В прошлом году HyperX выкатил целую обойму новых гарнитур в самых разных ценовых и пользовательских сегментах: от киберспортивной Drone и мэйнстримовой Stinger до настоящего флагмана, сочетающего в себе отличный звук и один из лучших микрофонов: HyperX Cloud Revolver . За это время компания успела собрать достаточно фидбэка по последней модели чтобы перевыпустить её, добавив фишку с виртуальным 7.1, параллельно улучшив по всем фронтам.

Что это вообще такое, виртуальный объёмный звук? Как можно вообще утверждать об объёмности звучания, если стереогарнитура аппаратно почти ничем не отличается от моделей с виртуальным объёмным звуком? Постараемся ответить на все эти вопросы по порядку, а заодно и посмотреть, что изменилось в Revolver’е, получившем литеру S на конце.

Как работает звук?

Можно бесконечно углубляться в физический процесс излучения и восприятия звуковых волн, и написать большую такую статью, но мы разбираем конкретный случай, поэтому ограничимся простым и достаточно грубым описанием: его достаточно, чтобы вспомнить суть происходящих процессов.

В случае с воспроизведением звука аппаратурой, в центре динамика расположен мощный магнит. Его поле можно использовать, чтобы отталкиваться и притягиваться к нему, пропуская ток по катушке из провода, которая прикреплена к звукоизлучающей мембране. Источник звука выдаёт определённые электрические колебания, они проходят через катушку, возбуждают магнитное поле, оно взаимодействует с соответствующим полем магнита и катушка начинает двигаться, увлекая за собой мембрану. Движения этой конструкции вперёд-назад, влияют на граничащие с ней слои воздуха.

В итоге получаются расходящиеся во все стороны волны: низкое давление, высокое давление, низкое давление, высокое давление. Далее эти волны проникают в наше ухо, взаимодействуют с барабанной перепонкой, а там обратный процесс - мозг «декодирует» колебания в то, что мы понимаем под звуком, а многолетнее обучение системы нейронов позволяет нам понимать речь, отличать музыку от звука падающего щебня и так далее.

То же самое происходит и при ударе, скажем, палкой по пустой бочке: кинетическая энергия удара приводит к колебаниям поверхности, та сотрясает воздух, и далее по тому же принципу.

Объёмное звучание

Скорость звука в пространстве условно постоянна, зависит от плотности среды, но для привычных мозгу условий существования разницы в скорости звука при высоком и низком атмосферном давлении почти нет. Опять же, в процессе эволюции и взросления мозг научился находить закономерности между направлением, с которого пришёл звук и разностью в сигналах между правым и левым ухом. В случае с природой разницу в приходе звука к левому и правому уху обеспечивает сам источник колебаний. В фильмах источники звука привязываются на этапе создания, в играх - рассчитываются в реальном времени, относительно положения камеры и окружающего пространства, и если к вам сзади кто-то приближается, соответствующим звуковым каналам даётся сигнал, он уходит на динамики, те колеблют воздух. Волны интерферируют с отражёнными от стен, излучёнными другими колонками, складываются и вычитаются, в зависимости от фазы, и со временем доходят до ушей. Далее наученный жизненным опытом и веками эволюции мозг понимает, что сейчас ему надо дать ногам команду «Бежать прочь», ну или как минимум обернуться и идентифицировать источник визуальным методом.

Нюансы объёмного звука

Человеческое тело несёт в себе несколько уникальных паттернов. У всех людей отличаются отпечатки пальцев, радужка глаза и форма ушей, которая практически не меняется в процессе взросления: размеры отдельных частей уха могут и измениться, но его рельеф и внутренняя структура, скорее, масштабируются и изменяются незначительно. Примерно с двух месяцев жизни мозг начинает учиться пользоваться ушами по назначению: развиваются слуховые способности, и на протяжении всей жизни он оттачивает навык определения направления звука не только по разнице приходящих по времени звуковых колебаний, но и по тому, как звук отражается / поглощается различными частями ушной раковины, прежде чем дойдёт до барабанной перепонки. Механизм сложный, но достаточно эффективный: не просто же так у большинства развитых млекопитающих уши сложной формы - рептилии, (в частности - змеи), почти лишены слуха и воспринимают ограниченный диапазон частот.

Исследования ушей

Специальный манекен, имитирующий строение головы и её поведение в плане поглощения, отражения и распространения звуковых волн, куча высокоточных микрофонов, комната со звукопоглощающим покрытием, вагон терафлопсов, десяток учёных мужей и куча времени, изведённого на расчёты, позволили создать общие паттерны изменения звуковой волны, поступающей к ушам. Разница между исходящим сигналом, микрофоном рядом с манекеном и микрофонами в «ушах» позволила определить, как человеческое тело влияет на распространение звука.

Всё это было необходимо для максимальной очистки данных от загрязняющих исследование влияний. Далее эти данные применялись как фильтр к исходным данным, а основные измерения производились с различными моделями ушных раковин. В исследовании искали закономерности между формой внешнего уха и тем, как искажается сигнал, приходящий с разных направлений - и их нашли. Именно эти изменения в форме сигнала (усреднённые, само собой), используются для трансформации «обычного» звука в «объёмный» при использовании стереонаушников без дополнительных динамиков.

Работает, но не идеально

Аудиокарта в пульте может работать в двух режимах: стерео и 7.1 Системе-то всё равно, сколько у вас на самом деле динамиков, семь каналов звука она обеспечит. Игровой движок или мультимедиа плеер прочитают эту информацию и выдадут соответствующую звукопанораму, отправляя на каждый канал нужный аудиопоток. Далее в игру вступает встроенный чип: добавляет разницу в приходе сигнала для левого и правого уха и применяет усреднённые изменения, полученные при исследованиях. Если вы не обладатель сильно выдающихся ушей, данный процесс в какой-то степени позволяет обмануть мозг и заставить его определить направление, пусть и не так хорошо, как это происходит в реальном окружении.

HyperX Cloud Revolver S

Главное отличие S-версии от предшественника, разумеется, новый пульт со встроенным аудио, возможность подключения через USB и поддержка виртуального 7.1, но и помимо этих изменений в гарнитуре кое-что обновили.

Дизайн корпуса остался прежним, а вот материалы - изменили, больше никакой «игровой» чёрно-красной раскраски. Многим пользователям понравилось строгое оформление гарнитуры CloudX из средней линейки, и переиздание флагмана получило соответствующие цвета: классический чёрный с серыми/серебристыми элементами. Новая модель с отсоединённым микрофоном выглядит как среднестатистические аудиофильские наушники в техно-стилистике.

Улучшения

Характеристики упругости оголовья были пересмотрены: стальная скоба стала мягче, и новые Revolver S не так сильно обжимают голову. Аналогичным образом были заново подобраны параметры для саморегулирующегося оголовья. С учётом всех изменений гарнитура куда мягче сидит на голове и ещё меньше давит на мозги.

Остальную конструкцию оставили без изменений. Чашки динамиков имеют две степени свободы и подстраиваются под голову любой формы, амбушюры и поддерживающая дуга наполнены пенополиуретаном с эффектом памяти, который покрыт качественным кожзамом с микроперфорацией - конструкция дышит и отводит влагу.

Гарнитура отлично садится практически на любую голову, автоматически подстраивается под владельца и позволяет с комфортом общаться, играть или слушать музыку несколько часов к ряду.

Общение

Микрофон перекочевал без каких-либо изменений. Используется всё та же отъёмная гибкая штанга, подключение осуществляется через классический 3.5 мм разъём. Форму держит, легко выпрямляется, надёжный и умеренно гнущийся корпус не даст вам повредить внутренний провод.

Сам элемент всё тот же: электретный, конденсаторный, узконаправленный. Отличная чувствительность, шумоподавление «лучом», направленным точно вам в рот, встроенная защита от задувания, а теперь ещё и встроенная регулировка громкости микрофона в USB-пульте.

USB-звук

Звуковая карточка совмещена с пультом управления звуком. Дизайн минималистичный: три кнопки (переключение режима Dolby 7.1, пресета эквалайзера и выключение микрофона), три индикаторных светодиода, два крупных и удобных колёсика для регулировки громкости входящего и исходящего аудиосигнала. На задней стороне имеется клипса, можно повесить пульт на рукав или воротник, а можно прицепить к тому же USB проводу и тем самым сократить его почти бесконечную (2+ метра) длину.

