Особенности психоакустического восприятия

Создание 3-мерного позиционируемого звука с помощью 2 громкоговорителей является весьма сложной, практически невыполнимой на сегодняшний день задачей. Это утверждение было бы справедливо, если бы не одна важнейшая особенность нашего слуха. Дело в том, что при недостатке информации или же при поступлении такой информации, которая не соответствует той, что хранится у нас в памяти, человеческий мозг самостоятельно достраивает звуковую картину до той, которая укладывается в его представления о звуках, существующих в реальном мире. Иными словами, для того, чтобы «обмануть» наш мозг совершенно не обязательно в точности воссоздавать желаемый звуковой образ. Достаточно лишь «намекнуть» ему, чтобы он «извлек из памяти» ту 3-мерную картину, которая нам нужна. В качестве аналогии можно привести метод записи музыки в формате MP3. Всем известно, что в этих записях отсутствует множество информации, которая, казалось бы, просто необходима для адекватного восприятия музыки. Тем не менее, информации все же оказывается достаточно для более или менее достоверной передачи - недостающую звуковую информацию мозг достраивает самостоятельно.

Помимо этого, не следует забывать, что в домашнем кинотеатре кроме звука есть еще и изображение, т.е. наш мозг помимо звуковой получает еще и зрительную информацию. Это очень существенный момент, поскольку появление еще одного (кстати, основного) информационного канала позволяет существенно упростить процедуру «введения нашего мозга в заблуждение», а, следовательно, добиться пресловутого «эффекта присутствия» к которому мы собственно и стремимся, просматривая фильмы в домашнем кино.

Какие задачи должны решать системы окружающего звука?

Итак, наш слуховой аппарат использует различные механизмы для определения местоположения источника звука в пространстве. Поскольку все эти механизмы строятся на сравнении поступающих в головной мозг сигналов с теми, что «хранятся» у него в памяти, то, используя определенные алгоритмы обработки звука можно «обмануть» его и заставить поверить в то, что звуковой источник расположен там, где на самом деле его нет. Именно на этом и построены современные алгоритмы построения 3-мерного звукового пространства в компьютерных играх и, что более важно для нашего издания, домашних аудио-видео системах.

Прежде чем перейти к рассмотрению конкретных алгоритмов построения виртуального звукового окружения, мы рассмотрим основные задачи, которые этим системам приходится решать.

Определение направления на звуковой источник

Как уже упоминалось выше, для определения направления на источник звукового сигнала используются все три основных алгоритма пространственной локализации: - по амплитудной разнице сигналов в слуховых каналах, по фазовой задержке звука, пришедшего к правому и левому уху, а также по оценке спектрального состава звука, трансформированного ушной раковиной в зависимости от направления его распространения.

Вертикальная (высотная) локализация.

Высотная локализация звука.

Все, о чем мы говорили выше, относилось в первую очередь к локализации звукового источника в горизонтальной плоскости. Однако, как нам кажется, мы не раскроем особой тайны, если скажем, что человек может определять направление на звуковой источник не только в горизонтальной, но и в вертикальной плоскости. Механизм определения высоты источника имеет некоторые отличия от способов, описанных выше. Если при оценке угла в горизонтальной плоскости основополагающим инструментом является бинауральное свойство слуха (т.е. наличие двух приемников звукового сигнала - ушей), то определение высоты в основном моноауральное - используется в первую очередь строение ушной раковины. Как уже упоминалось, ушная раковина представляет собой своеобразный частотный фильтр с параметрами фильтрации, зависящими от направления на источник. В сложном звуковом сигнале определенные частоты усиливаются ушной раковиной, а другие наоборот ослабляются. При изменении высоты источника частотная характеристика сигнала поступающего в слуховой канал также будет меняться.

Определение расстояния до источника.

Помимо того, что человек может определять направление на звуковой источник, свойства слуха позволяют ему оценивать и расстояние до него. Одним из механизмов определения расстояния является оценка интенсивности звукового сигнала. Например, при относительно небольших расстояниях увеличение расстояния до источника в 2 раза соответствует изменению уровня звукового давления на 6 дБ. Однако данный механизм не всегда оказывается работоспособным, поскольку уровень звука от слабого, но близко расположенного источника может быть таким же, как от мощного, но удаленного на значительное расстояние.

При малых расстояниях до источника в действие вступает механизм оценки изменения спектральных составляющих сложного сигнала, которое происходит в связи с искажением фронта звуковой волны головой и ушными раковинами. Одним из важнейших механизмов, позволяющих нам определять расстояние до источника в помещении, является сравнение прямых сигналов и отраженных от стен и потолка. Таким образом, эффект реверберации позволяет использовать один из наиболее точных механизмов локализации звукового источника в помещении.

Воспроизведение звука движущихся объектов.