Читаем Сам себе сисадмин полностью

HRTF (Head Related Transfer Function) – это процесс, посредством которого наши два уха определяют слышимое местоположение источника звука; голова и туловище являются в некоторой степени препятствием, задерживающим и фильтрующим звук, поэтому ухо, скрытое от источника звука головой, воспринимает измененные звуковые сигналы, которые при декодировании мозгом интерпретируются для правильного определения местоположения источника звука. Звук, улавливаемый нашим ухом, создает давление на барабанную перепонку. Для определения создаваемого звукового давления необходимо определить характеристику импульса сигнала от источника звука, попадающего на барабанную перепонку, т. е. силу, с которой воздействует звуковая волна. Эту зависимость называют Head Related Impulse Response (HRIR), а ее интегральное преобразование – HRTF.

Принято характеризовать акустические источники скоростью распространяемых ими звуковых волн V(t). Теоретически давление, создаваемое идеальным точечным источником звука бесконечно, но ускорение распространяемой звуковой волны есть конечная величина. Если пользователь находится в состоянии «free field» (в окружающей среде нет ничего кроме источника звука и среды распространения звуковой волны), тогда давление «free field» (ff) на расстоянии «г» от источника звука определяется по формуле:

Pff(t) = Zo V(t – r/c) / г,

где Zo – это постоянная, называемая волновым сопротивлением среды (characteristic impedance of the medium), c – скорость распространения звука в среде. Давление ff пропорционально скорости в начальный период времени (происходит сдвиг по времени, обусловленный конечной скоростью распространения сигнала). Возмущение в этой точке описывается скоростью источника в момент времени, отстоящий на r/c – время затраченное на то, чтобы сигнал дошел до пользователя. Не зная V(t), нельзя утверждать характера изменения скорости при сдвиге (т. е. произойдет замедление или ускорение) и давление уменьшается обратно пропорционально расстоянию от источника звука до нахождения пользователя.

Если поместить в среду распространения звуковых волн человека, тогда звуковое поле вокруг него искажается за счет дифракции (различие скоростей распространения волн разной длины), отражения и дисперсии (рассредоточения) при контакте человека со звуковыми волнами. Тот же источник звука создает другое давление звука P(t) на барабанную перепонку в ухе человека. Для разного положения головы относительно источника звука задействуются HRTF фильтры. Библиотека HRTF фильтров создается в результате лабораторных измерений, производимых с использованием манекена, носящего название KEMAR (Knowles Electronics Manikin for Auditory Research, – манекен Knowles Electronics для слуховых исследований) или с помощью специального «цифрового уха» (digital ear), разработанного в лаборатории Sensaura, располагаемого на голове манекена. Измеряется составляющая HRIR, а значение HRTF получается путем преобразования. В ушах манекена располагаются микрофоны, звуки воспроизводятся через акустические колонки, расположенные вокруг манекена. Записывается то, что слышит каждое «ухо».

HRTF – сложная функция с четырьмя переменными: три пространственных координаты и частота. При использовании сферических координат для определения расстояния до источников звука больших, чем один м, считается, что источники звука находятся в дальнем поле (far field) и значение HRTF уменьшается обратно пропорционально расстоянию. Измерения HRTF производятся в дальнем поле, что существенным образом упрощает HRTF до функции азимута (azimuth), высоты (elevation) и частоты (frequency), т е. происходит упрощение за счет избавления от четвертой переменной. При записи используются полученные значения измерений и в результате он при проигрывании звука (например, оркестра) воспроизводится с таким же пространственным расположением, как при естественном прослушивании. Техника HRTF не нова, она широко используется пару десятков лет, обеспечивая качество стереозаписей. Лучшие результаты получаются при прослушивании записей слушателем в наушниках.

Наушники, конечно, упрощают решение проблемы доставки одного звука к одному уху и другого звука к другому уху. Тем не менее, использование наушников имеет и недостатки. Например:

* Многие люди просто не любят использовать наушники. Даже легкие беспроводные наушники могут быть обременительны. Наушники, обеспечивающие наилучшую акустику, могут быть чрезвычайно неудобными при длительном прослушивании.

* Наушники могут иметь провалы и пики в своих частотных характеристиках, которые соответствуют характеристикам ушной раковины. Если такого соответствия нет, то восприятие звука, источник которого находится в вертикальной плоскости, может быть ухудшено. Слышится преимущественно только звук, источники которого находятся в горизонтальной плоскости.