Dolby 7.1

Режим включается нажатием единственной кнопки (без него наушники смешивают выставленные 7.1 в стерео). Работать будет при подключении к PC или PS4 / PS4 Pro. Никаких драйверов не просит, определяется системой из коробки, дополнительное ПО ставить не надо. В фильмах с многоканальным аудио технология работает неплохо: чувство направления спецэффекта усиливается, пусть и не так радикально, как при «честном» объёмном звуке.

В играх эффект сильно зависит от многих факторов. В гоночных симуляторах мне удавалось услышать противника «за спиной», почувствовать, с какой стороны меня пытаются обойти. В некоторых шутерах удавалось точнее определить позицию противника на слух, но не во всех. Не всегда удавалось понять направление «диагональных» звуков: спереди-слева или сзади-слева находится оппонент. В любом случае, само направление движения чувствуется лучше, чем при обычном стерео, и хорошо. Мнения знакомых, которым удалось послушать гарнитуру разделились.

Кто-то чётко слышал направление звука, кто-то мог определить направление весьма условно: впереди, слева, справа, иногда сзади. В случае с прослушиванием обычного контента (например, музыки) Dolby 7.1 просто растянет стереобазу. Будет некоторое ощущение присутствия в большом помещении с колонками, а не звука из наушников.

Предустановки эквалайзера

В базовом режиме (все индикаторные светодиоды выключены) гарнитура никак не вмешивается в аудиопоток: воспроизводит то, что вы слушаете в том виде, в каком аудиосигнал ей достался от ПК. Первый режим - увеличение НЧ, второй - вытягивание средних и общее «уплощение» АЧХ, третий - подъём вокального диапазона и резкости звучания.

Один можно использовать для соответствующих музыкальных жанров, другой - для точной настройки звука программным эквалайзером плеера, а последний - в играх, чтоб лучше слышать звонкие звуки типа шагов и голоса сопартийцев.

Звучание музыки АЧХ

Revolver S сохранил атмосферу своего предшественника в звуке. Равномерное заполнение низких, средних и высоких частот, небольшой пик на 3 КГц, дающий ощущение «чистоты» звука. Для относительно низкоомных наушников звук удивительно сбалансированный. Рок-композиции звучат аккуратно, гитары, вокал, ударные - всё слышно предельно чётко, нет ощущения вырванности из контекста или явного доминирования одного из звуков над другим (по крайней мере на тех треках, которые нормально сведены звукорежиссёром и сбалансированы по сцене). Джаз и блюз с медными духовыми напористо врывается в сознание, заполняет его обертонами и хриплым вокалом, в котором с ходу узнаётся «чёрная» манера исполнения. Классические произведения и игра современного оркестра полнозвучны и объёмны, при прослушивании буквально чувствуется тот едва уловимый резонанс массы однотипных инструментов, играющих в унисон.

Слушать музыку приятно, а индивидуальные предпочтения по бо льшему количеству низких или средних частот всегда можно компенсировать эквалайзером. Игровое применение требует от наушников широкой стереопанорамы и чёткого ощущения направления звука, с этим у гарнитуры всё в порядке.

Кривая АЧХ была измерена специалистами из PCgames на стенде, чья цена сравнима с неплохим автомобилем. Манекен головы и торса, соответствующего уровня оборудование по записи и анализу сигнала, соблюдение всех методик и несколько повторных измерений для усреднения полученных величин и поиска отклонений.

Искажения:

Баланс:

TL;DR: HyperX Revolver S - заряжен по полной

Игровое подразделение Kingston HyperX не в первый раз прислушивается к отзывам пользователей, тщательно изучает, анализирует и делает правильные выводы из опыта потребителей их продукции. Гарнитуру прокачали по всем фронтам, не «подрезав» ничего из уже имеющихся достоинств.

Хотели более взрослый, строгий дизайн? Вот он. Корпус всё тот же, но больше никаких ярко-красных акцентов. Едва заметная прострочка светлыми нитями, серебристый логотип да белые сектора, не выдающие своим видом игровое происхождение гаджета.

Жаловались, что у конкурентов есть объёмный звук за эти деньги? Универсальная аудиокарта, работающая с PC и PlayStation уже в комплекте. Этой железке не нужны специальные драйвера и всякое ПО, потребляющее ресурсы вашего компьютера, всё будет работать из коробки. А для владельцев дорогих аудиокарт и любителей музыки с мобильных гаджетов гарнитура всё также умеет подключаться по классическим 3.5 мм разъёмам, удлинитель в комплекте.

Гарнитура слишком жёстко цеплялась за голову и никак не хотела слезать, медленно зомбируя носителя и заставляя распространять продукцию HyperX среди друзей? С первым справились, а уж второе, простите, не баг, а фича. Хорошие гаджеты грех не порекомендовать сопартийцам, вам с ними очередное мировое зло побеждать, а они опять ничего не слышат.

Потрясающий звук и один из лучших микрофонов в гарнитуростроении никуда не делись. Настало время подводить итоги?

Комплектация, цена, где купить

Полные характеристики и комплектация HyperX Cloud Revolver S:

Наушники

• Тип: Закрытые, с саморегулирующимся оголовьем;
• Вес: 360 г + микрофон 16 г;
• Динамик: диаметр мембраны 50 мм, сердечник из неодимового магнита;
• Частотный диапазон: 12 Гц – 28 КГц;
• Импеданс: 30 Ω;
• Уровень звукового давления: 100.5dBSPL/mW на частоте 1 КГц
• Коэффициент гармонических искажений: < 2%;
• Энергопотребление: режим ожидания - 30 мВт, максимальное - 500 мВт;

Длина кабеля и разъёмы

• Гарнитура (4-полюсный 3.5 мм-разъём): 1 м;
• Аудиокарта (USB): 2.2 м;
• Удлинитель (2x3.5 мм разъёма): 2 м.

Микрофон

• Чувствительный элемент: электретный, конденсаторный;
• Диаграмма направленности: двунаправленный, с шумоподавлением;
• Частотный диапазон: 50 Гц – 18 КГц;
• Чувствительность: -44 ДбВ (0dB=1V/Pa,1kHz).

Просят за обновлённую модель примерно столько же, сколько просили за старую: 12 990 рублей. А начале апреля вы сможете лично потрогать, примерить и послушать гарнитуру во всей партнерской сети HyperX. Ну а чтобы не пропустить старт продаж, то в Эльдорадо на

Совсем недавно можно было наблюдать, как в мир коммерческих и домашних кинотеатров пришло стереокино, а сейчас на очереди уже стоит видео сверхвысокого разрешения 4K. От изображения не отстает и звук: в домашний кинотеатр пришло 3D Audio, полное звуковое окружение зрителя — не только в горизонтальной плоскости, но и в третьем измерении. В английском языке для этого применяется термин immersive, «погружающий».

Глас божий и другие аудиоканалы

Формат Auro-3D был представлен в мае 2006 года бельгийской компанией Galaxy Studios. Первым массовым фильмом, записанным в данном формате, стала лента Red Tails («Красные хвосты»), снятая в 2012 году Джорджем Лукасом. Принципиальное отличие Auro-3D от преобладавших на тот момент форматов Dolby Surround EX и DTS заключалось в том, что кроме традиционных каналов 7.1, расположенных в одной плоскости, разработчики предложили использовать третье измерение — то есть разместить акустические системы (АС) не просто вокруг слушателя, но и сверху, вторым «слоем», под углом в 30 градусов к фронтальным акустическим системам и каналам окружающего звучания.

Дальнейшее усовершенствование формата привело к появлению еще одного «слоя» — над головами слушателей, который символично назвали voice of god («глас божий»). Максимальное количество каналов (не стоит путать с количеством акустических систем) при этом достигло 13.1, то есть фактически стало в два раза больше, чем в применяемых тогда форматах 7.1 и 6.1. Внедрение верхних каналов позволило более точно передать ряд событий в звуковой дорожке фильма, таких как пролеты объектов над зрителями (шум вертолета или реактивного истребителя), атмосферные эффекты (завывание ветра, раскаты грома).

Если потолок расположен слишком низко, акустика будет слишком близко к зрителю. В этом случае Dolby рекомендует использовать специальные акустические системы, работающие «на отражение» от потолка — по утверждению компании, результат будет более качественным.

Объектный подход

Старейший игрок на рынке кинотеатрального звука, компания Dolby Laboratories, использует в своем новом формате Dolby Atmos два «слоя» акустических систем. Первый располагается вокруг слушателя по классической схеме, а второй на потолке — попарно слева и справа. Но самое главное — принципиально новый подход к микшированию саундтреков. Вместо привычного поканального сведения в студии используется метод «объектной» записи. Режиссер работает со звуковыми файлами, указывая место в трехмерном пространстве, откуда эти звуки должны воспроизводиться, когда и с какой громкостью. К примеру, если необходимо воспроизвести шум движущейся машины, то режиссер указывает время появления, уровень громкости, траекторию движения, место и время прекращения звучания «объекта».

Более того, из студии в кинозал звук попадает не в виде записанных дорожек, а как набор звуковых файлов. Эта информация обрабатывается процессором, который в реальном времени каждый раз просчитывает саундтрек фильма с учетом количества АС в зале, их типа и расположения. Благодаря точной калибровке нет привязки к какому-то «типовому» количеству каналов, и можно использовать в разных залах разное количество АС (каждый зал калибруется и настраивается индивидуально) — процессор сам просчитает, как и куда нужно отправить звук для получения оптимальной звуковой панорамы. Максимальное количество одновременно обрабатываемых звуковых «объектов» составляет 128, а количество одновременно поддерживаемых независимых АС — до 64.

Формат Dolby Atmos не привязан к конкретному количеству аудиоканалов. Звуковая картина формируется процессором в реальном времени из «объектов» и по «программе», составленной звукорежиссером фильма. При этом процессор учитывает точное расположение акустических систем, их тип и количество — все это заранее прописывается в настройках при калибровке каждого конкретного зала. Правда, как такой подход реализовать в домашнем кинотеатре, пока не совсем понятно.

Профессионалы и любители

Вслед за появлением в коммерческих кинозалах оба формата трехмерного звука начали завоевание домашнего рынка. Auro-3D стартовал чуть раньше, несколько производителей домашней электроники представили первые процессоры и ресивер с поддержкой формата еще в начале 2014 года. Dolby Laboratories не заставила себя долго ждать, и в середине сентября прошлого года представила весьма доступные решения на базе недорогих ресиверов. Кроме того, в начале 2015 года еще один крупный игрок, американская компания DTS, анонсировала свой формат трехмерного звучания — DTS: X (о котором известно пока только то, что он, как и Dolby Atmos, является объект-но-ориентированным и будет поддержан многими производителями бытовой электроники).

Между тем, коммерческое и домашнее кино в некоторых аспектах имеют серьезные отличия. Бобины с кинопленкой ушли в далекое прошлое, и в кинопрокате в настоящее время практически повсеместно используются цифровые копии фильмов. Саундтрек к фильму «выходит» из сервера в виде потока цифрового аудио с высоким битрейтом и практически без сжатия. Серверы, на которых хранятся фильмы, могут передавать до 16 цифровых каналов таких данных параллельно.

Самый популярный носитель для домашнего кино — Blu-ray диск. Как правило, он содержит саундтрек, записанный в одном из двух самых популярных форматов — DTS HD Master Audio или Dolby True HD. Встречаются и диски, записанные с использованием старых кодеков DTS и Dolby Digital со звуком 2.1 (лево-право и LFE). Если дорожка к фильму изначально была записана в студии в формате 5.1 или 7.1, перенести ее на диск довольно просто, отличие лишь в дополнительной компрессии данных, связанной с ограниченной емкостью цифрового носителя. А как же будут адаптироваться новые форматы Auro-3D и Dolby Atmos при переносе их из профессионального кино в домашний кинозал?

Путь домой

Для Auro-3D перенос будет практически «бесшовным». Если фильм изначально записан в студии в формате 13.1 или 11.1, ровно с таким же количеством каналов он и будет переноситься на диски Blu-ray. Для обратной совместимости в Auro-3D используется специальный алгоритм, который умеет «дописывать» верхние каналы в кодек DTS HD MA, официально поддерживающий максимум 7.1 каналов — например, в левый канал инкапсулируется информация для верхнего левого канала, в центральный — для верхнего центрального и т. д. Если в ресивере или процессоре есть поддержка декодирования кодека Auro-3D, то он «вынет» вложенную информацию и подаст ее на соответствующие каналы. Если нет — просто декодирует данные как обычную дорожку 7.1, пропустив «лишнюю» информацию. Таким образом, диск с фильмом в формате Auro-3D в любом случае будет корректно прочитан любым современным плеером и распознан любым из процессоров или ресиверов, поддерживающих DTS HD MA. А если процессор или ресивер обладает встроенным декодером Auro-3D, то на выходе можно получить саундтрек из 9.1, 11.1 или даже 13.1 каналов. Существует и возможность «апмиксинга» (upmixing) — процессор, умеющий работать с Auro-3D, может пересчитать даже обычную двухканальную стереозапись, скажем, в 13.1.

В Auro-3D используется трехслойное расположение акустических систем и более традиционный подход с многоканальной записью звука. Это обеспечивает отличную обратную совместимость стандарта с текущими форматами и переносимость на домашние системы.

Ситуация с Dolby Atmos в домашнем кинотеатре намного более сложная: процессор в реальном времени обсчитывает довольно большой поток данных и выдает звук на соответствующие акустические каналы (с учетом того, сколько их в конкретной инсталляции). На текущий момент спецификациями Dolby Atmos для домашнего применения предлагается использовать конфигурации АС от 5.1.2 до 7.1.4, где первая цифра — это количество «обычных» каналов: левый-центр-правый-боковые-тылы, вторая — это канал низкочастотных эффектов, а третья — так называемые «верхние» каналы (overhead). При этом единственный процессор для коммерческого применения (Dolby CP850) стоит более миллиона рублей, а стоимость домашних ресиверов с поддержкой Atmos начинается всего от 30−40 тысяч. Тем не менее даже для самых доступных по цене домашних ресиверов заявлены и декодирование, и поддержка «апмиксинга», хотя как именно это сделано, не совсем понятно.

Еще один не очень ясный момент заключается в том, что для правильного обсчета звукового поля необходимо знать точное местоположение всех акустических систем. В коммерческом кинотеатре этот вопрос решается калибровкой аппаратуры, а вот в домашних ресиверах, насколько известно, такой возможности не предусмотрено. Как в таком случае решается вопрос о получении дома полноценного звучания Atmos «как в кино», пока неясно. Правда, формат пока еще не обрел окончательные черты. Несколько производителей процессоров премиум-класса даже отложили выпуск обновлений с поддержкой Dolby Atmos из-за изменений в алгоритме обработки сигнала, вносимых, по их словам, разработчиками Dolby. Так что можно предположить, что в последующих обновлениях Dolby может внести коррективы в процесс обработки звука и/или калибровки системы под конкретное расположение акустических систем.

Вопросы совместимости

Поскольку Auro-3D использует традиционный метод поканального сведения, а Dolby и DTS — объектно-ориентированный монтаж звука, переконвертировать один формат в другой невозможно. Кроме того, построить домашний кинотеатр, умеющий правильно работать со всеми форматами, тоже непросто. Проблема совместимости заключается в различных требованиях к установке акустических систем. В Dolby Atmos используется два «слоя» акустики, а в Auro-3D — три. Можно было бы предположить, что саундтрек Dolby Atmos может быть воспроизведен через часть АС для проигрывания Auro-3D, но вряд ли это будет корректно. Требования для расположения АС весьма жесткие у обоих форматов, а учитывая чувствительность к точному позиционированию для получения плавных переходов, это может стать проблемой для проектировщиков и инсталляторов домашних кинозалов (информации по расположению акустики DTS: X пока нет).

Перспективы

Несмотря на все неясности описания Dolby Atmos, нужно признать, что этот формат имеет больший потенциал, чем Auro-3D. Во‑первых, объектно-ориентированный подход к записи однозначно более перспективен, чем традиционный поканальный. Во вторых, поддержка Dolby Atmos в массовых моделях AV-ресиверов таких фирм, как Yamaha, Pioneer, Onkyo, Integra, Denon, доступна «в базе», в то время как лицензию на Auro3D придется покупать как опциональное программное обновление за $199, что ощутимо для бюджетных моделей.

