Experimentos en el IAC

Experimento Monofuente | Experimento Bifuente | Experimento Multifuente

Durante las anteriores fases del proyecto se realizaron una serie de experimentos en el Instituto de Astrofísica de Canarias para obtener los conocimientos necesarios de cara a abordar el problema de diseñar el sistema de visión estereoscópica. Los experimentos evolucionaron ganando complejidad y reportando resultados muy interesantes para el avance de la investigación y el desarrollo del prototipo portátil.

Experimento Monofuente.

Durante el año 96 se llevaron a cabo experimentos que denominamos "Experimento Monofuente", en el que pretendíamos ponera punto el "know how" necesario para lograr las simulaciones de percepción de sonidos en el espacio, así como conocer los parámetros de los sonidos que producen mejores localizaciones, familiarizarnos con la problemática técnica y psicoacústica que rodea a dichas simulaciones y finalmente confirmar la consecución de las mismas con personas ciegas.

Estos experimentos se realizaron con dos grupos experimentales (n=6). Un grupo de control de voluntarios de ambos sexos elegidos al azar, y otro de voluntarios con ceguera de origen periférico (sin afectación del sistema nervioso central) y que no presentaran ningún tipo de visión residual. Las edades de ambos grupos estaban comprendidas entre 18 y 50 años.

La comprobación en la calidad obtenida en la generación de sonidos externalizados mediante las medidas de Funciones HRTFs se realizaron en ambos grupos experimentales. No se encontraron diferencias significativas entre ambos grupos. Esto quiere decir que ninguna persona estudiada pudo diferenciar los sonidos reales localizados físicamente en el espacio cercano de los generados virtualmente en ese espacio mediante el sistema desarrollado. Tampoco se encontraron diferencias significativas entre ambos grupos en la detección de una fuente sonora en azimut, elevación y distancia (eje z), tanto con auriculares (virtuales), como con altavoces (reales). Ambos grupos experimentales localizaban correctamente la posición de la fuente sonora en el espacio, encontrándose diferencias significativas en cuanto a la correcta localización, tanto para fuentes sonoras reales como virtuales. Estos resultados están de acuerdo con los datos bibliográficos disponibles.

Experimento Bifuente.

Durante el año 97 se realizaron los desarrollos metodológicos necesarios para realizar lo que llamamos "Experimento Bifuente", en el que se caracterizaron los condicionantes psicoacústicos que se necesitan para segregar (identificar como separadas) dos fuentes sonoras emitiendo sonidos casi simultáneos en el tiempo, dependiendo de la distancia y de la posición azimutal y de elevación, así como estudiar la naturaleza del sonido que mejor se adaptase a los experimentos a realizar. Ello nos proporcionó una gran cantidad de informaciones para llevar a cabo las futuras estrategias que se ensayarían en los experimentos sucesivos.

Experimento Multifuente.

Una vez confirmada la capacidad de simular la percepción sonora como procedente del espacio tridimensional y conocidos los condicionamientos psicoacústicos necesarios, se realizó el que denominamos "Experimento Multifuente", en el que se determinó cuáles son los condicionantes técnicos y psicológicos involucrados en la percepción de un espacio, a través de la ubicación tridimensional de una multiplicidad de fuentes sonoras independientes, utilizando fuentes reales como paso previo a la simulación de las mismas.

Los sonidos en general poseen un elevado número de parámetros que generan percepciones independientes desde el punto de vista psicoacústico, todos los cuales han de ser aprovechados al máximo para maximizar la cantidad de información que somos capaces de percibir como información tridimensional del espacio. Para la realización de este experimento esencial se hizo necesario disponer de una serie de desarrollos técnicos, como un sistema de generación de diferentes sonidos con parámetros acústicos controlables. La sistematización del diseño de los sonidos que se utilizaron en los diversos experimentos se realizó desarrollando los programas específicos con el objeto de botenerlos de forma práctica y parametrizada, usando el entorno MATLAB.

La realización de estos experimentos se realizó en una sala de experimentación de ecoicidad variable y controlable. Para general una gran cantidad de fuentes sonoras independientes, necesarias para generar una escena acústica del espacio, se hizo necesario desarrollar un dispositivo electrónico que lo hiciera posible. Un amplificador de audio de 32 canales, capaz de producir un conjunto de fuentes sonoras reales a partir de la salida del sistema de procesado de sonidos en tiempo real basado en DSP. Para los diversos experimentos realizados se dispuso de la posibilidad de ubicar hasta 40 altavoces a distancias y orientaciones controladas.

                                   Matriz de altavoces                                     Sala de control para el experimento multifuente. 
                                                                                                  Aquí se encuentran todos los dispositivos de audio.

