Пространственный звук: объяснение иммерсивного 3D-позиционирования звука

Мир аудио постоянно развивается. Мы перешли от моно к стерео, затем к объемному звуку, а теперь вступаем в эру пространственного звука. Пространственный звук, также известный как 3D-аудио, — это технология воспроизведения звука, которая создает реалистичный и иммерсивный слуховой опыт, точно размещая звуки в трехмерном пространстве. Это выходит за рамки традиционного объемного звука, создавая ощущение высоты и глубины, заставляя слушателя чувствовать себя по-настоящему внутри звукового ландшафта.

Что такое пространственный звук?

Пространственный звук стремится воссоздать то, как мы естественным образом воспринимаем звук в реальном мире. В действительности мы не просто слышим звуки, исходящие слева, справа, спереди или сзади. Наш мозг использует тонкие подсказки, такие как разница во времени прихода и интенсивности звука в каждом ухе (межслуховая разница во времени и межслуховая разница по уровню), а также отражения и реверберации, чтобы точно определить местоположение источника звука в трехмерном пространстве. Технологии пространственного звука стремятся воссоздать эти подсказки, позволяя слушателям воспринимать звуки как исходящие из определенных точек вокруг них, даже при прослушивании через наушники или систему с несколькими динамиками.

По сути, пространственный звук манипулирует звуковыми волнами для имитации естественной акустической среды. Это включает в себя моделирование отражений от стен, полов и других объектов, а также учет формы головы и ушей слушателя (функция передачи, связанная с головой, или HRTF). Точно моделируя эти факторы, пространственный звук может создать очень реалистичный и захватывающий опыт прослушивания.

Ключевые технологии, лежащие в основе пространственного звука

Несколько технологий способствуют созданию и доставке пространственного звука. Вот некоторые из наиболее важных:

Бинауральное аудио

Бинауральное аудио — это техника, которая использует два микрофона, расположенных в манекене головы (или голове реального человека), для захвата звука, как его слышали бы человеческие уши. Эта техника записи захватывает естественные межслуховые временные различия, межслуховые различия по уровню и функции передачи, связанные с головой, которые способствуют нашему восприятию местоположения звука. При воспроизведении через наушники бинауральные записи могут создать поразительно реалистичный 3D-звуковой ландшафт.

Пример: Представьте себе запись уличного представления в Токио с использованием бинаурального микрофона. Когда вы прослушаете запись в наушниках, вы услышите звуки исполнителей, болтовню толпы и окружающие шумы города, все точно размещенные в 3D-пространстве, создавая ощущение, что вы действительно там.

Функция передачи, связанная с головой (HRTF)

HRTF — это набор измерений, которые описывают, как форма головы, ушей и туловища влияет на звуковые волны, когда они перемещаются от источника к барабанным перепонкам. HRTF уникальны для каждого человека и играют решающую роль в нашей способности локализовать звуки. Системы пространственного звука часто используют HRTF для фильтрации аудиосигналов перед их воспроизведением, создавая иллюзию, что звуки исходят из определенных мест в 3D-пространстве.

Настраиваемые HRTF могут обеспечить более точное и персонализированное пространственное звучание. Однако для обеспечения в целом иммерсивного звучания часто используются общие HRTF, особенно для наушников.

Амбисоника

Амбисоника — это технология объемного звучания, которая захватывает и воспроизводит звук со всех направлений. В отличие от канальных систем объемного звучания (например, 5.1 или 7.1), амбисоника использует математическое представление звукового поля, позволяя декодировать и воспроизводить его любой конфигурацией динамиков. Это делает амбисонику гибким и масштабируемым решением для воспроизведения пространственного звука.

Пример: Музей в Лондоне может использовать амбисонику для создания иммерсивного звукового ландшафта для экспозиции о тропических лесах Амазонки. Посетители в наушниках будут слышать звуки птиц, обезьян и насекомых со всех сторон, создавая реалистичный и увлекательный опыт.

Объектно-ориентированное аудио

Объектно-ориентированное аудио — это система, в которой каждый звуковой элемент рассматривается как отдельный объект со своими собственными пространственными координатами. Вместо того чтобы микшировать звуки в фиксированные каналы, звукорежиссеры могут позиционировать каждый объект независимо в 3D-пространстве. Затем система воспроизведения обрабатывает звук в зависимости от конфигурации динамиков или наушников слушателя, создавая индивидуальное пространственное звучание. Dolby Atmos и DTS:X — яркие примеры объектно-ориентированных аудиотехнологий.