В более дорогом сегменте процессоров для построения домашних кинозалов о поддержке всех форматов 3D Audio заявили и такие производители, как Trinnov Audio и Datasat Digital, работающие в том числе и на коммерческом кинорынке. Их опыт может весьма благотворно сказаться на реализации Dolby Atmos для домашнего кинотеатра: например, Trinnov для калибровки своих процессоров использует уникальный трехмерный микрофон, позволяющий точно определить место каждой АС в пространстве и применять эти данные для дополнительной коррекции звукового поля.

Редакция благодарит журнал avreport.ru за помощь в подготовке статьи.

Современные системы домашних развлечений разрабатываются и создаются для того, чтобы вызвать у человека максимальный эмоциональный отклик, погрузить его в действие кинофильма, прослушиваемую музыку или компьютерную игру настолько, чтобы он на время забыл о реальности окружающего мира и полностью погрузился в реальность "виртуальную". Естественно, для достижения данной задачи необходимо, чтобы действие, происходящее на экране, вызывало у человека эмоциональный отклик, качество изображения также должно быть максимальным, приближенным к тем картинам, которые мы привыкли видеть в реальной жизни. Хорошо известно также и то, что значительная часть информации об окружающем мире (более 25%) приходится на звук. Качественное объемное звучание - залог того, что человек получит максимальный эмоциональный заряд от кинофильма или музыкального исполнения.

Традиционным решением задачи по созданию объемного звучания в комнате прослушивания является построение многоканальных систем, в которых звук передается фронтальными, центральным и тыловыми громкоговорителями. С их помощью можно добиться очень равномерной и правдоподобной звуковой панорамы, при которой эффекты будут окружать слушателя именно таким образом, как задумал звукорежиссер. Для того, чтобы повысить достоверность воспроизведения многие производители аудио техники предлагают идти по пути увеличения количества каналов (и соответственно громкоговорителей), строя уже не пяти-, а шести-, семи- и даже девятиканальные системы домашнего кинотеатра. Резоны производителей понятны. Построение многоканальных аудиосистем действительно является самым верным способом повысить достоверность воспроизведения. Кроме того, увеличение количества каналов, естественно, требует увеличения количества акустических систем, длины коммутационных проводов, применения более сложных и более дорогих усилителей, а, следовательно, позволяет увеличивать прибыль от продажи оборудования.

НЕ УВЕЛИЧИВАТЬ, А УМЕНЬШАТЬ!

Впрочем, находятся компании, которые идут по другому пути, предлагая не увеличивать, а наоборот уменьшать количество каналов воспроизведения. Они совершенно справедливо считают, что далеко не всем потребителям необходимы многоканальные аудиосистемы. Для кого-то это неприемлемо по экономическим соображениям, кто-то не может выделить под систему домашних развлечений специальную комнату, в которой можно было бы проложить все необходимые коммутационные провода и выделить место для установки тыловых громкоговорителей, у кого-то уже есть "нормальная" большая система домашнего кинотеатра, и он хочет построить дополнительную (резервную) систему в маленькой комнате - спальне, кабинете или детской комнате, в которой также хочется "малой кровью" получить объемное звучание.

Казалось бы, что получение объемного звука без использования тыловых громкоговорителей не возможно. Если сзади нет звукового источника, то и звуку там неоткуда взяться. Впрочем, очевидность данного утверждения можно поставить под сомнение одним простым утверждением. У человека всего лишь два уха, которые обеспечивают его всей необходимой информацией о расположении источника звукового сигнала, а это значит что для ее передачи по идее достаточно всего лишь двух громкоговорителей (наушников или акустических систем), воспроизводящих аудио сигнал, в котором эта информация содержится. Не следует забывать о том, что наш слух - это не просто какое-то абстрактное, ничем не объяснимое качество. Слух имеет свои механизмы, в том числе и механизмы локализации звуковых источников в пространстве, изучением которых не один десяток лет занимаются не самые глупые люди. Понимание этих механизмов в теории позволяет "обмануть" нашу слуховую систему путем введения в акустический сигнал, воспроизводимый фронтальными громкоговорителями, дополнительных частотных и фазовых составляющих. Кроме того, воспроизведение звука в большинстве случаев происходит не в чистом поле, а в помещении. Помещение имеет стены и потолок, которые отражают звуковые волны. Правильно рассчитав конструкцию акустических систем, можно добиться того, что отраженный звуковой сигнал будет приходить к слушателю сбоку и сзади - т.е. имитировать звучание тыловых громкоговорителей.

"Избавиться" же от центрального громкоговорителя не представляет особой сложности - достаточно лишь соответствующим образом "подмешать" его сигнал в звучание правого и левого фронтальных каналов и звук локализуется в пространстве посередине между ними.

Конечно, реализация этих методов на практике представляет собой значительные трудности, но попытки создания позиционированного трехмерного звука при помощи только фронтальных громкоговорителей ведутся уже давно и определенные результаты достигнуты. В том числе и в серийно выпускаемых домашних аудио-видео комплектах. Для того чтобы лучше понимать особенности их работы, давайте разберемся, как же устроен наш слух, каким образом он позволяет нам производить локализацию звуковых источников, т.е. определять направление и расстояние до них.

ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ СЛУХ

Основной особенностью нашего слуха, которая позволяет определить место расположения звукового источника в пространстве, является его бинауральное строение - т.е. тот неопровержимый факт, что человек имеет 2 приемника звуковой информации (уха). Звуковые сигналы, воспринимаемые нашими ушами, обрабатываются в периферической части слуховой системы, подвергаются спектрально-временному анализу, после чего информация поступает в соответствующие отделы головного мозга, где на основе сравнения сигналов, поступивших с каждого из слуховых каналов, делаются выводы о месте расположения звукового источника.
Человеческий слуховой аппарат представляет собой очень эффективное устройство, созданное природой. Удивительным является то обстоятельство, что для большинства звуковых сигналов мы можем определить месторасположение источника с очень высокой степенью достоверности. Конфигурация ушной раковины позволяет осуществлять пространственное декодирование поступающих сигналов и подавать на барабанную перепонку звуковой сигнал, в котором уже содержится информация о месторасположении источника в пространстве.

Очень интересным является то обстоятельство, что для определения места расположения звукового источника в пространстве слуховая система использует не один, а несколько механизмов, каждый из которых наиболее эффективен при решении определенной задачи.

Механизмы слухового восприятия принято делить на основные и вспомогательные. К основным механизмам обычно относят локализацию по разнице амплитуд приходящих сигналов, временной разнице, а также спектральным различиям звука в правом и левом слуховых каналах. К вспомогательным механизмам обычно относят отражения звука от туловища и плеч человека, анализ реверберационных эффектов, а также эффект психологического восприятия, приводящий слышимое расположение звукового источника в соответствие с его расположением, которое мы видим глазами.

СТРОЕНИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО УХА. 1.Слуховой канал 2.Барабанная перепонка 3.Молот 4.Наковальня 5.Стремечко 6.Овальное окно 7.Евстахиева труба 8.Улитка 9.Слуховой нерв

ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ СЛУХОВОГО ВОСПРИЯТИЯ

Локализация по уровню интенсивности звукового сигнала

Этот механизм основан на том, что при излучении звука источником, расположенным под определенным углом к фронтальному направлению, уровень звукового давления на барабанные перепонки в разных ушах будет различным. Это связано с тем, что одно ухо будет находиться как бы "в тени", которую создает голова и туловище. Естественно разница в уровнях звукового давления на барабанные перепонки будет зависеть от угла расположения источника. Анализируя эту разницу наш мозг способен сделать вывод о направлении на источник звука. Данный механизм, основанный на разнице уровней интенсивности сигналов, поступающих к ушам, является достаточно эффективным, но лишь на звуковых частотах более 2000 Гц. Дело в том, что при длине звуковой волны, сравнимой с диаметром человеческой головы, дальнее от источника ухо перестает находиться в "акустической тени", что обусловлено явлением дифракции звуковой волны на поверхности головы.

Локализация по временной разнице звуковых сигналов

На более низких частотах в действие вступает механизм анализа фазового сдвига звуковых сигналов, приходящих к разным ушам. За счет "разнесенности" ушей в пространстве звуковой сигнал, приходящий от источника, расположенного под некоторым углом к фронтальному направлению, затрачивает различное время для достижения барабанных перепонок в разных ушах. Это приводит к появлению фазового сдвига в сигналах, пришедших от одного и того же источника к разным ушам. Данный фазовый сдвиг может быть проанализирован нашим мозгом и на основании этого анализа делается вывод о направлении на звуковой источник.

