Моя инновационная технология 3Д звука для наушников
Здравствуйте, друзья!
В этой статье я хотел бы рассказать о созданной мной технологии по формированию объемного звука в наушниках несколькими динамиками. В основе лежит естественная направленность звуковой волны от источника к уху, как в современных кинотеатрах. Сразу обозначу фундаментальную разницу и вместе с тем новизну с мульти-драйверными моделями (по несколько физических динамиков на ухо), которые были на рынке и потерпели неудачу. В них динамики были размещены в одной плоскости от уха слушателя, тем самым звук со всех каналов подавался в одном направлении, с небольшим смещением. В моей же модели, если к примеру в звуковой сцене у нас собака лает за спиной, то звуковая волна приходит к уху конкретно сзади, таким образом достигается очень чёткое и естественное позиционирование. В сравнении с синтетическими виртуальными каналами так же есть принципиальная разница, в моём случае звук остаётся натуральным и по направлению и частотам , без каких-либо обработок, что в итоге даёт яркую, реалистичную картину.
Конструктив
Фото прототипа вошедшего в описание фигур патента
Мой уже седьмой по счету прототип лёг в основу описания фигур патента No.208001 на полезную модель в ФИПС, хоть теория и оправдала себя, позиция слышалась отчетливо, но вот сам звук и эргономика оставляли желать лучшего. 30 мм динамики не справлялись с большим фокусным расстоянием и до уха доходили одни средние частоты с недостаточной громкостью, также работа сразу нескольких динамиков, в малом закрытом корпусе, давала мешанину непригодную для прослушивания, демпфирующий материал из полиэстера не помогал. В наушниках долго просидеть было невозможно и я взялся за разработку по эргономике и качеству слышимого звука. Даше ушёл с работы, где мне не давали заниматься своими делами, постоянные доклады начальству. В итоге, взял кредит на оборудование и материалы и пол года, практически не выходя из дома, занимался проектом.
Акустическая камера на пять динамиков
Динамики 40 мм Левая камера
Сверху на скриншоте показана последовавшая доработанная модель левой акустической камеры (правая аналогична). Мы видим корпус в виде усеченного конуса, с углом боковых стенок 30 градусов, с посадочными местами под динамики диаметром 40 мм (500 мВт 32Ом, 20–20 кГц, 112дБ). Таким образом, мы имеем в общем, шесть плоскостей (фронт, тыл, боковую л. и пр. , верх и низ), динамики при этом сведены к уху слушателя. От перпендикулярного размещения см.фото (прямоугольная коробка используемая в фигурах патента, на стенках которой я разместил динамики) я решил отказаться, в пользу конического, для сведения звука в фокус на ухе слушателя. Также стоит обратить внимание на отверстия в корпусе камеры. Я очень долго боролся с искажениями внутри глухого корпуса, волны нескольких динамиков переотражались, накладывались друг на друга, слушать было невозможно, демпфирующий материал (на внутренних стенках камер я уложил 2 мм листовой фетр) не помогал, пока мне в голову не пришла мысль разрядить плотность звука внутри камеры, добавив отверстия, таким образом сделав её открытой. Первые перфорированные корпуса дали мне преобладание средних частот, низких практически не было слышно и после долгих экспериментов я выявил необходимое количество и диаметр отверстий, поймав оптимальное соотношение проходящих и отраженных волн, тем самым добившись оптимального баланса по АЧХ. Графики приложить не смогу, нет приборов для её анализа, однако с уверенностью могу сказать, не наблюдается горок или провалов при прослушивании музыки. Каши по детализации также не наблюдается, источники звука с различных направлений воспринимаются строго по отдельности, с отчетливо
узнаваемым направлением и соответствующим характером звука, без какой-либо окраски. Собственно в этом я вижу самую главную отличительную черту и преимущество от синтетического бинаурального или виртуального многоканала. Нет искажений, звук передается практически без изменений и обработок, и естественная направленность звуковой волны от источника к уху, делающая позицию звука естественной и реалистичной.
