Binaural beats เสียงสามมิติสองหู

level: บุคคลทั่วไป ซาวด์เอนจิเนียร์ นักดนตรี อินฟลู วิศวกรรมด้านสัญญาณ ฯลฯ ปอลอ บทความนี้เขียนเป็นงานอดิเรก

Binaural [1] แปลว่า เกี่ยวกับหูสองข้าง การได้ยินแบบ binaural hearing กับ frequency cues หรือ สัญญาณทางความถี่ ทำให้คนและสัตว์สามารถที่จะรับรู้ถึงข้อมูลทิศทางระยะห่างและแหล่งกำเนิดเสียงได้ ทาง psychophysics เรียกว่า diotic

Binaural recording [2] เป็นวิธีอัดเสียงดิจิตอลสเตอริโอแบบสามมิติ ที่ใช้ไมโครโฟนสองตัวจัดเรียงกันในลักษณะคล้ายหูสองข้างของมนุษย์ บางทีทำเป็นรูปหัวคน ถ้าแหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่สัมพัทธ์กับผู้สังเกตการณ์ไปด้วย จะเรียกว่า Dynamic binaural recording [3] สามารถใช้เพื่ออัดเสียงหรือสร้างเสียงในงานด้าน VR/AR ได้

Neumann KU 100 binaural microphone [1] อาจเรียกว่า dummy head ก็ได้ [6]

Binaural microphone อันแรกมีมานานมากๆแล้วตั้งแต่ปี 1881 (บางแห่งกล่าวว่ามีมาก่อนนั้นอีก) ชื่อว่า Théâtrophone [5] ประดิษฐ์โดย วิศวกรไฟฟ้าและเครื่องกลชาวฝรั่งเศสนามว่า Clément Ader [4] ชาวเมืองตูลูส ซึ่งส่วนตัวเขาเป็นนักปั่นจักรยานอีกด้วย และมีงานบุกเบิกด้านการบินจำนวนมาก

เครื่องร่อน Avion III ของคุณ Ader ในพิพิธภัณฑ์
Musée des Arts et Métiers กรุงปารีส [4]

Théâtrophone นั้น ไม่คล้ายระบบอัดเสียงดิจิตอลแต่อย่างใด แต่เป็นระบบสายโทรศัพท์นำเสียงจากโรงโอเปร่า Opera Garnier มาฟังผ่านหูฟังได้แบบ binaural โดยใช้เครื่องส่งสัญญาณกว่า 80 ตัว ในยุคนั้นมีสิ่งประดิษฐ์ที่คล้ายคลึงกันเช่น Telefon Hírmondó (est. 1893) ที่ฮังการี Electrophone of London (est. 1895) ที่อังกฤษ หรือคอนเสิร์ต The Charge of the Light Brigade conducted at Madison Square Garden ที่นิวยอร์ค สหรัฐ เป็นต้น

Le théâtrophone. An illustration from Le Magasin pittoresque (1892). [5]

วิธีจัดตั้ง binaural recording แบบง่ายๆคือวางไมค์สองตัวห่างกัน 18 เซนติเมตรหรือ 7 นิ้ว แต่แบบนี้ไม่ค่อยสามารถรับเสียงและคลื่นได้เป็น binaural ทั้งหมด ต้องใช้ mold บน dummy head ที่รูปร่างเหมือนหูในหัวคนจริงๆมาอัดเสียง จึงจะได้ audio frequency adjustments ทั้งหมด (known as head-related transfer functions (HRTFs) in the psychoacoustic research community) แต่ถึงอย่างนั้นหัวคนมีความต่างกันมาก ดังนั้นจะอัดเสียงให้ดีเฉพาะเลยเป็นสิ่งที่ทำได้ยาก โดยมากใช้คลื่น HRTFs เฉลี่ยในอัลกอริธึมต่างๆที่ประมวลผล (ในฮาร์ดแวร์ Ambisonics ก็สามารถอัดเสียงแล้วแปลงเป็น Binaural ได้เช่นกัน)

วิธีจัดตั้ง binaural recording แบบง่ายๆ [1]

Brüel & Kjær head and torso simulator (HATS) [1] อันนี้นอกจากหัวและหูจะมีตัวด้วย

เดี๋ยวนี้ เชื่อว่าการฟังเสียงแบบ binaural แบบ Delta / Theta / Alpha / Beta / Gamma Wave Music มีผลที่ดีต่อสมอง [8] มีช่องในยูทิวบ์เต็มไปหมด ถึงแม้ยังไม่ได้มีการสรุปผลชัดเจนก็ตาม แต่พอมีงานศึกษารองรับ และการฟังเพลงก็ไม่น่ามีอะไรเสียหาย ไม่ใช่ standard แต่เป็น semi-experimental และเวลาฟังเสียง Binaural ต้องอย่าลืมใส่หูฟังด้วย!

ตัดมาจาก [8] เว็บ medicalnewstoday ที่สรุปจากวารสารเชิงวิสัญญี โดย Padmanabhan และคณะ [9] ในปี 2005 แต่ในเว็บเขียนว่า 2018? พอจิ้มๆดูน่าจะมาจากงานของคณะวิศวะ bio med มหิดลนี่เอง [10] เหมือนเค้าศึกษากันมาตั้งแต่ 2001 มี lit review paper [11] (หลังๆรู้สึกเหมือนว่า มีคน manipulate search results ใน google account จริงๆนะเนี่ย เจองานคนไทยบ่อยขึ้นหลังๆสองสามเดือนมานี้ คล้าย optimize local search results หรือ knowledge graph มั้ง)

References:

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Binaural

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Binaural_recording

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Binaural_recording

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Cl%C3%A9ment_Ader

[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9%C3%A2trophone

[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Dummy_head_recording

[7] https://www.theverge.com/2015/2/12/8021733/3d-audio-3dio-binaural-immersive-vr-sound-times-square-new-york

[8] https://www.medicalnewstoday.com/articles/320019#how-do-binaural-beats-work

[9] Padmanabhan, R., A. J. Hildreth, and D. Laws. “A prospective, randomised, controlled study examining binaural beat audio and pre‐operative anxiety in patients undergoing general anaesthesia for day case surgery.” Anaesthesia 60.9 (2005): 874–877. https://associationofanaesthetists-publications.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1365-2044.2005.04287.x (Open Access, free PDF.)

[10] Jirakittayakorn, Nantawachara, and Yodchanan Wongsawat. “A novel insight of effects of a 3-Hz binaural beat on sleep stages during sleep.” Frontiers in human neuroscience 12 (2018): 387.

[11] Chaieb, Leila, et al. “Auditory beat stimulation and its effects on cognition and mood states.” Frontiers in psychiatry 6 (2015): 70.