С повышением частоты (а соответственно, с уменьшением длины звуковой волны) фазовый сдвиг сигналов, пришедших от одного и того же источника к разным ушам, увеличивается, и как только он достигает значения близкого к половине длины звуковой волны, данный механизм локализации перестает работать, поскольку наш мозг не может однозначно определить отстает ли звуковой сигнал в одном из слуховых каналов от другого или наоборот опережает его. Естественно, чем больше угол между направлением на звуковой источник и плоскостью симметрии человеческой головы, тем больше фазовый сдвиг в пришедших к ушам сигналах. Соответственно с повышением частоты звука угол, в котором мы можем локализовать источник, пользуясь данным механизмом, уменьшается.

Конус неопределенности

Кроме того, данный метод локализации страдает еще одним ограничением. Представьте себе, что источник звука находится под углом 30 градусов к фронтальному направлению головы. При восприятии звукового сигнала мы получим определенный фазовый сдвиг в левом ухе относительно правого, и на основе анализа этого сдвига наш мозг сделает вывод о расположении источника. Рассмотрим теперь звуковой источник, расположенный под углом 30 градусов к направлению в котором "смотрит" затылок или (что то же самое) под углом 150 градусов к фронтальному направлению. Для этого источника фазовый сдвиг будет точно такой же, как и для первого. Если не ограничиваться только теми источниками, которые находятся на одном уровне с ушами, а рассмотреть также те, которые располагаются выше или ниже, то можно продолжить наши рассуждения и получить конус с вершиной, расположенной в слуховом канале. На основании этого конуса могут расположиться звуковые источники, для которых разность фаз в правом и левом ушах будет одинаковой. Этот эффект, мешающий точному и однозначному определению местоположения звуковых источников с помощью анализа разности фаз для правого и левого слуховых каналов, получил название "конуса неопределенности".

Для того чтобы устранить эту неопределенность человек пользуется третьим, пожалуй, наиболее эффективным механизмом пространственной локализации звука.

Локализация по спектральным различиям звуковых сигналов

Еще один механизм локализации звука человеком, который, кстати, является наиболее точным, относится к сложным звуковым сигналам и импульсам, и основывается на возможности анализа спектрального состава звука нашим мозгом. При излучении сложного звукового сигнала (т.е. такого сигнала, в спектре которого присутствуют различные частоты) источником, расположенным под определенным углом к плоскости симметрии головы, спектральный состав звука в правом и левом ушах будет различным. Это связано, во-первых, с экранирующим воздействием головы, которое проявляется сильнее на высоких частотах (поэтому в дальнем от излучателя ухе высокочастотных составляющих будет меньше). Кроме того, ушная раковина человека не зря имеет такую сложную форму - по сути, она является точно рассчитанным частотным фильтром, которым наделила нас природа.

Фильтрация звуков различной частоты ушной раковиной зависит от направления на источник. При изменении направления звуковой сигнал по-разному отражается от участков ушной раковины и соответственно происходит усиление и ослабление различных участков спектра принимаемого звукового сигнала. Анализ спектрального состава звукового сигнала, поступающего в слуховые каналы, является также основным механизмом при определении того, находится ли звуковой источник спереди или сзади. По вполне очевидным причинам, механизмы, основанные на оценке разницы интенсивности и фазового сдвига, о которых мы написали выше, в данном случае практически не работают. Ушная же раковина по-разному фильтрует сигналы, приходящие спереди и сзади, поэтому мы и можем сделать вывод об их месторасположении.

Сложный спектральный состав для простоты локализации

В целом, можно сказать, что наилучшим образом определяется местоположение звуковых источников, которые излучают сигнал со сложным спектральным составом. Чистые тона, которые, кстати, практически не встречаются в природе, поддаются локализации с большим трудом и разрешающая способность человеческого слуха при этом крайне невелика. Высокие частоты (свыше 8000 Гц) практически не поддаются локализации, точно так же невозможно определить и местоположение источников звука очень низкой частоты (менее 150 Гц) - не зря же производители рекомендуют размещать сабвуферы в домашнем кинотеатре в любом, наиболее удобном для вас месте комнаты прослушивания. Аккуратная спектральная обработка воспроизводимого сигнала является одной из приоритетных задач производителей систем пространственного звучания.
Важно понимать, что наш мозг - это не совсем вычислительная машина, которая, воспринимая импульсы, формируемые в слуховых каналах, производит вычисления по какому-то сложнейшему алгоритму. На самом деле мозг производит не вычисления, а скорее сравнения. Он сравнивает информацию, полученную от ушей, с той информацией, которая уже хранится в нашей памяти. Иными словами, механизм локализации источника основывается, прежде всего, на личном опыте человека. В нашей памяти хранится информация о том, как звучат те или иные источники в разных точках пространства. Когда мы слышим звук, то наш мозг сравнивает поступающую информацию с той, что хранится в памяти, выбирает наиболее подходящую и на основании этого делает вывод о расположении источника в пространстве.Е

ще один момент, на который хотелось бы обратить внимание, это то, что точность определения месторасположения звукового источника в пространстве существенно возрастает, когда источник не является неподвижным, а перемещается в пространстве. Это дает нашему мозгу дополнительную информацию, которую он может проанализировать. Если источник является неподвижным, то для его локализации человек подсознательно совершает микроперемещения головы (например, еле заметно поводит ей из стороны в сторону). Этих микроперемещений вполне достаточно, для того, чтобы мозг получил информацию, на порядок повышающую точность определения положения источника в пространстве.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИМЫ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ВОСПРИЯТИЯ ЗВУКА

Отражение и экранирование звука плечами и туловищем

При описании процессов пространственной локализации звукового источника необходимо учитывать то, что наши уши находятся в непосредственной близости от плеч и туловища. Распространяющийся звук может отражаться от них или поглощаться, вследствие чего спектральные и временные характеристики звука будут меняться. Человеческий мозг анализирует эти изменения и на их основании делает дополнительные выводы о направлении на звуковой источник. Наибольшее значение данный эффект имеет при определении расположения источников, находящихся выше или ниже головы слушателя.

Реверберация

Как известно, при воспроизведении звука в помещении мы слышим не только прямой звуковой сигнал, но и сигналы, отраженные от стен. Эти сигналы являются результатом многократных переотражений и имеют достаточно сложную структуру. Эффект, при котором затухание звука происходит не сразу, а постепенно, за счет этих самых переотражений, носит название реверберации. Время, за которое уровень звука в помещении снижается на 60 дБ, носит название времени реверберации. Оно характеризует, как размеры помещения (в малых помещениях за единицу времени происходит большее количество переотражений, и звук затухает быстрее, чем в больших), так и отражающие свойства его поверхностей (стен, пола и потолка).

Спектральный состав отраженных сигналов в больших и малых помещениях также отличается, поэтому реверберация несет в себе информацию о размере помещения. Помимо размеров спектр реверберационного сигнала характеризует материалы, из которых изготовлены отражающие поверхности. Например, реверберация, в которой высок уровень высокочастотных составляющих, ассоциируется с комнатой с твердыми стенами, хорошо отражающими высокие частоты. Если же звук реверберации глухой, то слушатель приходит к выводу, что стены комнаты покрыты коврами, драпировками и прочими абсорберами высоких частот.

Помимо определения характеристик помещения, включение реверберационного сигнала в состав воспроизводимого звука полезно и для определения расстояния до звукового источника. Оценивая отношение уровня прямого звука к отраженному, мы можем сделать выводы о том, находится ли он близко (слабая реверберация) или далеко (сильная реверберация).Имитация реверберации в системах позиционированного объемного звука необходима для передачи пространственного контента. Она дает информацию о размере и характеристиках помещения, расстоянии до звукового источника и таким образом существенно добавляет реализма воспроизводимой записи.

Для имитации реверберационных эффектов зачастую используют геометрическую модель воспроизводимого звукового пространства. Эта модель учитывает позицию слушателя, звукового источника и отражающих поверхностей. Вводя коэффициенты отражения, геометрическая модель позволяет построить систему мнимых источников, уровень которых ослаблен в соответствии с этими коэффициентами и получить достаточно правдоподобную реверберационную картину, учитывающую ранние отражения звука от стен.

