Здравствуйте друзья! В этой статье я хотел бы рассказать о созданной мной технологии формирования объемного звука в наушниках с помощью нескольких динамиков.
Он основан на создании эффекта громкости путем подачи трехмерного звука в каждое ухо, при этом все звуковые волны образуют громкость, согласованную по направлению с их источниками.
Сразу опишу принципиальную разницу и одновременно новинку с мультидрайверными моделями (несколько физических динамиков на одно ухо), которые были на рынке и провалились.
В них динамики располагались в одной плоскости с ухом слушателя, тем самым доставляя звук со всех каналов в одном боковом направлении (2D), с небольшим смещением.
В моей модели увеличено фокусное расстояние от излучателей до уха и звук подается несколькими излучателями с разных сторон: спереди, сзади, сбоку, сверху и снизу, тем самым формируется объемный звук, благодаря чему достигается очень четкое и естественное позиционирование.
По сравнению с синтетическими виртуальными каналами также есть принципиальная разница в звуке, весьма заметная по позиционированию и реалистичности, в лучшую сторону.
Я ни в коей мере не против технологии HRTF, наоборот (хотя расчеты изменения частоты звуковых волн при дифракции на голове слушателя считаю излишними.
Достаточно точного расчета амплитуд во всех направлениях).
Если применить его к моей модели, в сочетании с Dolby Atmos, наушники будут работать как положено.
Но на данный момент я не в состоянии это сделать, да и видео/аудиоконтента для этого формата пока очень мало, не говоря уже об электронике для его воспроизведения, поэтому я адаптировал его под распространённый 7.1, который встречается практически везде.
, и в принципе неплохо.
Еще я добавил адаптацию 7.1 к наушникам в виде компенсации громкости по кросс-каналам и перенаправления центра вперед. Единственное, к чему я резко отрицательно отношусь, так это к виртуальной многоканальности из стерео, извините, но для меня это было и есть лажа.
Стереонаушники за счет близкого к уху расположения динамиков имеют полное звуковое покрытие (объемный звук) и отличную детализацию, но из-за однонаправленной 2D-волны не могут полностью передать 3D-положение.
Только 3D-звук может решить эту проблему.
Конструктивный
Прототип включен в описание полезной модели.
На фото: акустическая камера прототипа полезной модели.
Общий вид прототипа.
Мой седьмой прототип лег в основу описания патентных фигурок.
№208001 на полезной модели в ФИПС теория хоть и была обоснована, позиция была четко слышна, но сам звук и эргономика оставляли желать лучшего.
30-мм динамики не справлялись с большим фокусным расстоянием и до слуха доходили лишь средние частоты с недостаточной громкостью; также работа сразу нескольких динамиков в маленьком закрытом корпусе производила непригодный для прослушивания беспорядок; демпфирующий материал из полиэстера не помог.
Долго сидеть в наушниках было невозможно, поэтому я занялся разработкой эргономики и качества слышимого звука.
Даша ушла с работы, где мне не разрешали заниматься своими делами, постоянные отчёты перед начальством.
В итоге я взял кредит на оборудование и материалы и полгода работал над проектом, практически не выходя из дома.
Акустическая камера с пятью динамиками, вид спереди.
Акустическая камера с пятью динамиками, вид сверху.
Сборка: камера и открытый корпус.
Акустическая камера, вид сбоку.
Динамики 40мм, 20Гц-20кГц, 112дБ, 500мВт, 32 Ом (как описано у продавца с Али).
Камера Dolby Atmos в комплекте с динамиками.
На фото выше представлена последующая доработанная модель левой акустической камеры (правая аналогична) для формата Dolby Atmos. Мы видим корпус в форме усеченного конуса, с углом боковых стенок 30 градусов, с посадочными местами для динамиков диаметром 40 мм (500 мВт 32 Ом, 20-20 кГц, 112 дБ).
Таким образом, мы имеем вообще пять направлений (фронт, тыл, бок и т. д. и верх), при этом динамики подносятся к уху слушателя.
Я решил отказаться от перпендикулярного размещения, см.
