Dejte zvuku na pc více prostoru

Asi největší oblastí, kde se uplatňuje prostorový zvuk, jsou hry. Pro dosažení prostorového vjemu u her nelze díky z...


Asi největší oblastí, kde se uplatňuje prostorový zvuk, jsou hry. Pro dosažení
prostorového vjemu u her nelze díky způsobu kódování použít Dolby Digital ani
hi-fi a videosystémy, které jsou navrženy pro statické polohování. Statické
neznamená v této souvislosti to, že by se žádný zdroj zvuku nepohyboval.
Znamená to, že cesta zdroje zvuku je stanovena při záznamu a pozorovatel nebo
uživatel už jej nemohou ovlivnit. Naproti tomu u her jednají postavy na základě
ovládání uživatelem. Světlo, stíny a textury reagují na monitoru na pohyb
postavy, což by mělo platit také pro zvuk. Kdybychom chtěli reprodukovat
skutečně reálný 3D zvuk, muselo by se chování zvuku dynamicky přizpůsobit
činnosti uživatele. Přichází-li v nějaké hře zprava protivník, slyšíte, že zvuk
se zintenzivňuje, čím blíže se dostává k vám. Polohováním zvuku kroků poznáte,
zda protivník mění svůj směr. Pokud změní vaše hrací figurka místo nebo se
prostě jen otočí, musí se surround engine projevit vzhledem k poloze zvuků
protivníka, navíc to vše musí ještě fungovat s více než dvěma zdroji.

Spatializer
První základy pro 3D zvuk na PC byly založeny na principu 4 ve 2. Ze
stereosignálu se přes digitální filtr odfiltruje zvuková informace a s
nepatrným zpožděním a fázovým posuvem se předává dál. Zástupcem tohoto způsobu
hradlování jsou technologie Spatializer, SRS a QSound.
Nejrozšířenějším produktem je Effekt QSound (Spatializer Audio Labs). Používá
se nejen v oblasti PC, ale i v hi-fi zařízeních k vylepšení prostorového dojmu.
Spatializer 3D Stereo přitom postupuje opravdu důkladně. Používá oba základní
efekty psychoakustiky: ITD a IID (viz obrázek). V procesoru se nejprve vytvoří
rozdíl mezi levým a pravým kanálem, který je převážně zodpovědný za rozdíly v
časovém posunu a za nestejné vnímání intenzity. Tento signál se v reálném čase
opět přidá k původnímu signálu, a výsledkem jsou zesílené ITD a IID efekty,
které zvyšují intenzitu prostorového dojmu. Toto dynamické polohování zvukových
zdrojů však není možné použít ve hrách.
Pro úplnost se ještě zmíníme o Q3D. To je 3D zvukový systém založený na HRTF,
který na dvou reproduktorech slibuje skutečně prostorové výsledky, ale zase
není žádnou aplikací optimálně podpořen. Výhodou systému Q3D je, že při výpočtu
efektů jen velmi málo zatěžuje CPU.