Особенности психоакустического восприятия

Создание 3-мерного позиционируемого звука с помощью 2 громкоговорителей является весьма сложной, практически невыполнимой на сегодняшний день задачей. Это утверждение было бы справедливо, если бы не одна важнейшая особенность нашего слуха. Дело в том, что при недостатке информации или же при поступлении такой информации, которая не соответствует той, что хранится у нас в памяти, человеческий мозг самостоятельно достраивает звуковую картину до той, которая укладывается в его представления о звуках, существующих в реальном мире. Иными словами, для того, чтобы "обмануть" наш мозг совершенно не обязательно в точности воссоздавать желаемый звуковой образ. Достаточно лишь "намекнуть" ему, чтобы он "извлек из памяти" ту 3-мерную картину, которая нам нужна. В качестве аналогии можно привести метод записи музыки в формате MP3. Всем известно, что в этих записях отсутствует множество информации, которая, казалось бы, просто необходима для адекватного восприятия музыки. Тем не менее, информации все же оказывается достаточно для более или менее достоверной передачи - недостающую звуковую информацию мозг достраивает самостоятельно.

Помимо этого, не следует забывать, что в домашнем кинотеатре кроме звука есть еще и изображение, т.е. наш мозг помимо звуковой получает еще и зрительную информацию. Это очень существенный момент, поскольку появление еще одного (кстати, основного) информационного канала позволяет существенно упростить процедуру "введения нашего мозга в заблуждение", а следовательно добиться пресловутого "эффекта присутствия" к которому мы собственно и стремимся, просматривая фильмы в домашнем кино.

КАКИЕ ЗАДАЧИ ДОЛЖНЫ РЕШАТЬ СИСТЕМЫ ОКРУЖАЮЩЕГО ЗВУКА?

Итак, наш слуховой аппарат использует различные механизмы для определения местоположения источника звука в пространстве. Поскольку все эти механизмы строятся на сравнении поступающих в головной мозг сигналов с теми, что "хранятся" у него в памяти, то, используя определенные алгоритмы обработки звука можно "обмануть" его и заставить поверить в то, что звуковой источник расположен там, где на самом деле его нет. Именно на этом и построены современные алгоритмы построения 3-мерного звукового пространства в компьютерных играх и, что более важно для нашего издания, домашних аудио-видео системах.

Прежде чем перейти к рассмотрению конкретных алгоритмов построения виртуального звукового окружения, мы рассмотрим основные задачи, которые этим системам приходится решать.

Определение направления на звуковой источник

Как уже упоминалось выше, для определения направления на источник звукового сигнала используются все три основных алгоритма пространственной локализации: - по амплитудной разнице сигналов в слуховых каналах, по фазовой задержке звука, пришедшего к правому и левому уху, а также по оценке спектрального состава звука, трансформированного ушной раковиной в зависимости от направления его распространения.

Вертикальная (высотная) локализация

Все, о чем мы говорили выше, относилось в первую очередь к локализации звукового источника в горизонтальной плоскости. Однако, как нам кажется, мы не раскроем особой тайны, если скажем, что человек может определять направление на звуковой источник не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости. Механизм определения высоты источника имеет некоторые отличия от способов, описанных выше. Если при оценке угла в горизонтальной плоскости основополагающим инструментом является бинауральное свойство слуха (т.е. наличие двух приемников звукового сигнала - ушей), то определение высоты в основном моноауральное - используется в первую очередь строение ушной раковины. Как уже упоминалось, ушная раковина представляет собой своеобразный частотный фильтр с параметрами фильтрации, зависящими от направления на источник. В сложном звуковом сигнале определенные частоты усиливаются ушной раковиной, а другие наоборот ослабляются. При изменении высоты источника частотная характеристика сигнала поступающего в слуховой канал также будет меняться.

Определение расстояния до источника

Помимо того, что человек может определять направление на звуковой источник, свойства слуха позволяют ему оценивать и расстояние до него. Одним из механизмов определения расстояния является оценка интенсивности звукового сигнала. Например, при относительно небольших расстояниях увеличение расстояния до источника в 2 раза соответствует изменению уровня звукового давления на 6 дБ. Однако данный механизм не всегда оказывается работоспособным, поскольку уровень звука от слабого, но близко расположенного источника может быть таким же, как от мощного, но удаленного на значительное расстояние.

При малых расстояниях до источника в действие вступает механизм оценки изменения спектральных составляющих сложного сигнала, которое происходит в связи с искажением фронта звуковой волны головой и ушными раковинами.Одним из важнейших механизмов, позволяющих нам определять расстояние до источника в помещении, является сравнение прямых сигналов и отраженных от стен и потолка. Таким образом, эффект реверберации позволяет использовать один из наиболее точных механизмов локализации звукового источника в помещении.

Воспроизведение звука движущихся объектов

Для того чтобы правдоподобно передать звук от движущегося источника недостаточно только тех механизмов, которые были описаны выше. В соответствии с эффектом Доплера частота звука движущегося источника изменяется (звук становится более высоким при приближении объекта и более низким при его удалении). При прохождении объекта мимо позиции слушателя его звук резко меняет тональность.

Поглощение звука в воздухе

При передаче звучания удаленных объектов необходимо учитывать, что воздух поглощает высокие частоты значительно сильнее, чем низкие. Это означает, что чем дальше от вас находится виртуальный звуковой источник, тем более глухим должен быть его звук.

Огибание препятствий

Сюжеты кинофильмов зачастую подразумевают, что звук приходит к слушателю из-за препятствия, расположенного на пути к его источнику. Для того чтобы симулировать звук, доносящийся из-за препятствия, необходимо учитывать, что волны с малыми по сравнению с размерами препятствия длинами не смогут его обогнуть, и будут эффективно гаситься. Таким образом, высокочастотные составляющие звука источника, расположенного за препятствием, будут сильно ослаблены по сравнению с низкочастотными.

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ВИРТУАЛЬНОГО ЗВУКОВОГО ОКРУЖЕНИЯ

Бинауральное воспроизведение звука

Одним из методов построения 3-мерного звукового пространства с помощью 2 громкоговорителей являются так называемые бинауральные звуковые системы. Идея бинауральной записи и воспроизведения появилась достаточно давно, что, однако, не мешает нам рассмотреть ее более подробно.

Давайте предположим, что у нас есть возможность расположить два микрофона с абсолютно линейной амплитудно-частотной характеристикой непосредственно в слуховых каналах головы человека. В этом случае звуковые сигналы, воспринимаемые этими микрофонами будут содержать в себе всю информацию, необходимую для определения месторасположения звукового источника головным мозгом (об этом мы писали выше). Предположим, что нам удалось без изменений записать эти сигналы. Если затем подать их на головные телефоны (наушники) которые мы смогли бы поместить на место микрофонов, т.е. опять непосредственно в слуховые каналы, то воспринимаемый нами звук соответствовал бы первичному звуковому полю источника и также содержал бы всю необходимую информацию для локализации его источника в 3-мерном пространстве.

Эксперименты по созданию бинауральных звуковых систем проводились с помощью специального манекена, имитирующего человеческую голову, и продолжаются по сей день. Нужно отметить, что в этом направлении были достигнуты значительные успехи. Например, отмечено, что при бинауральной схеме звуковоспроизведения значительно повышается способность слушателя к локализации звуковых источников в 3-мерном пространстве, усиливается так называемый "эффект присутствия", который и является нашей целью в домашних развлекательных системах.
Однако, как легко догадаться, не все так гладко, иначе про обычную стереофонию и многоканальные системы домашнего кинотеатра мы бы уже давно забыли.

Во-первых, все люди разные и все они отличаются формой головы, тела, ушной раковины и т.д., поэтому записи, сделанные с использованием "искусственной головы" носят более чем усредненный характер, а этого порой бывает недостаточно для того, чтобы ввести в заблуждение наш мозг и создать иллюзию трехмерности.

Во-вторых, даже произведя идеальную запись сигнала непосредственно в ушных каналах "искусственной головы", мы не можем воспроизвести записанные сигналы непосредстевенно в слуховых каналах реального слушателя.

В-третьих, не существует аппаратуры, которая могла бы абсолютно точно записывать и воспроизводить звук (любая аппаратура вносит свои изменения, а в данном случае важны мельчайшие нюансы).