фото (использованная на рисунках патента прямоугольная коробка, на стенках которой я разместил динамики), в пользу конической, чтобы сфокусировать звук на ухе слушателя.
Также стоит обратить внимание на отверстия в корпусе камеры.
Очень долго боролся с искажениями внутри прочного корпуса, волны нескольких динамиков отражались, накладывались друг на друга, слушать было невозможно, демпфирующий материал (на внутренние стенки камер проложил 2 мм листовой войлок ) не помогло, пока мне в голову не пришла идея разрядить звук плотности внутри камеры, добавив дырок, сделав ее таким образом открытой.
Первые перфорированные корпуса давали мне преобладание средних частот; низкие частоты были практически не слышны, и после долгих экспериментов я определил необходимое количество и диаметр отверстий, уловив оптимальное соотношение проходящих и отраженных волн, тем самым добившись оптимального баланса в АЧХ.
Графики приложить не могу, инструментов для анализа нет, но могу с уверенностью сказать, что никаких скачков и провалов при прослушивании музыки нет. Также нет путаницы в деталях; источники звука с разных направлений воспринимаются строго раздельно, с четко распознаваемым направлением и соответствующим характером звука, без какой-либо окраски.
Собственно, в этом я вижу важнейшую отличительную особенность и преимущество синтетического бинаурального или виртуального многоканального канала.
Никаких искажений, звук передается практически без изменений и обработки, а естественная направленность звуковой волны от источника к уху делает положение звука естественным и реалистичным.
Однако Atmos — менее распространенный формат, и не существует звуковых карт, выводящих звук на верхние динамики, поэтому для распространенного формата 7.1 я оставил только 6 динамиков — спереди, сзади и сбоку.
Акустическая камера с тремя динамиками формата Dolby Digital 7.1. 
Фото открытого типа вариант 1 (6 динамиков), в сочетании со звуком Creative SB X3 
Динамики подключены по стандартной схеме, это стереопары передней, боковой и задней плоскостей, подключенные к аналоговым выходам через мини-разъемы 3,5. Провода я использовал тонкие, многожильные, марку не могу сказать, сам не знаю =), купил на Али.
в одном кабеле 6 жил, этого вполне хватило для подключения трёх колонок (фронтальная, боковая, задняя).
Я перенаправил центральный канал на фронтальные левый и правый каналы, перенаправить низкочастотный канал посчитал ненужным.
Тесты прототипа проводились в формате DolbyDigital 7.1.
Программная часть
Для перенаправления центрального канала я использовал программный микшер.Эквалайзер АПО , а также решил добавить теневые кросс-каналы, чтобы компенсировать разницу в громкости.
Ведь весь многоканальный контент создается для внешней акустической системы, при прослушивании которой мы слышим каждый канал обоими ушами, в отличие от восприятия в наушниках, где каждое ухо изолировано в правом или левом корпусе.
И играя в видеоигры в наушниках, я очень часто сталкивался с ситуацией, когда, например, при обращенной правой стороной к звуковому объекту звук поступает только в правый боковой канал, а левый остается приглушенным, что вызывает сильный дискомфорт. .
Для этого я ввел теневые кросс-каналы, то есть в левую сторону я добавил 20% громкости справа, а в правую сторону соответственно 20% левой.
Еще я скрестил фронты и тылы, прибавив разницу в 10%, получилось очень хорошо, и звуковой образ не пострадал, и реалистичность повысилась.
Еще я попробовал добавить временные задержки между тенями и реальными, но эффект оказался хуже, натурализм картинки стал страдать, поэтому остановился на громкости.
Ну менять частоты для каждого динамика, с учетом преломления звуковых волн на голове, мне пока сложно, поэтому я остановился на громкости.
И есть ли большая разница в частотах при повороте головы? Мне кажется, это такой же миф, как и микрозадержки.
Программное обеспечение микшера Эквалайзер APO 
Межканальные настройки Также стоит сказать пару слов о звуковой карте.
Я не случайно выбрал внешний от Creative; у него был необходимый запас громкости для каналов объемного звучания благодаря усилителю в аудиотракте.
