Андрей Кашкаров - Сам себе сисадмин. Победа над «домашним» компьютером

К чему мы идем?

Лучший метод воссоздания 3D-звука – использование минимальной частоты дискретизации 22050 Hz при 16 битах и использования дополнительных тыловых колонок при прослушивании. Такая платформа обеспечит пользователю реалистичное воспроизведение звука за счет воспроизведения через достаточное количество колонок (минимум три) для создания настоящего surround звучания. Преимущество такой конфигурации заключается в том, что когда слушатель поворачивает голову для фокусировки на звуке какого-либо объекта, пространственное расположение источников звука остается неизменным по отношению к окружающей среде, т. е. отсутствует проблема sweet spot.

Суть другого метода, который разработан Sensaura и называется MultiDrive, заключается в использовании HRTF функций на передней и на тыловой паре колонок (и больше) с применением алгоритмов CC. Sensaura называет алгоритмы СС– Transaural Cross-talk cancellation (TCC), заявляя, что они обеспечивают лучшие низкочастотные характеристики звука. Инженеры Sensaura взялись за решение проблемы восприятия звучания от источников звука, которые перемещаются по бокам от слушателя и по оси фронт/тыл. Sensaura для вычисления HRTF функций использует так называемое «цифровое ухо» (Digital Ear) и в их библиотеке уже хранится более 1 100 функций. Использование цифрового уха обеспечивает точное кодирование звука. Sensaura создает технологии, а использует интерфейс DS3D от Microsoft.

Технология MultiDrive воспроизводит звук с использованием HRTF функций через четыре или более колонок. Каждая пара колонок создает фронтальную и тыловую полусферу соответственно.

Фронтальные и тыловые звуковые поля специальным образом смещены с целью взаимного дополнения друг друга и за счет применения специальных алгоритмов улучшают ощущения фронтального/тылового расположения источников звука. В каждом звуковом поле применяется собственный алгоритм cross-talk cancellation (CC). Вокруг слушателя будет плавное воспроизведение звука от динамично перемещающихся источников до эффективного расположения тыловых виртуальных источников звука. Так как воспроизводимые звуковые поля основаны на применении HRTF функций, каждое из создаваемых sweet spot (мест с наилучшим восприятием звучания) способствует хорошему восприятию звучания от источников по сторонам от слушателя, а также от движущихся источников по оси фронт/тыл. Благодаря большому углу перекрытия результирующее место с наилучшим восприятием звука (sweet spot) покрывает область с гораздо большей площадью, чем конкурирующие четырехколоночные системы воспроизведения. В результате качество воспроизводимого 3D-звука существенно повышается.

Если бы не применялись алгоритмы cross-talk cancellation (CC), никакого позиционирования источников звука не происходило бы. Вследствие использования HRTF функций для технологии MultiDrive необходимо использовать алгоритмы CC для четырех колонок, требующие чудовищных вычислительных ресурсов. А значит, возникает возможность ошибки – это очень сложная задача, в некоторых системах применяются высокочастотные фильтры, которые срезают компоненты высокой частоты. Касательно технологии MultiDrive, Sensaura заявляет, что фирма применяет специальные фильтры собственной разработки, которые обеспечивают позиционирование источников звука, насыщенных высокочастотными компонентами, в тыловой полусфере. Главный минус подхода – это необходимость точного позиционирования тыловых колонок относительно фронтальных. В противном случае толка от HRTF на четырех колонках не будет.

Существуют и другие инновации Sensaura, а именно технологии ZoomFX и MacroFX, которые призваны улучшить восприятие трехмерного звука.

MacroFX

Большинство измерений HRTF производится в «дальнем» поле (far field), что существенным образом упрощает вычисления. Если источники звука располагаются на расстоянии до 1 метра от слушателя, т. е. в ближнем поле (near field), тогда функция HRTF неэффективна. Для воспроизведения звука от источников в ближнем поле с помощью HRTF функции и создана технология MacroFX. Идея в том, что алгоритмы MacroFX обеспечивают воспроизведение звуковых эффектов в near-field, в результате создается ощущение, что источник звука расположен очень близко к слушателю, так будто источник звука перемещается от колонок вплотную к голове слушателя, вплоть до шепота внутри уха слушателя. Достигается такой эффект за счет точного моделирования распространения звуковой энергии в трехмерном пространстве вокруг головы слушателя из всех позиций в пространстве и преобразования с помощью высокоэффективного алгоритма. При моделировании важна оптимизация уровней громкости и модифицированной системы расчета задержек по времени при восприятии звуковых волн от одного источника звука (ITD, Interaural Time Delay). Например, если источник звука находится посередине между ушами слушателя, то разница по времени при достижении звуковой волны обоих ушей будет минимальна, а вот если источник звука смещен вправо, эта разница будет существенной. Пока только MacroFX принимает разницу во внимание при расчете акустической модели. MacroFX предусматривает 6 зон, где зона 0 (это дистанция удаления) и зона 1 (режим удаления) будут работать точно так же, как работает дистанционная модель DS3D. Другие 4 зоны это и есть near field (ближнее поле), покрывающие левое ухо, правое ухо и пространство внутри головы слушателя.

Этот алгоритм интегрирован в движок Sensaura и управляется DirectSound3D, т. е. является прозрачным для разработчиков приложений, которые теперь могут создавать массу новых эффектов. Например, в авиасимуляторах можно создать эффект, когда пользователь в роли пилота будет слышать переговоры авиадиспетчеров так, как если бы он слышал эти переговоры в наушниках. В играх с боевыми действиями может потребоваться воспроизвести звук пролетающих пуль и ракет очень близко от головы слушателя. Такие эффекты, как писк комара рядом с ухом, теперь вполне реальны и доступны. Если установлена звуковая карта с поддержкой технологии Sensaura и с драйверами, поддерживающими MacroFX, то пользователь получит возможность слышать эффекты MacroFX даже в DirectSound3D играх, разумеется, в зависимости от игры эффект будет воспроизводиться лучше или хуже. Поддержка MacroFX включена в драйверы для карт, поддерживающих технологию Sensaura.

ZoomFX

Современные системы воспроизведения позиционируемого 3D-звука используют HRTF функции для создания виртуальных источников звука, но синтезированные виртуальные источники звука являются точечными. В реальной жизни звук зачастую исходит от больших по размеру источников или от композитных источников, которые могут состоять из нескольких индивидуальных генераторов звука. Большие по размерам и композитные источники звука позволяют использовать более реалистичные звуковые эффекты по сравнению с возможностями точечных источников звука. Так, точечный источник звука хорошо применим при моделировании звука от большого объекта, удаленного на большое расстояние (например, движущийся поезд). Но в реальной жизни, как только поезд приближается к слушателю, он перестает быть точечным источником звука. Однако в модели DS3D поезд все равно представляется как точечный источник звука, а значит, страдает реализм воспроизводимого звука (т. е. мы слышим звук скорее от маленького поезда, нежели от огромного состава, громыхающего рядом). ZoomFX решает эту проблему, вносит представление о большом объекте (например, поезде), как его собрании нескольких источников звука (композитный источник, состоящий из шума колес, шума двигателя, шума сцепок вагонов и т. д.).