Наконец, многие просто не любят прослушивать музыку в наушниках, испытывая при этом значительный дискомфорт. Этот дискомфорт в частности связан еще и с тем, что при использовании качественных студийных или Hi-Fi наушников закрытого типа наши ушные раковины оказываются прижатыми к голове, а такое положение является для них неестественным, что приводит к снижению точности пространственного восприятия и быстрой утомляемости.
Широкому распространению бинауральных звуковых систем мешает также и то, что записи для них, очевидно, должны быть сделаны специальным образом (обычные стерео записи не подойдут, поскольку они не несут всей необходимой для пространственной локализации информации). Такие записи в принципе есть, но их крайне немного, да и стоят они достаточно дорого, поэтому их следует рассматривать скорее как демонстрационный материал, нежели реальную возможность для использования в системах домашнего развлечения.

Функции HRTF

Идея записи и воспроизведения 3-мерного звука с помощью бинауральных систем получила свое развитие с появлением и совершенствованием процессоров звуковой обработки. Действительно звуковой сигнал, поступающий в слуховые каналы человека, получается за счет определенной трансформации (по частоте, фазе и уровню) сигнала излучаемого источником звука. Функции, по которым производится данная трансформация, получили название HRTF (Head Related Transfer Function или Передаточная Функция Головы). Стоит ли говорить, что эти функции слишком сложны для того, чтобы их можно было получить обычными вычислительными методами. Как правило, эти функции получают экспериментальным путем, измеряя параметры звукового сигнала с использованием описанных выше манекенов.

Проведение многочисленных экспериментов позволило разработчикам пространственных звуковых систем создать обширные базы данных, использование которых в современных звуковых процессорах позволяет добиться впечатляющих результатов. Действительно, если звуковой процессор, занимающийся обработкой сигнала, обладает достаточным быстродействием для расчета звуковых характеристик с использованием HRTF в реальном времени, то система, в которой он работает, сможет создавать 3-мерное звучание без использования специальных бинауральных записей и головных телефонов в слуховых каналах. Кстати, библиотека HRTF фильтров создается в результате лабораторных измерений, производимых с использованием манекена, носящего гордое название KEMAR (Knowles Electronics Manikin for Auditory Research) или с помощью специального "цифрового уха".

Алгоритм Crosstalk Cancelation

Современные процессоры позволяют обходиться вообще без наушников, а использовать обычные акустические системы, используя так называемый алгоритм Crosstalk Cancellation. Суть этого алгоритма в следующем. Предположим, что мы используем сигнал, обработанный звуковым процессором с использованием функций HRTF на обычные акустические системы. Предположим также, что используемые в процессоре функции позволяют учесть тот факт, что звуковые сигналы излучаются не наушниками, а удаленными от слушателя громкоговорителями. Однако даже при этом мы не сможем просто так получить желаемый результат. Дело в том, что наушники без проблем позволяют подвести сигнал, предназначенный для правого уха именно к этому уху и только к нему, левое ухо его слышать не будет. То же самое можно проделать с сигналом, предназначенным для левого уха. В случае использования обычных громкоговорителей это, к сожалению, невозможно. Сигнал, излучаемый левым громкоговорителем, будет восприниматься обоими ушами - и левым и правым, и наоборот.

Предположим, что при помощи 2 акустических систем необходимо спозиционировать виртуальный звуковой источник, находящийся в определенной точке слева от слушателя. Если запись звука этого источника производилась двумя микрофонами, разнесенными на расстояние эквивалентное расстоянию между ушами, то вполне вероятна ситуация, когда правое ухо вначале услышит кросстолк-сигнал с левого громкоговорителя и лишь затем полезный сигнал с правого. В силу эффекта Хааса (или иначе эффекта предшествования) полезный сигнал правой колонки в этом случае будет полностью проигнорирован. Эффект Хааса, кстати, заключается в том, что при обработке пакета аудио информации, состоящего из отдельных звуковых импульсов, слегка разделенных во времени, наш мозг использует только первый импульс для вычисления направления на источник, приписывая всем последующим те же самые пространственные координаты.

В рассмотренной выше ситуации слушателю будет казаться, что звучит только левая (т.е. ближайшая к записанному виртуальному источнику) колонка. Пространственной звуковой панорамы в этом случае получить не удастся.Для того чтобы устранить негативное влияние кросстолк сигнала в том или ином канале на восприятие аудио информации был разработан алгоритм Crosstalk Cancellation, который подразумевает "подмешивание" в левый громкоговоритель сигнала, предназначенного для правого громкоговорителя, но с определенной задержкой во времени. Эта задержка подбирается таким образом, чтобы звук, пришедший к правому уху от левого громкоговорителя, оказался в противофазе с "подмешанным" сигналом от правого громкоговорителя. При этом они нейтрализуют друг друга, и левое ухо будет воспринимать только сигнал с левой колонки, а правое - только с правой.

Даже в теории, как видите, все получается достаточно непросто, на практике же построение 3-D звука с помощью двух акустических систем является архисложной задачей. В частности, все расчеты, о которых мы написали выше, можно произвести только для конкретной области прослушивания, которая называется Sweet Spot (дословно - "сладкое пятно"). Как только слушатель покинет пределы этой области, алгоритм Crosstalk Cancellation естественно перестанет работать, поскольку требуемые сигналы перестанут приходить в противофазе. Естественно, очень многое зависит и от характеристик самого звуковоспроизводящего тракта и в первую очередь от акустических систем.

Большинство производителей все же пока ограничивается использованием упрощенных алгоритмов построения 3-D звука с применением усредненных (подходящих для большинства людей) функций HRTF. К сожалению, в результате, создаваемая звуковая картина также получается весьма усредненной либо же не получается вовсе.

Системы, работающие по принципу отражения от стен

Для того, чтобы создать эффект виртуального звукового окружения вовсе не обязательно производить сложную процессорную обработку аудиосигнала. Можно воспользоваться тем обстоятельством, что аудиосистемы в большинстве своем работают в закрытых комнатах, в которых есть отражающие звук поверхности - стены, пол и потолок. Именно этот принцип использует, к примеру, английская компания KEF, выпустившая систему громкоговорителей, состоящих из традиционного для этой компании модуля UniQ, обеспечивающего звучание фронтальных и центрального каналов, а также плоских звуковых панелей NXT, расположенных по бокам акустических систем и излучающих звук тыловых каналов. При корректном расположении акустических систем относительно места прослушивания и стен помещения звук тыловых каналов, отраженный от стен помещения придет к слушателю не спереди, а сбоку, обеспечив таким образом правдоподобное окружение.

Системы использующие только процессорную обработку

В принципе, к системам, использующим процессорную обработку для создания эффекта виртуального окружения, можно отнести практически любой современный AV-ресивер. Почти все эти аппараты имеют тот или иной алгоритм для имитации тыловых эффектов при помощи только двух громкоговорителей. Интересное решение предложила немецкая компания Audica, производящая стильные дизайнерские акустические системы. К примеру, в одном из наших тестов приняла участие 2-канальная система виртуального окружения, однако в ней были использованы не 2 фронтальных громкоговорителя, а фронтальный и тыловой. Эти акустические системы располагаются горизонтально (наподобие АС центрального канала в обычных 5-канальных театральных системах) и имеют возможность подключения сразу нескольких каналов (правого, левого и центрального для фронтальной АС и левого и правого тыла для задней колонки). При этом каждый канал звуковоспроизведения использует свой собственный набор динамических головок, заключенных в едином корпусе. Данные АС требуют подключения к обычному AV-ресиверу, и как показал дальнейший тест их желательно использовать с теми или иными алгоритмами расширения звукового пространства.

Системы с особой конфигурацией динамиков и процессорной обработкой

Как мы уже упоминали разработка и применение комплекса функций HRTF для системы, воспроизводящей звук через обычные громкоговорители, является очень сложной задачей. В связи с этим многие производители идут на определенный компромисс, проводя обработку звука по упрощенному алгоритму, но зато используя специальную конфигурацию установки динамиков в громкоговоритель.

Например, компания Polk Audio предложила горизонтальный громкоговоритель Surround Bar, в котором основной сигнал виртуального тыла подается на один комплект динамиков, а корректирующий сигнал для устранения кросстолк-эффекта - на другой комплект динамиков, отстоящих от основных на расстояние, примерно равное расстоянию между человеческими ушами.