Сам звук вывожу напрямую в прямом режиме, в установленном формате 7.1, 32бит, 48кГц.
Для музыки использовал плеер AIMP, сам звук выводился через WASAPI с раскладкой по всем каналам в режиме 7.1. Тесты Я неоднократно проводил сравнительные тесты в киноиграх и музыке между получившимся прототипом, в режиме прямого потока многоканального звука и стерео, а также в бинауральном режиме через гарнитуру Sennheiser HD 569, а также сравнивал с ближайшим аналогом ASUS. Гарнитура ROG Theta 7.1. И знаете, могу с уверенностью сказать, что прототип на голову выше по звуку и положению.
К такому же мнению пришли и многие приглашенные мной люди, которых я просил дать свою оценку максимально честно.
К отличительным особенностям модели относятся:
- Позиционирование звука настолько четкое, что его очень сложно спутать.
Почти во всех протестированных мною стрелках направление выстрела и движение были слышны безошибочно.
Разница с тем же Super X-Fi от Creative, который я сравнивал в наушниках Sennheiser HD 569, а также B&W C5 S2, очень заметна.
Сцена более плоская, позиция не всегда ясна, а иногда даже путаешься.
Почти постоянно Super X-Fi добавляет реверберацию с нуля, пытаясь таким образом создать глубину и объем.
Звуки от всех этих обработок довольно сильно искажаются, чего нельзя сказать о работе прототипа.
- Глубина и детализация сцены сохраняются на высоком качественном уровне, без каких-либо призвуков и искажений по сравнению с виртуальной многоканальностью.
В играх с реалистичным звуком, например Kingdom Come Deliverance с HD audio DLC, это особенно заметно, это может быть воспринято как реклама, но атмосфера игры заставляет буквально погружаться в себя, представляю, как будет в VR. В игре с хорошо развитой реверберацией Soma позиция слышна отлично, я часто экспериментировал, бросал разные предметы в разные стороны, слышимый эффект всегда был однозначным по направлению и глубине, что могли Asus Theta 7.1 и Creative Super X-Fi. не похвастаться.
- Слушать музыку одно удовольствие, как стерео, разложенное по многоканалам, так и различные многоканальные фонограммы.
Эффект объема определенно присутствует, и я убежден, что в будущем появится целое направление 3D-музыки, в первую очередь электронной.
Но использование виртуализации для стереонаушников создает настолько большие искажения, что слушать музыку становится практически невозможно; знакомые треки меняются до неузнаваемости.
В многоканальном Asus Theta музыка тоже превращается в какую-то непотребную кашу.
- При просмотре фильма также можно отметить четкое положение источников и глубину сцены; передача звука происходит без каких-либо искажений, по задумке звукорежиссера, в отличие от преобразования виртуального 7.1 в стерео.
Мне очень понравились сцены из «Бегущего по лезвию 2049», где пчелы, голографическая девушка на мосту, сцены с реверберацией в здании корпорации Уоллес.
Сравнительные испытания также показали явное преимущество прототипа с 3D-звуком.
Единственная проблема, на мой взгляд, заключается в необходимости адаптации многоканального звука, который в первую очередь предназначен для внешних динамиков, а не для наушников.
В результате я решил опубликовать свое ноу-хау в различных социальных сетях.
сети и технические форумы с целью привлечения бизнеса.
Прототип есть, его можно послушать и оценить.
Также имеется патент ФИПС на полезную модель.
Но хочу сразу сказать, что помимо затрат на коммерциализацию потребуются затраты на НИОКР.
Модель можно и нужно доработать до уровня Hi-Fi, а также разработать блок внешней электроники (вместо звуковой карты), который будет идти в комплекте с наушниками и программную составляющую, которая адаптирует многоканальность для внешних динамиков под наушники.
Искренне, Николай.
изобретатель-энтузиаст электронная почта: [email protected] Теги: #Звук #Прототипирование #Технологии #наушники #объемный звук
-
Зачем Нужен Asio Аудиофилам?
19 Oct, 24 -
Многокомпонентный Конвейерный Дозатор
19 Oct, 24 -
О Высшем Образовании
19 Oct, 24
