Добиться иллюзии пространственного звучания при воспроизведении звука (стереофонии) - задача непростая. Но решаемая. И возможных путей ее решения немало.


Способность человека определять, где расположен источник звука, который он слышит (пространственный слух), удивительна. И не до конца понятна. Человек может определить положение источника сигнала с точностью до 0,7° для коротких импульсов и до 3,2° для широкополосного шума. Если же спектр сигнала изменяется во времени, то кажется, что источник движется [1]. Добиться иллюзии пространственного звучания при воспроизведении звука (стереофонии) - задача непростая. Рассмотрим кратко типы систем звуковоспроизведения [2]. Их структура условно обозначается N1-N2-N3 (N1 - количество каналов записи, N2 - каналов передачи, а N3 - воспроизведения). Выделяют такие типы систем:

  • монофоническая (1-1-1);
  • монофоническая объемного звучани (1-1-N);
  • моноамбиофоническая (1-1-N);
  • псевдостереофоническая (1-1-2);
  • квазистереофоническая (2-1-2);
  • обычная стереофоническая (2-2-2);
  • псевдоквадрофоническая (2-2-4);
  • квазиквадрофоническая (4-2-4);
  • дискретная квадрофоническая (полосна квадрофония, 4-4-4). 

Распространены также 6-канальные системы (если точнее, системы конфигурации 5.1, включающие левый и правый передние каналы, левый и правый задние каналы, центральный канал, сабвуфер) и 8-канальные (конфигураци 7.1, предусмотренная MPEG-2).

 

При записи монофонических программ используется один или несколько микрофонов. Их сигналы в конечном счете суммируются в один канал. Воспроизводитс такая запись обычно через один громкоговоритель. Очевидно, что при этом утрачивается "пространственность" звучания. 


В монофонической системе объемного звучания применяют несколько разнесенных громкоговорителей. Чтобы добиться объемности звучания, нужно по меньшей мере три громкоговорителя: один основной, расположенный по центру, и два дополнительных, установленных на некотором расстоянии слева и справа от основного. Основной громкоговоритель воспроизводит только нижние и средние частоты, а дополнительные - только верхние.


В моноамбиофонической системе увеличивается время реверберации студии звукозаписи. При этом достигается гулкость и объемность звучания.


В псевдостереофонической системе монофонический сигнал делится на высоко- и низкочастотные составляющие, после чего их подают на два разнесенных в пространстве громкоговорителя.


В квазистереофонической системе, применяя задержку звука, суммарно-разностные преобразователи и разнесенные громкоговорители, добиваются определенной объемности звучания монофонической записи. Два канала звукопередачи стереофонической системы (левый и правый) создают у слушател впечатление объемности звучания. Звукозапись содержит информацию о пространственном расположении источников звука.


В квадрофонической системе формируется 4-канальный сигнал, который передается по 4 каналам и воспроизводится 4 громкоговорителями.


В псевдоквадрофонической - 2-канальный стереосигнал превращается в 4-канальный с помощью суммарно-разностного преобразователя. В системах квазиквадрофонии 4 независимых канала преобразуются в 2 канала, которые перед воспроизведением опять преобразуются в 4 канала.

 

В фирме Dolby Laboratories разработана технология кодирования и сжатия звука АС-3. Ее называют также Dolby Digital. АС-3 поддерживает от 1 до 6 каналов передачи (то есть моно, стерео, квадро и 5.1) при частотах дискретизации 32, 48 и 44,1 кГц и потоке данных 32-640 Кбит/с. Сжатие основано на психоакустическом маскировании (говор проще, если человек на фоне одних звуков не слышит другие, их можно удалить). При этом используется алгоритм MDCT (modified discrete cosine transform). Насколько понимает автор, технологии позиционируемого трехмерного звука (3D Sound) предполагают использование двух каналов звукопередачи. То есть в том или ином виде используются стереофония, псевдоквадрофония и квазиквадрофония. Эффект трехмерности создается за счет изменения спектра сигнала. Позиционируемые аудиосистемы позволяют помещать источник звука в любую точку трехмерного пространства. При этом должно ощущатьс перемещение источников звука вправо-влево, вверх-вниз, вперед-назад. Проверить, поддерживает ли звуковая плата 3D-звук, можно с помощью тестов Ziff-Davis Audio WinBench 99 (ftp://ftp.zdnet.com/pub/zdbop/auwinbench/awb99.exe).

 

В алгоритмах трехмерного звука учитывается отражение и поглощение звуковых волн, форма и свойства предметов, свойства среды распространения звука, реверберация. При воспроизведении трехмерного звука задействованы алгоритмы цифровой фильтрации HRTF (Head-Related Transfer Function) для прослушивания через наушники, и TCC (Transaural Crosstalk-Cancellation) - для колонок. Корпорацией Microsoft (www.microsoft.com) как базовая концепция для трехмерного позиционируемого звука предложен интерфейс DirectSound 3D (DS3D). При этом обработка звука осуществляется аппаратно - звуковой платой, или с помощью программной эмуляции через интерфейс HEL (Hardware Emulation Layer).