Компания Aleks Digital Technology предложила использовать комплект, состоящий из горизонтальной АС с тремя комплектами фронтальных динамиков и двумя боковыми, расположенными на торцах колонки. Эффект виртуального окружения достигается за счет аналоговой обработки аудиосигнала, которая манипулируя фазовыми сдвигами позволяет подать необходимый сигнал на тот или иной комплект динамических головок.

Очень интересное решение предложила датская компания Final Sound, известная производством электростатических громкоговорителей самого высокого уровня. В системе Final звук, подвергаясь процессорной обработке, подается на 2 фронтальные электростатические системы. Как известно, электростаты имеют биполярную характеристику направленности. Подавая на них дополнительный сигнал с фазовой задержкой, можно получить практически однородное звуковое пространство, окружающее слушателя в любой точке комнаты прослушивания.

Японская компания Yamaha, известная своими многочисленными достижениями в области цифровой обработки звука, продолжает развивать направление звуковых проекторов, которые стали весьма успешным коммерческим продуктом в ряде стран мира. Идея звукового проектора заключается в размещении большого количества динамических головок в одной плоскости громкоговорителя. Каждый из динамиков имеет собственный усилитель и управляется цифровым процессором, который может производить фазовые манипуляции.

Razer Surround формирует лучшую виртуальную среду объемного звучания формата 7.1 вне зависимости от того, какой гарнитурой вы пользуетесь.

Многие существующие технологии создания виртуального объемного звука оказываются неточными, потому что люди по-разному воспринимают симулированное звуковое пространство. Именно из-за этого виртуальный объемный звук, зачастую уступает обычным наборам колонок.

Алгоритмы, лежащие в основе Razer Surround, создают невероятно точную среду объемного звучания и позволяют пользователю самому настраивать положение источников звука. Именно такая калибровка дает возможность Razer Surround обеспечить точность восприятия в игре, а геймеру получить игровое преимущество.

Лучший в своем классе виртуальный объемный звук 7.1

Razer Surround - это современная система обработки, формирующая виртуальный объемный звук 7.1. Качественное звучание позволит вам целиком погрузиться в игру. В обычных системах виртуальной обработки звука используются принципы универсальности: звук формируется на базе усредненных показателей размера и формы ушей. При таком подходе невозможно настраивать звук под конкретного пользователя.

Razer Surround позволяет провести индивидуальную калибровку звука и выбрать идеальные значения параметров. Система учитывает особенности формы ушей и возможности гарнитуры и на основании этого создает максимально возможное реалистичное звучание.

Хранение персональных настроек в облаке

Сначала вы задаете параметры звуковой среды, проходя ряд несложных аудиотестов. На основании полученных данных система, используя уникальные алгоритмы обработки, формирует реалистичные звуки, идущие из любого направления и расстояния: учитываются задержки, наложение звуков, амплитуда и другие факторы. Индивидуальные параметры, полученные в ходе калибровки, автоматически сохраняются в облаке, чтобы вам не приходилось повторять настройку.

Придя в клуб, к друзьям или участвуя в чемпионате, вы просто входите в систему - и тут же настраивается оптимальная звуковая среда на основании индивидуальной калибровки алгоритмов обработки звука. Оказаться в игре на самом деле очень просто.

Поддержка всех стереогарнитур!

Razer Surround дается вам в качестве бонуса. Когда вы используете обыкновенную стереогарнитуру, возможности аудио раскрываются лишь наполовину.

Выполнив калибровку в мастере Razer Surround, вы узнаете подлинный потенциал современного звука в игре - вы научитесь выслеживать врагов благодаря своему слуху. Ваши игры зазвучат по-новому - вы с головой уйдете в этот мир.

Скрытый в глубине Windows 10 Windows Sonic — это современная технология для создания виртуального объёмного звука в играх и при просмотрах фильмов . Давайте разберемся как активировать эту функцию.

Обновление Creators принесло множество новых функций операционной системе Windows 10. Некоторые из этих новых функций получили много внимания и стали широко известны, но некоторые другие совсем не так популярны и до сих пор остаются в тени. Так обстоит дело с новой функцией формата Sonic For Headphone Spatial Sound , которая по сути является эмулятором объемного звука для наушников.

Новый формат пространственного звука в «Creators Update» в первую очередь предназначен для расширения возможностей звуковых возможностей с помощью HRTF (head related transfer function) , встроенных в Microsoft HoloLens. Эта технология отлично работает с любыми стереонаушниками хорошего качества.

Недавно я начал изучать эту новую функцию на своем компьютере, просматривая отличные фильмамы жанра Sci-Fi на Netflix. Я подключил свою беспроводную игровую гарнитуру Creative Sound Blaster Tactic3D Rage, включил функцию пространственного звука Windows Sonic для наушников, поднял громкость и был потрясен потрясающим звуком спецэффектов и музыки в фильмах, которые я смотрел.

Не пропустите:

Формат Windows Sonic Spatial Sound действительно отлично работает как с играми, так и с фильмами. И в некоторой степени это даже работает с вашей цифровой музыкой.

Что такое пространственный звук?

Dolby Atmos для наушников

В Windows 10 у вас есть выбор, какой алгоритм создания виртуального объёмного звука использовать:

• Dolby Atmos — платный вариант, нужно заплатить $14.99 за его использования;
• Windows Sonic — бесплатный вариант, технология разработана в Microsoft.

Какую из этих двух технологий выбрать — решаете только вы. Скажу лишь, что бесплатный вариант от Microsoft даёт очень хороший результат и огромной разницы между Windows Sonic и Dolby Atmos вы не услышите, хотя, повторю, решать вам.

Описание Windows Dev Center говорит, что функция Spatial Sound в Creators Update поддерживает Dolby Atmos для наушников. Чтобы эта функция активировалась вам нужно установить приложение Dolby Access, которое вы должны загрузить из Windows Store. Вы можете скачать его на 30 дней бесплатно, но для полноценного использования вам нужно купить право пользования за $14,99. Аудио и видео демонстрации, которые поставляются с пробным приложением Dolby Access, удивительны, я рекомендую вам послушать их собственными ушами.

Наушники для Sonic Spatial Sound

Почему я так настаиваю на том, чтобы наушники были хорошими? Всё просто — только хорошие наушники могут создать достаточно объёмную звуковую картину и обеспечить необходимый уровень детализации звука. Конечно, вы можете подключить к компьютеру абсолютно любые наушники, но в простых и дешевых моделях вы просто не услышите разницу, или звук для вас может стать даже хуже, чем был до этого.

Настройка Windows Sonic для наушников

Настройка звукового интерфейса Windows Sonic для наушников проста. Проверьте ваше версию Windows 10, у вас обязательно должно быть установлено глобальное обновление Creators Update.

Для начала подключите к компьютеру наушники. Если вы не подключаете наушники перед началом настройки, у вас не будет доступа функция Sonic Spatial Sound.

После подключения наушников щелкните правой кнопкой мыши на значок «Динамики» на панели задач. В контекстном меню выберите Пространственный звук (Нет), как показано на рисунке выше.

Когда вы выберете «Пространственный звук», вы увидите диалоговое окно «Свойства динамиков» с выбранной вкладкой «Пространственный звук», как показано на рисунке выше.

Чтобы продолжить, нажмите стрелку вниз и выберите Windows Sonic для наушников, как показано на рисунке выше.

Когда вы это сделаете, вы увидите, что флажок «Turn On 7.1 Virtual Surround Sound » установлен автоматически, как показано на рисунке выше. Этот параметр позволяет обеспечить надлежащую многоканальную обработку, так что звук, который вы услышите в гарнитуре, будет воспринимается как более объёмный и точный в позиционировании.

Проверка эффектов от включения функции Windows Sonic

Ну, а теперь самое интересное — проверка эффективности работы виртуального объёмного звука. Помните, чтобы функция Windows Sonic работала, ей нужен материал. Это значит, что если вы хотите получить объёмный звук при просмотре фильмов, убедитесь, что фильм имеет аудиодорожку 5.1 или 7.1. Если у фильма будет обычная стереодорожка 2.0 вы не получите заветного объёмного звука.

Тоже самое касается игр, если звуковой движок игры поддерживает вывод звука в формате 5.1 или 7.1, тогда у вас всё будет хорошо, но некоторые игры на это не способны, и поэтому функция Windows Sonic будет в них бесполезна. Но ради спокойствия могу сказать, что 95% современных игр прекрасно умеют отдавать звук в формате 5.1, так что включайте Windows Sonic и вперед — в бой!