El experimento multifuente se diseñó como un experimento clave para el desarrollo final del prototipo y debería generar la información necesaria para conocer algunos parámetros críticos y responder a preguntas como, ¿Qué tipo de sonido representa mejor una superficie espacial?, ¿qué densidad sonora es la óptima?, ¿qué grado de reverberación es necesario?, etc. Este experimento realizado con los mismos grupos experimentales ya descritos demostró que ante la presentación de imágenes acústicas complejas (p.e. presencia de puertas, ventanas, escalones, etc.) la discriminación de las personas ciegas era muy superior a los controles siendo las diferencias muy significativas. El reconocimiento de letras de nuestro alfabeto (no braille), fue extremadamente difícil para el grupo de control, y en cambio no se presentaron problemas para el reconocimiento por las personas ciegas estudiadas.

Se ha realizado la integración total del sistema, de forma que se puede utilizar en un ambiente controlado (sala de experimentación con obstáculos, objetos y formas controladas). Está siendo probado en grupos de voluntarios ciegos así como con personas con visión normal.

Resultados concretos.

Los resultados obtenidos han sido esencialmente basados en dos grupos experimentales:

A.- Ciegos sin restos visuales, en su mayoría, han sido personas caracterizadas por tener un desarrollado sentido de la audición (audiometría previa, normal) y de la orientación en entornos conocidos.

B.- Voluntarios visualmente capacitados como grupo de control.

La respuesta se ha cuantificado a partir de la descripción, así como en la realización de tareas psicomotrices concretas. Hasta el momento presente el sistema desarrollado ha sido ensayado en un grupo de 10 personas ciegas y en un grupo similar de controles sanos. Es necesario extender el estudio a una población más amplia y valorar su respuesta.

Aunque varios voluntarios ciegos experimentan evocación visual de los estímulos acústicos, lo que mejora de forma muy importante la percepción del entorno, con la sola percepción espacializada de sonidos es posible percibir de forma clara las características espaciales de los objetos circundantes. Presentado de una manera general, y considerando que los objetos a percibir son o varían desde formas puntuales hasta mono, bi y tridimensionales (lo cual incluye líneas horizontales o verticales, superficies planas y curvas cóncavas o convexas, aisladas o agrupadas componiendo figuras, como por ejemplo, cuadrados, columnas o filas paralelas, etc., entornos normales simulados tales como habitaciones, despachos, etc.), podríamos destacar los siguientes aspectos observados:

Sala de experimentación que reproduce un entorno controlado (columna, ventana, etc.)

- Un objeto presente en el campo de percepción del usuario, a partir de la información sonora recibida, puede ser descrito, y por lo tanto concluimos que percibido, en aspectos espaciales significativos como son su posición, su distancia y las dimensiones en los ejes horizontal y vertical, e incluso en el eje z de profundidad.

- Dos objetos separados por un determinado espacio, todo dentro del campo perceptual captado por el sistema, pueden ser percibidos igualmente en sus posiciones, distancias (que pueden ser distintas, más próximas o más lejanas), y con sus límites externos e internos.

- Los objetos, transcurrido un breve periodo de exploración, habitualmente inmediato, son percibidos en su disposición espacial de una manera global, es decir, presentes como un todo en el seno del campo perceptual (por ejemplo, los lados de un cuadrado presentados en las distintas combinaciones posibles: una o dos líneas horizontales; una o dos verticales, etc., hasta el cuadrado total).

Lo comentado se traduce en que el invidente puede reconocer la presencia de un panel o superficie rectangular en su posición, a su distancia correcta y con sus dimensiones en anchura y en altura. Se percibe además la condición de superficie, de continuidad espacial, en un grado suficiente (si bien pensamos que mejorable) como para reconocer la presencia de puertas, ventanas o cualquier otra pérdida de continuidad. Dos paneles a modo de paredes formando un pasillo son percibidos como objetos a ambos lados, con sus dimensiones verticales y de profundidad, y que dejan en medio un espacio libre por el que se puede pasar y de hecho pasa el invidente. Traducido a tareas lo más parecidas posible a lo que puede ser el reconocimiento de un entorno común aunque desconocido, ha sido posible que, sin apoyarse para nada en el tacto, el invidente se pudiera mover por una habitación experimental muy sencilla y pudiera extraer una imagen global de la misma, descrita verbal y gráficamente, incluyendo su disposición general respecto al punto de partida, la presencia de las paredes, su disposición relativa, la existencia de un hueco a modo de ventana en una de ellas, la posición de la puerta, la existencia de una columna central percibida en sus dimensiones verticales y horizontales, la cual puede rodear y otros obstáculos localizados en el entorno inmediato.

Hay que comentar que estos resultados han sido espontáneos, sin que se necesite seguir ningún protocolo de aprendizaje previo, lo cual sugiere el alto potencial del sistema auditivo y del cerebro humano si se le presentan los estímulos oportunos.