Как сделать объемный звук в наушниках

Полное погружение в объемный звук в наушниках

Вы когда-нибудь мечтали о возможности наслаждаться просмотром кино или играть в видеоигру в полном объемном звучании, не беспокоя соседей или членов семьи? И наверняка думали, что наушникам никогда не передать реальный объемный звук – только некоторые 3D- эффекты.

Но давайте подумаем. У нас есть только два уха. И когда мы слышим звук, наш мозг должен быть в состоянии определить откуда он идет, направление стереосигнала, который «падает» на наши барабанные перепонки. А что если мы попытаемся грамотно вправо/влево отрегулировать стереозвук в попытке сымитировать положение источника, как если бы, например, звук шел сзади нас?

Описанный выше механизм, как правило, относят к системе HRTF. Эта технология работает, но у нее есть один серьезный недостаток: она работает до тех пор, пока человек находится в полной неподвижности. Но это условие мало выполнимо в реальном мире. Хотя мы и не передвигаемся активно при просмотре фильма или за игрой, наша голова всегда продолжает делать небольшие движения. Если обрабатываемый звук не следует за головой, эффект объемного звучания быстро теряется. Как следствие, любая технология объемного звучания для наушников, не оснащенная системой отслеживания движения головы, в конечном счете, терпит неудачу.

В прошлом году финская компания DSPeaker представила HeaDSPeaker Home. Запатентованная в США технология отслеживания движений головы обеспечивает точное позиционирование слушателя в окружающем звуковом поле. Наличие обратной связи между положением головы и звуком в наушниках помещает слушателя в самый центр музыкальной сцены и уже через короткое время обеспечивается полное погружение в происходящее на экране.

Система окружающего звучания DSPeaker HeaDSPeaker Home предназначена для работы с любыми стереонаушниками. В устройстве предусмотрено шесть режимов создания окружающего звукового поля, а также тест-сигнал для пользовательской настройки. Конструктивно система DSPeaker HeaDSPeaker Home состоит из двух частей – следящего датчика, который крепится на оголовье наушников и блока DSP. Блок звукового процессора получает входной многоканальный сигнал и формирует специальный стереосигнал для наушников. Входной цифровой сигнал может быть кодирован в Dolby Digital или DTS, и подается на оптический вход. Также DSP может работать и с двухканальным аналоговым сигналом, например, снимаемым с аудивыходов современных игровых приставок. И, наконец, устройство оснащено USB-входом для подключения к PC или Mac, и может работать в качестве внешней 5.1 или 7.1 звуковой карты.

Особенности цифрового акустического корректора DSPeaker HeaDSPeaker Home:

– Декодирование дорожек Dolby Digital и DTS

– Датчик слежения за положением головы слушателя

Как получается объемный звук в наушниках

Прежде, чем понять, как появляется «трехмерный» звук и почему мы его не слышим через некоторые колонки, необходимо разобраться в устройстве нашего уха. Звук — это волна, давящая на барабанную перепонку. Нервные клетки преобразовывают эту вибрацию в электрический сигнал, который направляется в мозг. Разум распознает и интерпретирует волну, превращая ее в бах, визг, скрип и прочее. Благодаря этому мы способны отличить звук падения монеты от крика чайки.

Читать еще: Полезно ли прыгать на скакалке

Почему мы слышим 3D-звук

Мозг с помощью матушки эволюции пришел к выводу, что есть необходимость определить, с какой стороны рычит зверь, а с какой собрат по племени призывает спрятаться в уютную норку. Для этого пришлось научиться воспринимать окружающие звуки двумя ушами с разной скоростью. Разница в 0,7 миллисекунд между правым и левым ухом помогает определить, откуда кричит зверь с точностью до 3 градусов по горизонтали. Если угроза прячется на дереве или сидит на скале, точность определения локации снижается до угла в 15 градусов по вертикали. В целом этого достаточно, чтобы не быть съеденным.

Мозг — удивительный инструмент, способный различать отдельные музыкальные инструменты, тембр голоса, отражение звуковой волны от окружающих предметов: мебели, стен, потолка, окон. Мелодия, звучащая в пустой комнате, значительно отличается от той, что играет в помещении с мебелью. Идеально предать природный звук с помощью технических средств позволяет только бинауральное звучание — восприятие звука двумя ушами.

Первое устройство, компенсирующее разницу достижения звука к обоим ушам, презентовал Скотт Алисон в 1858 году — псевдофон (прибор, который перемещает пространственное расположение звуков так, что те, которые обычно поступают в правое ухо, начинают поступать в левое, и наоборот; был разработан для изучения процесса локализации звуков — прим. ред.). Благодаря особой заслонке в вертикальной и горизонтальной плоскостях, инженер создал иллюзию объемного звука. Спустя 75 лет ученым удалось добиться схожих результатов с помощью HRTF(функция, определяющая то, как именно человек воспринимает звук, исходящий из определенной точки в пространстве — прим. ред.).

Устройство наушников

В центре каждого динамика расположен магнит, рядом катушка и мембрана. Ток проходит через катушку, создавая магнитное поле, колебания воздействуют на мембрану. В результате этого движения создается высокое и низкое давление на окружающее воздушное пространство, появляется звуковая волна. Такого же результата можно добиться более примитивным способом, ударив палкой по пустой бочке — вибрация создаст сжатые потоки воздуха, которые принесут в наше ухо «мелодичный» звук.