Nové směrnice pro 3D zvuk
Skupina IASIG (Interactive Audio Special Interest Group), která sdružuje
důležité producenty zvukového průmyslu, vypracovala v polovině 90. let směrnice
pro výrobu 3D zvuku pro hry. Hlavním bodem zájmu je volné polohování několika
nezávislých zdrojů zvuku v prostoru. Signál se vypočítává v reálném čase, aby
synchronně probíhaly vizuální děje při hře a jejich podbarvení zvukem. Ze
základních požadavků se prosadila tři průmyslová řešení: A3D firmy Aureal
Semiconductors, Environmental Audio firmy Creative Labs a Sensaura. Všechny tři
metody jsou založeny na volném polohování zdrojů zvuku a pracují se čtyřmi
kanály. Environmental Audio (EAX)
Využitím ITD a IID může lidské ucho docela přesně určit úhel, v němž je vnímán
zvukový dojem v závislosti na poloze hlavy. Ale žádná z obou metod nedává mozku
informaci o tom, jak je zdroj vzdálen. Rozhodujícím faktorem je tu poměr přímé
zvukové složky k ozvěně, který je určen DRR. Environmental Audio (EAX) definuje
v první řadě prostředí (environment), v němž se nachází hrací figura.
Důvodem značného rozšíření EAX u her je jednoduchá implementace pro jejich
tvůrce. K dispozici mají 26 základních nastavení EAX (presets), která mohou
autoři her vždy přizpůsobit v intenzitě zvuku (DRR). Prostředí v nastaveních
jsou určena velikostí prostoru a jeho strukturou. To znamená, že ve dvou
geometricky shodných prostorech může přesto vzniknout různá ozvěna, pokud to
vyžaduje "materiál" stěn. Různé reflexní vlastnosti rozdílných reálných
materiálů tedy rovněž ovlivňují výpočet.
Z programově technického hlediska vsadil EAX na DirectSound 3D. Proto může být
efektivně použit ve hrách, které běží pod tímto prostředím. První verze
Environmental Audio EAX 1.0 počítala pouze vzdálenost mezi posluchačem a
zdrojem zvuku a umístila jej podle toho ve virtuálním prostoru. Dodatečné vlivy
jako odrazy na ostatních předmětech nebo odstínění se ještě nezapočítávaly.
Tento nedostatek byl odstraněn verzí 2.0. Pokud například hraje proti sobě
několik hráčů na jedné úrovni, je teď také možné akusticky modelovat předměty,
které se dostanou do "vzájemné fáze".
S verzí 3.0 již vývojáři mohou individuálně izolovat odrazy a dosáhnout
plynulého přechodu ve formě morphing efektu mezi různými prostorovými modely.
Části EAX jsou přímo naimplementovány již do DirectX 7.0, a starají se tak o
další rozšíření. Nyní ohlášené EAX Enhanced HD ve spojení s DirectX 8.0 dává k
dispozici navíc ještě širokou škálu velmi kvalitních efektů. Aureal A3D
Aureal A3D je metoda prostorové interpretace zvuku, která je založena na
prostorových souřadnicích a není propojena na DirectSound 3D. K polohování jsou
zde třeba tři souřadnice a rychlost. Psychoakustický převod rychlosti se děje
pomocí Dopplerova efektu. Tento efekt spočívá v tom, že pohyblivý zdroj zvuku u
stojícího posluchače je vnímán změněnou výškou tónu. Pokud se zdroj přibližuje
k posluchači, jeví se frekvence díky sečtení s rychlostí pohybu vyšší než u
stojícího objektu. Pokud se objekt od posluchače vzdaluje, tak je efekt opačný.

Tato změna frekvence je úměrná rychlosti.
A3D je od verze 5 integrován do systému DirectX. Aby bylo možno využít
prostorového efektu na dvou reproduktorech, je nutná zvuková karta s čipem
Vortex. Existuje ovšem řada zvukových karet, které jsou pomocí softwaru
kompatibilní s A3D bez příslušného hardwarového kódování.
Dnešní aktuální verze Aureal A3D se jmenuje A3D 2.0 a nové rysy: wavetracing,
vyšší vzorkovací frekvence 48 kHz, podpora až 16 3D zdrojů a až 64 3D
reflexních zdrojů je konkurenceschopná. U wavetracingu se jedná o výpočet
reflexí a ozvěn v reálném čase na překážkách v prostoru a kolem nich. Kromě
toho se dají akusticky modelovat rozhraní s určitými reflexními vlastnostmi.
A3D 2.0 dále ovládá nový emulační mód přes CPU počítače, takže i karty bez čipu
Vortex 2 mohou modelovat efekty. To však značně zatěžuje CPU. A3D 2.0 verze
není plně kompatibilní s verzí 1.0 a rovněž není kompatibilní s DOSem.
Rozhodující nevýhodou A3D je velmi nákladná implementace pro programátory her.
Proto není podpora tak velká jako u EAX. Navíc budoucnost Aureal 3D je nejistá,
koncem minulého roku totiž koupila všechny aktivity této firmy společnost
Creative.