Динамики, подключены по стандартной схеме, это стерео-пары фронтальной, боковой и тыловой плоскости, подключенные к аналоговым выходам через мини джеки 3.5». Провода использовал тоненькие, многожильные, марку сказать не смогу, сам не знаю =) , купил на али. В одном кабеле по 6 жил, для подключения к трём динамикам (фронт, бок, тыл) этого вполне хватило. Центральный динамик я сперва выводил через верх, что мне сильно не нравилось, затем через бесплатную программу я перенаправил центр на фронтальные левый и правый каналы, тем самым избавившись от лишнего динамика, установленного в месте потенциального канала верхней плоскости. Испытания прототипа проводились в формате 7.1, так как он наиболее распространен и я не нашёл пока способ реализовать верхнюю и нижнюю плоскость, во-первых нет.
Фото открытый тип вариант 1 в связке со звуковой Creative SB X3 (6 динамиков)
таких аналоговых выводов у звуковой карты, во-вторых, пока что нет такого контента, я по крайней мере, не нашёл.
Программная часть
Как я уже писал, для перенаправления центрального канала я использовал программный микшер (см. скриншот ниже) , и решил добавить теневые кросс-каналы, с тем смыслом, чтобы компенсировать разницу по громкости. Ведь весь многоканальный контент создаётся для внешней акустической системы, которую мы слышим обоими ушами каждую колонку с динамиками, в отличии от восприятия в наушниках, когда каждое ухо слышит источник по отдельности. И очень часто сталкивался с такой ситуацией, когда находясь , например правым боком, к звуковому объекту, звук прилетает только в правый боковой канал, в то время как левый остаётся глухим, что вызывает сильный дискомфорт. Для этого я ввёл теневые кросс-каналы, то есть в боковой левый я добавил 20% громкости от праваго , а в боковой правый, соответственно 20% от левого. Фронты и тылы так же скрестил, добавив разницу в 10%, получилось очень не дурно, и звуковая картина не пострадала и реалистичности прибавилось. Пробовал так же добавить временные задержки между теневыми и реальными, но эффект оказался хуже, натуралистичность картины начала страдать, поэтому остановился на громкости.
Программа-микшер Equalizer APO
Ещё, стоит сказать несколько слов о звуковой карте. Я выбрал внешнюю от Creative не случайно, у неё оказался необходимый запас по громкости на каналы сюрраунда, благодаря усилителю в аудио-тракте. Сам же звук я выводил напрямую в режиме direct, в выставленном формате 7.1. Для музыки я использовал проигрыватель AIMP, сам звук выводился через WASAPI с раскладкой по всем каналам в режиме 7.1.
Тесты
Я неоднократно проводил сравнительные тесты в кино играх и музыке между полученным прототипом, в режиме прямого потока многоканадьного аудио и стерео, а также бинаурального режима через наушник Sennheiser HD 569, еще сравнивал с ближайшим аналогом, гарнитурой ASUS ROG Theta 7.1. И вы знаете, с уверенностью могу сказать, что прототип по звуку и позиции на голову выше. К такому же мнению приходили многие, приглашённые мной люди, которых я просил максимально честно дать оценку.
Больше всего мне понравился объём в таких играх, как Soma, Kingdom Come: Deliverance, The Bards Tale 4. Тестировал даже в стареньких играх, таких как Готика 2. В шутерах позиция просто на высоте, CS, PBUG. Очень жаль что Побег из Таркова пока не обзавёлся многоканалом.
Музыка слушается весьма комфортно, очень заметна разница с обычным стерео. Лично мне понравились практически все направления от классики и металла до электроники и популярной.
Получив прекрасный результат, я попытался поучаствовать в гос.конкурсе Фонда Содействия Инновациям, но на первом же этапе не смог победить. И дело не в технологии, а в практическом отсутствии технически и экономически подкованной команды, плохо оформленная анкета, я составил всё сам без какой-либо помощи специалистов. В общем не смог, а забрасывать очень жаль. Прототип есть, можно послушать, оценить. Патент от ФИПС на полезную модель тоже есть.
С уважением,
Николай.
e-mail: technicno15@gmail.com