Пляски с бубном

Основная проблема в передаче качественной записи объемного звука — строение человеческого тела. Уши человека, как и отпечатки пальцев или сетчатка глаза — уникальны. Это означает, что каждый из нас по-разному воспринимает один и тот же звук. Немного подумав, ученые решили — нужно решать проблему радикально, отрезав ушную раковину. Занимались этими странными делами в научно-исследовательской лаборатории Белла в 1931–1932 годах в США. Экзекуции подвергался манекен, в его слуховые проходы были внедрены микрофоны. На записывающие устройство транслировались звуки музыкальных инструментов хора.

Читать еще: От чего появляются схватки если. Когда нужно ехать в роддом. Что происходит в организме

Добившись идеального звучания в искусственной голове, ученые дали послушать запись с ушных микрофонов испытуемым. Подопытные отметили высокое качество звука, натуральность и возможность различить отдельные инструменты, объемное звучание. Но запись не была идеальной. Оказалось, что кроме раковин, влияние на восприятие оказывает строение ушного канала, расположение костей черепа. В лаборатории стали делать новые манекены по слепкам голов реальных людей. Собрав с десяток паттернов, ученые откалибровали звучание по усредненному варианту. Теперь бинауральные записи могут слушать практически все, чьи уши не сильно отличаются от среднестатистических.

В сети есть ролик для имитации обычного сеанса в барбершопе, после просмотра которого можно ощутить себя в парикмахерском кресле:

На второй объясняется секрет записи объемного звука. Все просто — нужно использовать два микрофона, установленных по схеме А–Б, а воспроизводить запись — в 7-канальном режиме.

Колонки не дают полноценный объем?

Восприятию звука мешают окружающие предметы, наше собственное тело, голова, извилистость ушной раковины. Колонка одновременно транслирует сигналы для двух ушей, в результате правое ухо слышит звуки, предназначенные для левого и наоборот. Наушники четко разделяют звук для каждого уха. Создатели игр и фильмов давно бьются над проблемой объемного звучания, и они нашли несколько интересных решений. Существуют аудиодрайвера, так называемые «искусственные ушные раковины», позволяющие имитировать местоположение источника в виртуальном пространстве. Эффект можно почувствовать в наушниках при просмотре видео:

Трехмерный звук, распространяемый в пространстве, имеет высоту, ширину и глубину. Для полного погружения в среду искусственно создается вибрация, добавляется 5–7 источников сигнала, воздействующих попеременно с разным отклонением на правое или левое ухо.

Настраиваем 3D-звук в наушниках

Требуемого эффекта помогают добиться Sound-драйверы. В последней Windows есть специальные настройки для наушников. Технология была разработана Windows Sonic и Dolby Atmos.

Потребуется OS Windows, мышка и один щелчок по правой кнопке на значке аудио, в выпадающем меню необходимо выбрать пункт «Пространственный звук», нажать «Включить» и можно смело воспроизводить еще один ролик:

Технология NSS от Lear позволит услышать объемный звук в наушниках

Китайская компания Lear начала свой путь как один из многих изготовителей кастомных внутриканальных мониторов, но быстро показала, что они готовы к любым инновациям и не боятся идти на эксперименты. Сложнейшее устройство их флагмана, гибридной модели Lear BD4.2 продемонстрировало это очень наглядно, но в компании решили, что им недостаточно экспериментов со звуком в рамках имеющихся уже наработок, и начали совершенно новый проект, амбициозно названный «Система естественного звука», или Natural Sound System.

Читать еще: Чтобы муж не смотрел на другую. Чтобы парень не изменял применяется проверенный заговор

Для начала необходимо сделать небольшое отступление в область психоакустики, это научная дисциплина, изучающая особенности восприятия звука человеком. Из этой интереснейшей области знаний нас интересует один вопрос — как человек отличает направление на источник звука (эта способность называется бинауральным эффектом). На данный момент открыто три механизма, с помощью которых человек способен это сделать.

Разница в амплитуде сигнала (громкости звука). Этот метод работает в основном для частот выше 1 КГц, поскольку для них длина волны меньше размера головы человека. То ухо, которое слышит звук громче — находится к нему ближе, и по разнице громкости мы определяем направление.
Разница в фазе сигнала. Нейроны, воспринимающие звук, способны определить сдвиг фазы звукового сигнала, вызванный разницей времени, за которое он доходит до каждого уха, в 10–15°, это соответствует точности определения около 10 мкс. Лучше всего этот механизм работает также на частотах около 1—4 КГц
Разница в спектре сигнала. Звук отражается от ушной раковины, головы и даже плеч, это вносит в спектр сигнала искажения, которые наш мозг также использует в роли источника информации о направлении сигнала (особенно в вертикальной плоскости). Этот механизм достаточно неточен, поскольку в отличие от многих животных, человек не обладает подвижными ушными раковинами, и для более точного определения направления мы вынуждены вращать головой.

Все описанные выше способы определения направления основаны на том, что мы слышим звук сразу двумя ушами. Обычные стереозаписи создаются чаще всего для прослушивания в колонках, а в этом случае вы все равно слышите сигнал обоими ушами: левое ухо слышит и правую колонку, и наоборот. При прослушивании в наушниках каждое ухо слышит только свой сигнал, поэтому записи в наушниках часто звучат не так объемно и естественно, как в колонках.

Еще один способ решения данной проблемы — появляющиеся в последнее время бинауральные записи, сделанные специально для наушников. Для создания подобных записей используют муляж человеческой головы, с установленными в «ушах» микрофонами. Это дает запись, приближенную к тому, что мы слышим, и при прослушивании таких записей на наушниках мы слышим очень реалистичный объем. Один из самых ярких альбомов подобного рода, выпущенных в последнее время, это Dr. Chesky’s Sensational, Fantastic, And Simply Amazing Binaural Sound Show. Проблема в том, что таких записей не так много, да и слушать знакомую музыку с объемом тоже хочется.