Технологии ЗD-звука: позиционирование

Конечно же, восприятие звука строго индивидуально у каждого человека (оно зависит от формы уха, возраста и психологического настроя в конкретный момент). Таким образом, никогда не будет однозначного мнения о звучании той или иной звуковой карты или эффективности той или иной технологии 3D-звука. Воспроизведение же звука сильно зависит от звуковой карты и колонок, а также от конкретной реализации звукового движка в игре.

Рассмотрим, как же создается эффект 3D-звука. Начнем с простейшей технологии 2D-панорамирования. Эта технология применялась еще в DOOM от небезызвестных ID Software — все просто: каждый моноисточник звука играется как стерео, а позиционирование создается за счет изменения громкости левого или правого каналов. В такой системе нет вертикального позиционирования, но возможна реализация эффектов, связанных, скажем, с небольшим изменением (фильтрацией высоких частот) звука, когда он находится сзади слушателя, так как в реальности мы слышим слегка заглушенный звук, если он находится за головой слушателя.

Теперь мы подошли к аппаратной реализации. На двух колонках или в наушниках звуковая карта эмулирует положение источника звука с помощью HRTF (Head Related Transfer Function). Фильтрация и другие преобразования эмулируют поведение слуховой системы человека.

HRTF (Head Related Transfer Function) — это передаточная функция, моделирующая восприятие человеком звука посредством двух ушей для определения местоположения источников в пространстве. Наши голова и туловище являются в некоторой степени препятствием, задерживающим и фильтрующим звук, поэтому ухо, скрытое от источника звука головой, воспринимает измененные звуковые сигналы, которые при "декодировании" мозгом интерпретируются соответствующим образом для правильного определения местоположения источника звука.

На слайде слева изображены три HRTF (позиция источника звука азимут 135 градусов и 36 градусов) трёх разных людей для левого и правого уха соответственно. Можно заметить определенные закономерности на всех трёх функциях. Откуда же они берутся? В большинстве своем они записываются с помощью специальных методик и специальных стереомикрофонов, которые вставляются в уши человека или специального манекена (KEMAR). Фирма Sensaura, например, использует синтетические HRTF, используя те самые закономерности, которые мы можем наблюдать на иллюстрации. Например, пик в районе 2500 Гц и спад около 5000 Гц для данной точки в пространстве. Другие фирмы используют усредненные HRTF.

По сути, вся система — это два FIR-фильтра (Finite Impulse Response), передаточная характеристика которых и есть HRTF. Так как HRTF дискретные, и хранить мегабайты HRTF для долей градуса накладно — реальное положение источника просчитывается интерполяцией HRTF.

Содержание раздела