Технология создания 3D звука




Теперь немного теории



Теперь немного теории

Поговорим о технологиях от QSound Labs, которые поддерживает карта 368DSP на базе чипа ThunderBird 128.

Компания QSound на рынке звуковых решений для PC пока имеет сильные позиции только в области воспроизведения звука через наушники и две колонки. При этом свои алгоритмы для воспроизведения 3D звука через колонки QSound создает исходя из результатов тестирования при прослушивании реальными людьми, т.е. не довольствуется математикой, а делает упор на восприятие звука слушателями. И таких прослушиваний было проведено более 550000. В случае с воспроизведением через наушники используются HRTF фильтры, амплитудная и временная разницы между двумя звуковыми сигналами, достигающими ушей слушателя. Такой подход применяется всеми компаниями, а вот для воспроизведения 3D звука через колонки QSound идет своими собственным путем.

Для воспроизведения позиционируемого звука в 3D пространстве инженеры QSound разработали два алгоритма Q1 и Q2, которые включены в звуковой движок под названием Q3D. Алгоритм Q1 рассчитан на обработку звуковых потоков, которые будут воспроизводиться через колонки, а алгоритм Q2 рассчитан на воспроизведение звука через наушники. Оба алгоритма используют совершенно разные фильтры и процессы обработки звука. Каждый из алгоритмов применяет к арбитрируемому монофоническому сигналу специальные фильтры локализации источника звука в 3D пространстве, в следствии чего в выходной стерео сигнал добавляются информация о расположении источника звука в пространстве в форме временной, фазовой и амплитудной разниц между двумя каналами. За счет управления специальным образом параметрами можно менять звук так, будто источник звука движутся в пространстве. В большинстве случаев изменение параметров фильтров можно осуществлять в режиме реального времени. Возможно применение алгоритмов к нескольким раздельным сигналам, а затем суммирование результирующих стерео сигналов и воспроизведение единого стерео сигнала, содержащего информацию о положении в пространстве каждого отдельного источника звука. При этом процесс выполнения алгоритмов может быть совмещен с процессом микширования сигналов, что способствует высокой общей эффективности и низким потребностям к доступным ресурсам. Алгоритмы Q2 реализуют наложение фильтров HRTF с использованием временных и амплитудных разностей сигналов. Алгоритмы Q1 способны создавать четыре раздельных выходных сигнала, что позволяет использовать четырехкомпонентные акустические системы. В Q1 не используются алгоритмы cross-talk cancellation, что позволяет сэкономить вычислительные ресурсы. Благодаря тому, что в основе алгоритмов Q1 лежат данные реальных прослушиваний, пользователю предоставляется большая свобода действий при выборе типа колонок и их расположения в пространстве. Ввиду такого подхода на тыловых колонках используется обычное панорамирование.

Кроме использования базовых процессов для создания позиционируемого 3D звука используются и другие дополнительные параметры, позволяющие сделать звучание более естественным. К этим параметрам относится частота дискретизации звуковых семплов (например, для имитации эффекта Допплера), управление уровнем громкости отдельных звуков в реальном времени для корректного микширования. Для того, чтобы в процессе изменения частоты дискретизации не возникали слышимые артефакты, применяются специальные алгоритмы интерполяции.

Чтобы сделать модель акустики более реалистичной, используются такие эффекты окружающей среды, как управляемая реверберация. Для реализации эффектов реверберации QSound создан движок QEM.

QSound ориентруется на использование интерфейса DirectSound3D от Microsoft, поэтому движок Q3D программно или аппаратно работает в паре c DS3D. Во второй версии Q3D 2.0 добавлена поддержка реверберации. Чип ThunderBird 128 является DSP и аппаратно выполняет алгоритмы Q1 и Q2, а также микширование сигналов и реализацию дополнительных эффектов.

QEM (QSound Environmental Modeling) - это sound rendering engine, позволяющий воспроизводить реверберацию с использованием интерфейса EAX 1.0 от Creative. QEM работает через EAX 1.0 под управлением движка Q3D 2.0. Кроме того, QEM позволяет добавлять эффект реверберации в игры, работающие через API DS и не поддерживающие EAX 1.0. QEM обеспечивает воспроизведение акустики окружающей среды или реверберации определенного качества за счет учета таких факторов, как размер помещения и тип материалов, из которых сделаны объекты среды. Следует ожидать, что QEM 2.0 будет совместима с EAX 2.0 и I3DL2.

QXpander - позволяет расширить звуковое поле при воспроизведении обычного стерео звука. Эта технология базируется на использовании алгоритма Q1. Звуковое поле расширяется за счет того, что источники звука разносятся максимально далеко друг от друга, при этом моно звуковые сигналы дублируются на обоих звуковых каналах.

QSurround позволяет воспроизводить многоканальный звук типа Dolby Digital через две колонки с обеспечением объемного звучания за счет применения алгоритма Q1. При этом воспроизводится фантомный центральный канал, улучшается звук фронтальных каналов за счет добавления низкочастотного канала ".1" и создаются виртуальные колонки для боковых и тыловых сигналов для того, чтобы все звуковые сигналы воспроизводились так, как если бы использовалось не две, а много колонок. При этом работа сабвуфера также не исключена. Результат применения QSurround это не просто стерео звук с расширенной базой, так как информация о тыловых и боковых сигналах сохраняется. К слову, QSurround имеет сертификат от Dolby Labs на процессы Dolby ProLogic и Dolby Digital. Замечу, что никакого декодирования многоканального звука не применяется.

Для воспроизведения звука через четыре колонки QSound использует технологию QMSS, которая позволяет воспроизводить обычный стерео звук через 4 (и более) колонки за счет создания раздельных звуковых каналов. Замечу, что в QMSS не применяется метод простого повтора сигналов фронтальных колонок в тыловых. Вместо этого создаются раздельные четыре (или более) каналов, каждый из которых содержит необходимую информацию для правильного воссоздания стерео сигнала вокруг слушателя. При этом возможно добавление эффекта реверберации к тыловым колонкам, что способствует лучшему восприятию звука. Особенность технологии QMSS позволяет использовать четыре колонки для воспроизведения звука с применением на звуковой карте кодека типа STAC9704.

К сожалению технология QMSS неприменима в играх. Однако QSound ведет работы по созданию новой технологии воспроизведения 3D звука через четыре и более колонок, которая будет рассчитана на воспроизведение позиционируемого 3D звука. Новая технология будет поддерживаться в наследнике ThunderBird 128 - DSP чипе ThunderBird Avenger.

Еще раз подчеркну, что QSound Labs стоит на позициях, состоящих в том, что главное при моделировании звука не то, как это делается и с помощью каких алгоритмов, а то, как слушатель воспринимает созданный звук. При этом QSound славится очень эффективно реализованными алгоритмами и разумным распределением доступных ресурсов (именно их менеджер ресурсов был лицензирован Microsoft и включен в DirectX).







Начало  Назад  Вперед



Книжный магазин