 

В компании Aureal (www.aureal.com, www.a3d.com) были разработаны технологии воссоздани трехмерного звука A3D, A3D 2.0. Кроме алгоритмов в Aureal разработали и звуковые процессоры Vortex для аппаратного ускорения DS3D и A3D. В A3D использованы алгоритмы HRTF и ТСС. Технологи A3D реализована в чипе Vortex 1 (AU8820) производительностью 300 MIPS, технология A3D 2.0 - в чипе Vortex 2 (AU8830) производительностью 800 MIPS. Чипы Vortex и технологию A3D применили в своих звуковых платах фирмы AzTech (PCI 338-A3D), Diamond Multimedia Systems (Sonic Impact S90, Monster Sound MX300), KYE Systems (Genius SoundMaker 64), Voyetra Turtle Beach (Montego), Xitel Pty (Storm Platinum).

 

Компанией Creative Labs (www.creativelabs.com) как расширение DS3D предложена технология EAX (Environmental Audio eXtension). Она реализована в чипе Emu10K1 (10001) производительностью 1000 MIPS. Creative Labs создала звуковую плату Sound Blaster Live! с чипом Emu10K1.

 

Компанией QSound (www.qsound.com) предложена схема реализации трехмерного звука Q3D. В Q3D используются алгоритмы HRTF. Она аппаратно реализована в чипах фирм ESS Technology (Maestro 1 и 2) и VLSI Technology (ThunderBird 128 Q3D) и в звуковых платах фирмы AzTech (PCI-64Q3D, PCI 368DSP). Q3D также реализована программно.

 

Фирма Sensaura (www.sensaura.co.uk) может похвастаться технологией трехмерного звука 3DPA (3D Positional Audio). В 3DPA используются алгоритмы HRTF и TCC. Упомяну также два сугубо программных решения дл воссоздания трехмерного звука - IAS (Interactive Audio Sound) компании EAR (www.earsound.com) и 3D RSX (Intel Realistic Sound eXperience) от Intel (www.intel.com). IAS позволяет использовать при воспроизведении звука больше двух акустических систем (до ста двадцати восьми).

 

Более ранние технологии 3D-звука не предусматривали позиционировани источника звука. Технологии SRS (Sound Retrieval Systems) фирмы SRS Labs и Spatializer 3D Stereo компании Spatializer Labs - это не очень сложные алгоритмы обработки стереозвука, придающие исходным монои стереозвукозаписям глубину и объемность. SRS и Spatializer реализованы аппаратно и программно. Не будет ошибкой сказать, что сейчас лидируют технологии A3S и EAX, совместимые с DS3D. Q3D, 3DPA, IAS, 3D RSX, SRS иSpatializer 3D Stereo менее распространены. Организация IASIG (International Audio Special Interest Group, www.iasig.org) пытается создать единую концепцию трехмерного позиционируемого звука. В настоящее время в IASIG готовят к выпуску Interactive 3D audio Rendering Guidelines Level 2.0, который станет промышленным стандартом.

 

Автор стремился дать краткий обзор технологий трехмерного звука, не претендуя на глубину и элегантность журнала "Stereo & Video" (см. например, содержательную статью о слухе [1]), и рассчитывает на то, что осветил вопрос достаточно внятно.
 

Список литературы

  1. А. Тихонов. Акустика внутри нас // Stereo & Video, 1999, № 4, с. 16-23.
  2. Р. М. Терещук, К. М.Терещук, С. А. Седов. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. Справочник радиолюбителя. - Киев: "Наукова думка", 1982. - 671 с.
2004.12.08
19.03.2009
В IV квартале 2008 г. украинский рынок серверов по сравнению с аналогичным периодом прошлого года сократился в денежном выражении на 34% – до $30 млн (в ценах для конечных пользователей), а за весь календарный год – более чем на 5%, до 132 млн долл.


12.03.2009
4 марта в Киеве компания Telco провела конференцию "Инновационные телекоммуникации", посвященную новым эффективным телекоммуникационным технологиям для решения задач современного бизнеса.


05.03.2009
25 февраля в Киеве компания IBM, при информационной поддержке "1С" и Canonical, провела конференцию "Как сохранить деньги в условиях кризиса?"


26.02.2009
18-19 февраля в Киеве прошел юбилейный съезд ИТ-директоров Украины. Участниками данного мероприятия стали ИТ-директора, ИТ-менеджеры, поставщики ИТ-решений из Киева, Николаева, Днепропетровска, Чернигова и других городов Украины...


19.02.2009
10 февраля в Киеве состоялась пресс-конференция, посвященная итогам деятельности компании "DiaWest – Комп’ютерний світ" в 2008 году.


12.02.2009
С 5 февраля 2009 г. в Киеве начали работу учебные курсы по использованию услуг "электронного предприятия/ учреждения" на базе сети информационно-маркетинговых центров (ИМЦ).


04.02.2009
29 января 2009 года в редакции еженедельника "Computer World/Украина" состоялось награждение победителей акции "Оформи подписку – получи приз!".


29.01.2009
22 января в Киеве компания "МУК" и представительство компании Cisco в Украине провели семинар для партнеров "Обзор продуктов и решений Cisco Small Business"

 

 
 
Copyright © 1997-2008 ИД "Комиздат".