Пример: В сцене фильма, действие которой происходит на оживленном рынке в Марракеше, объектно-ориентированное аудио позволит точно позиционировать звук призыва конкретного продавца в звуковом ландшафте, независимо от настроек динамиков зрителя. Звук будет реалистично перемещаться, когда камера перемещается по рынку.

Виртуализация наушников

Виртуализация наушников — это технология, которая использует цифровую обработку сигналов (DSP) для имитации прослушивания звука через громкоговорители, но с использованием наушников. Это включает в себя применение HRTF и других технологий пространственного звука для создания иллюзии, что звуки исходят из-за пределов головы слушателя, а не прямо изнутри его ушей. Виртуализация наушников имеет решающее значение для обеспечения пространственного звучания на мобильных устройствах и других платформах, где громкоговорители недоступны.

Применение пространственного звука

Пространственный звук находит применение в широком спектре отраслей и вариантов использования, предлагая повышенное погружение и реализм.

Виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR)

В VR и AR пространственный звук необходим для создания убедительной и иммерсивной виртуальной среды. Точно позиционируя звуки в 3D-пространстве, пространственный звук может усилить ощущение присутствия и реализма, делая виртуальный опыт более увлекательным и правдоподобным. Это особенно важно для игр, симуляций и учебных приложений VR.

Пример: В игре VR, действие которой происходит в Древнем Риме, пространственный звук позволит игрокам слышать звуки сражающихся гладиаторов, гонки колесниц и ликование толпы вокруг них, создавая поистине захватывающий и захватывающий опыт.

Игры

Пространственный звук может значительно улучшить игровой процесс, предоставляя игрокам более точные позиционные звуковые сигналы. Это может помочь игрокам находить врагов, отслеживать их движения и предвидеть угрозы, что дает им конкурентное преимущество. Многие современные игры поддерживают технологии пространственного звука, такие как Dolby Atmos и DTS:X, предлагая более захватывающий и стратегический игровой опыт.

Пример: В игре-шутере от первого лица пространственный звук позволит игрокам слышать шаги врага, приближающегося сзади, или звук брошенной слева гранаты, предоставляя им ценную информацию об их окружении.

Производство и потребление музыки

Пространственный звук революционизирует то, как создается и потребляется музыка. Артисты и звукорежиссеры теперь используют технологии пространственного звука для создания захватывающих и многомерных звуковых ландшафтов, окружающих слушателя. Такие потоковые сервисы, как Apple Music и Tidal, предлагают треки с пространственным звуком, позволяя слушателям испытать свою любимую музыку совершенно по-новому.

Пример: Прослушивание версии классического музыкального концерта с пространственным звуком, записанного в венском Musikverein, позволит вам услышать четкое размещение каждого инструмента в оркестре, создавая более реалистичный и захватывающий опыт концерта.

Кино и телевидение

Пространственный звук широко используется в кино- и телепроизводстве для создания более захватывающих и привлекательных звуковых впечатлений. Точно позиционируя звуки в 3D-пространстве, пространственный звук может повысить реалистичность сцен, усилить эмоциональное воздействие и глубже погрузить зрителей в историю.

Пример: В сцене голливудского боевика, действие которого происходит в Нью-Йорке, пространственный звук позволит зрителям слышать звуки автомобильных погонь, взрывов и пролетов вертолетов вокруг них, создавая захватывающий и захватывающий кинематографический опыт.

Коммуникация и сотрудничество

Пространственный звук также находит применение в платформах связи и сотрудничества, таких как видеоконференции и онлайн-инструменты для встреч. Пространственное разделение голосов разных участников с помощью пространственного звука может облегчить слежение за разговорами, уменьшить когнитивную перегрузку и создать более естественный и увлекательный опыт общения. Это особенно полезно для больших групповых встреч и совместных рабочих сессий.

Пример: На виртуальной встрече с коллегами из Лондона, Сингапура и Сан-Паулу пространственный звук позволит вам слышать голос каждого человека, исходящий из разных направлений, облегчая определение говорящего и слежение за разговором, даже в шумной обстановке.

