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.
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.
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: