birlikte stereo görüntüde meydana gelen bozulmalar, hem ses kaynağının doğru algılanmasını zorlaştırmakta hem de stereofonik deneyimi olumsuz etkilemektedir. Bu bağlamda, stereo sistemlerde dinleyici konumuna bağlı olarak ortaya çıkan bozulmaları analiz etmek ve iyileştirmek önemli bir araştırma alanıdır. Bu tez çalışması, stereo ses sistemlerinde dinleyici konumuna bağlı olarak ortaya çıkan bozulmalarının analiz edilerek iyileştirilmesine yönelik çözümler geliştirmeyi amaçlamaktadır. Bu doğrultuda, çalışmada kullanılmak üzere binaural mikrofon üretilmiş, kalibre edilmiş ve tam yansımasız odada, yatay eksende 5'er cm'lik konum aralıkları ve azimuth açısında 15'er derecelik basamaklarla belirlenen, sweet spot dahil toplam 169 farklı pozisyonda, logaritmik sinüs süpürme sinyali kullanılarak dürtü tepkileri (impulse response) kaydedilmiştir. Ardından geliştirilen özgün bilgisayar programı yardımıyla sweet spot verisi ile bozuk konumların verileri dekonvolve edilerek her olası konum ve açı için düzeltme katsayıları elde edilmiştir. Düzeltme katsayıları ilgili konum ve açıların verileri ile toplanmış, bu sayede iyileştirilmiş dürtü tepkileri elde edilmiştir. İyileştirilen dürtü tepkileri orijinal sinüs süpürme sinyali ile konvolüsyon işlemine tabi tutularak ilgili konum ve açıdaki iyileştirilmiş frekans tepkilerine ulaşılmıştır. Son olarak bu sinyaller ilgili konum ve açılarda tekrar kayıt altına alınmıştır. Bu sayede iyileştirilmiş sinyallerin tamamı sweet spot verisi ile kıyaslanarak önerilen sistemin verimliliği test edilebilmiştir. Elde edilen bulgular, stereo sistemlerde dinleyici pozisyonuna bağlı olarak oluşan zaman ve frekans düzlemindeki bozulmaların matematiksel olarak modellenebileceğini ve impulse response tabanlı düzeltme algoritmaları ile giderilebileceğini göstermektedir. ITD'nin (kulaklar arası zaman farkı) etkili olduğu alt frekans bantlarındaki bozulmaların iki mikrofonun ayrı ayrı analiz edilmesi sonucu oluşturulan algoritma ile, IID'nin (kulaklar arası şiddet farkı) etkili olduğu üst frekans bantlarındaki bozulmaların ise iki kulağın ortalamasının analiz edilmesi sonucu oluşturulan algoritma ile %80'e kadar ulaşan hata azaltma oranlarında iyileştirilebileceği görülmüştür. Ayrıca çalışma kapsamında mesafe ve açı hesaplayan renk sensörleri ile paralel bir şekilde çalışarak hoparlörlerden çıkan ses sinyallerini dinleyici konumuna ve baş açısına göre düzelten özgün bir dijital sinyal işleyici (DSP) yazılımı da geliştirilmiştir.