Доступность

Пространственный звук предлагает значительные преимущества для доступности, особенно для людей с нарушениями зрения. Предоставляя подробные пространственные подсказки, пространственный звук может помочь пользователям с нарушениями зрения ориентироваться в окружающей среде, идентифицировать объекты и людей вокруг них и более эффективно получать доступ к информации. Например, пространственный звук можно использовать для создания доступных аудиоигр, навигационных систем и вспомогательных технологий.

Пример: Навигационное приложение для слабовидящих пользователей может использовать пространственный звук, чтобы провести их по оживленной городской улице, предоставляя четкие слуховые сигналы о местонахождении пешеходных переходов, зданий и других препятствий.

Проблемы и будущие тенденции

Хотя пространственный звук предлагает множество интересных возможностей, есть также несколько проблем, которые необходимо решить, чтобы обеспечить его широкое распространение.

Стандартизация и совместимость

Одной из основных проблем является отсутствие стандартизации форматов и технологий пространственного звука. Различные платформы и устройства поддерживают разные форматы, что может привести к проблемам совместимости и фрагментации. В настоящее время предпринимаются усилия по разработке открытых стандартов для пространственного звука, которые обеспечат совместимость и облегчат создателям контента доставку пространственного звучания на разных платформах.

Создание контента

Создание контента с пространственным звуком может быть более сложным и трудоемким, чем создание традиционного стерео или объемного звука. Звукорежиссерам нужны специальные навыки и инструменты для точного позиционирования звуков в 3D-пространстве и создания захватывающих звуковых ландшафтов. Однако по мере того, как технологии пространственного звука становятся более доступными и удобными для пользователя, процесс создания контента с пространственным звуком станет проще и эффективнее.

Персонализация и настройка

HRTF уникальны для каждого человека, и использование общих HRTF может привести к субоптимальному восприятию пространственного звука. Персонализация HRTF с помощью измерений или симуляций может значительно улучшить точность и реалистичность пространственного звука. По мере развития технологий мы можем ожидать появления более персонализированного и настраиваемого пространственного звука, адаптированного к уникальным слуховым характеристикам отдельного слушателя.

Вычислительная мощность

Обработка пространственного звука может быть ресурсоемкой, особенно для сложных сцен с большим количеством источников звука. Это может быть ограничением для мобильных устройств и других маломощных устройств. Однако по мере того, как процессоры становятся более мощными и эффективными, а также по мере оптимизации алгоритмов пространственного звука, это ограничение станет менее актуальным.

Будущие тенденции

Будущее пространственного звука радужно, и на горизонте много интересных тенденций. Мы можем ожидать увидеть:

• Более широкое внедрение пространственного звука в VR/AR и играх. По мере того, как технологии VR и AR становятся более распространенными, пространственный звук станет важным компонентом для создания поистине захватывающего и привлекательного опыта.
• Более широкая доступность контента с пространственным звуком. Потоковые сервисы, киностудии и разработчики игр будут продолжать инвестировать в контент с пространственным звуком, делая его более доступным для потребителей.
• Достижения в области оборудования и программного обеспечения для пространственного звука. Новые наушники, динамики и алгоритмы обработки улучшат качество и реалистичность пространственного звука.
• Интеграция пространственного звука с другими сенсорными модальностями. Сочетание пространственного звука с другими сенсорными входами, такими как тактильные ощущения и визуальные эффекты, создаст еще более захватывающий и реалистичный опыт.
• Персонализированный и адаптивный пространственный звук. Системы пространственного звука смогут адаптироваться к слуховым характеристикам и предпочтениям отдельных слушателей, обеспечивая индивидуальное и оптимизированное восприятие прослушивания.

Заключение

Пространственный звук — это преобразующая технология, которая революционизирует то, как мы воспринимаем звук. Точно позиционируя звуки в трехмерном пространстве, пространственный звук создает более реалистичный и захватывающий слуховой опыт, который улучшает все: от игр и развлечений до коммуникации и доступности. По мере того, как технологии продолжат развиваться, мы можем ожидать, что пространственный звук станет все более неотъемлемой частью нашей жизни, обогащая наш опыт и связывая нас глубже с окружающим миром. Примите будущее звука и будьте готовы погрузиться в мир трехмерных звуковых возможностей.

Независимо от того, являетесь ли вы звукорежиссером, геймером, меломаном или просто интересуетесь будущим аудио, пространственный звук предлагает мир интересных возможностей для изучения. Погружайтесь, экспериментируйте и открывайте для себя магию 3D-позиционирования звука. Будущее звука уже здесь, и оно более захватывающее, чем когда-либо прежде.