Sensaura 3D Audio Technology
Třetím velkým aktérem na tomto poli je Sensaura se svým produktem Sensaura 3D
Positional Audio Technology. Toto API pro DirectSound 3D se skládá z několika
procesů, které jsou vždy optimalizovány pro sluchátka a systémy se dvěma a
čtyřmi reproduktory.
Princip produktu Sensaura se v zásadě opírá o HRTF a crosstalk-cancellation.
HRTF, stejně jako u EAX, se stará o správné úhlové polohování zdroje zvuku
vzhledem k jeho ose. Přesnost úhlového polohování závisí na tom, zda příslušné
zvukové složky určené pro pravé a levé ucho jsou přijímány jen tím "správným"
uchem. Se sluchátky to funguje bezvadně, protože každé sluchátko tvoří jeden
definovaně odstíněný prostor. S reproduktorovými boxy se objevuje problém
akustického přeslechu, to znamená, že zvukové složky levého boxu se například
dostanou do pravého ucha. Tím se značně naruší přesnost polohování.
Firma Sensaura proto dodatečně vsadila na crosstalk-cancellation. Tedy navíc se
z každého kanálu odfiltruje určitá složka signálu, která vyzařuje v opačné fázi
s protilehlými boxy. Výsledkem, který ucho vnímá, je v ideálním případě
subtraktivní přemístění nežádoucích zvukových složek s opačným fázovým signálem
tedy jejich zrušení.
Vzdálenost zdroje zvuku ke sluchátku je u produktu Sensaura realizována ozvěnou
a filtrováním. Pro virtuální polohování zdroje ve vzdálenosti od 1 do 5 metrů
přidává Sensaura složky ozvěny. Pro vzdálenosti nad 5 m se provádí ještě
virtuální snížení výšky, aby se umožnila simulace přirozené filtrace vzduchem
na velké vzdálenosti.

Sensaura MacroFX a ZoomFX
Pro přesnější polohování zdrojů zvuku v blízkých oblastech vyvinula firma
Sensaura ještě jeden dodatečný algoritmus MacroFX, který umožňuje optimalizaci
vzdáleností do 1 metru. Ten vypočítá rozdělení zvukových složek kolem
posluchače ve třech rozměrech. Tento algoritmus se používá jako doplněk HRTF a
je také řízen produktem DirectSound 3D. Pomocí MacroFX lze generovat tyto 3D
efekty: šeptání do ucha, šum větru při běhu nebo při jízdě, efekt sluchátek,
hmyz kroužící kolem hlavy nebo šum v uchu pociťovaný pod vodou.
Pomocí MacroFX lze oslovit pět definovaných zón kolem hlavy. Jsou to zóna 0 v
módu pro velké vzdálenosti, zóna 1 s HRTF a ozvěnou, zóna 2 s algoritmem
MacroFX pro blízké okolí, zóna 3 "mód šeptání" levé ucho, zóna 4 "mód šeptání"
pravé ucho a zóna 5 s "lokalizací v hlavě". Jako bonbónek nabízí Sensaura
emulaci Aureal A3D a EAX. Nejde přitom o úplnou podporu všech funkcí, ale je to
dobrá možnost, jak vůbec interpretovat EAX na čipu ESS nebo Yamaha YMF. Shrnutí
Které metodě 3D zvukových karet patří budoucnost? Na straně vítězů se jistě
objeví EAX. Parciální implementací do DirectX 8.0 je díky Microsoftu postaráno
o další rozšíření.
Ale i Sensaura může díky univerzálním možnostem použití i díky emulaci EAX a
A3D úspěšně zabodovat. Pro produkt Sensaura 3D Audio navíc mluví široká
hardwarová podpora, která umožňuje bezproblémové použití na mnohých již
existujících platformách. Ten, kdo se rozhodne pro novou zvukovou kartu, by měl
dbát na to, aby hardware podporoval alespoň jeden z těchto standardů.
Produktem A3D vytvořil Aureal rámcový standard pro 3D zvuk, avšak po koupi této
společnosti firmou Creative Labs patrně brzy zmizí ze scény.
1 1468 / zaj









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.