Иммерсионные акустические системы

immersive_1.jpgПогруженные в звук

«Мои первые переживания от 3D звука были намного более глубокими, чем в результате воздействия любой, путь и более сложной системы виртуальной реальности, построенной на визуальной основе. Это была не привязанная к графике, чисто звуковая пространственная структура, погружение в которую заставило меня пережить невероятно сильные ощущения», — такими словами Эрик Дэвис, автор известной книги «Техногнозис. Миф, магия и мистицизм в информационную эпоху» (на русском языке выпущена издательством «Ультра. Культура» в 1997 г.), открыл в 1997 году конференцию Xchange в Риге (Латвия). Его выступление было посвящено возрастающей роли акустических пространств, распределению спектра частот и электронной музыке, но важно другое – впервые научное сообщество отметило, что звук в потенциале позволяет создавать гораздо более мощные иммерсионные среды, чем видео. Как минимум – в качестве «компаньона» для видео – звук увеличивает эффективность инсталляций, предназначенных для моделирования (имитации или формирования) виртуальной реальности.

Но что же такое иммерсионные акустические системы? Попросту говоря, это сложные многоканальные системы объемного звучания (surround sound), предназначенные для имитации или проектирования специфических сред акустическими методами. Подобные процессы часто называют «аурализацией» — акустическим эквивалентом визуализации. В системах аурализации используется некоторое количество точечных источников звука – ненаправленных громкоговорителей, которые особым образом расположены вокруг слушателя или слушателей. Каждый источник воспроизводит отдельный звуковой сигнал, и все вместе они дают слушателю ощущение присутствия в особой акустической среде.

Есть много методов, определяющих способы воспроизведения каждого канала и различающихся в зависимости от способа записи исходного сигнала, количества задействованных каналов и метода формирования виртуального пространства. Не вдаваясь в технические подробности, можно описать две основные области применения иммерсионных акустических систем. Первая — это воспроизводство (или восстановление) уже существующей, реальной акустической среды, например, концертной площадки, аппаратной (контрольной комнаты) или, скажем, автодорожного туннеля. Вторая — это формирование чего-то, что ещё не существует в реальности, а возможно, и не будет существовать никогда.

В обоих случаях аурализация может использоваться для воспроизведения звука, однако получение соответствующих сигналов для воспроизведения выполняется совершенно по-разному. При этом никакие инновации не были бы возможны без предшествующей разработки технологий для создания моделей («снятия образцов»).

Многие годы были потрачены на разработку различных методов, позволяющих достигать определенных пространственно-акустических эффектов. Один из первых и до сих пор широко используемых известен как «амбиофония». Он основан на 4-канкальной звукозаписи в т.н. «B-формате»: каналы W, X, Y и Z фиксируются с помощью специально сконструированного массива микрофонов. Причём микрофоны X, Y и Z имеют характеристику направленности типа «восьмерка» и ориентированы в пространстве по одноименным осям. Микрофон W является ненаправленным и замеряет монофоническое звуковое давление в центральной точке. На основе этих четырех сигналов (в сочетании с исходным) амбиофонический кодер рассчитывает алгоритм обработки, который необходимо применить к любому источнику, чтобы слушатель получил точное впечатление о моделируемом звуковом пространстве.

Другой аналогичный метод — т.н. синтез волнового поля (Wave Field Synthesis — WFS), разработанный институтом цифровых медиа-технологий Фраунгофера (IMDT, Германия), а затем «раскрученный» в коммерческих целях компанией Iosono. Вместо обработки (т.е. матрицирования сигналов на соответствующее количество каналов воспроизведения) WFS использует множество источников сигнала, создавая иллюзию более крупной звуковой волны (см. рисунок). Эта методика основана на работах знаменитого физика Христиана Гюйгенса (XVII в.), который установил, что фронт световой волны может рассматриваться как суперпозиция (сумма воздействия) многочисленных волн меньшего размера. При этом малые волны исходят из точек, через которые фронт исходной волны прошёл в предыдущий момент.

immersive_3.pngФото 1: Чтобы имитировать расположенный где-то в другом месте виртуальный источник звука, технология WFS «складывает» фронты звуковых волн, воспроизводимых точечными источниками сигнала.

Технология WFS использует этот принцип в применении к звуку, заменяя виртуальные источники сигналами от множества реальных источников. Ее ключевое преимущество перед амбиофонией заключается в большей площади зоны наилучшего звучания (т.н. sweet spot). Слушатель может спокойно ходить внутри системы WFS и не терять ощущения пространственного звучания.

От теории к практике
Области применения таких технологий практически неограниченны — если, кончено, вы можете их себе позволить.Что касается воспроизводства реальных акустических пространств в виртуальной среде, то здесь основным инструментом является имитация (симуляция). Например, в ВМС США используют технологию типа WFS для имитации пространства капитанского мостика (в сочетании с визуализацией, конечно).

Одна из компаний, широко применяющих в своём бизнесе амбиофонию — Arup Acoustics. Эта известнейшая консультационная фирма, офисы которой расположены по всему миру, включая Москву и Санкт-Петербург, создала инструмент аурализации под названием SoundLab. Система позволяет клиентам –а это и архитекторы, и инженеры, и музыканты – услышать, как архитектурные формы влияют на качество звучания и как различные пространства проявляют себя с точки зрения акустики. Инструмент пользуется для «акустической оптимизации» любых конструкций, от транспортных терминалов и спортивных сооружений до концертных залов, музеев и офисных зданий. В частности, с помощью SoundLab сформирован новый стандарт акустики оперных театров («Дом оперы» в Осло, Норвегия), оптимизированы затраты на акустическое оформление и звуковые системы транспортного терминала (вокзал «Санта Мария Новелла» во Флоренции, Италия). Наряду с моделированием уже существующих пространств SoundLab позволяет прогнозировать «акустическое поведение» различных обстановок — путем внесения в модель известных (измеренных ранее в подобных же обстановках) эффектов.

soundlab.jpgФото 2: Системы SoundLab компании Arup ныне инсталлированы в более чем дюжине мест по всему миру, что позволяет компании имитировать огромный диапазон звуковых пространств для своих клиентов.

Следующим шагом на пути совершенствования методов аурализации стала лаборатория iXD, совместное «детище» компании Arup и студии цифрового дизайна Школы искусств Глазго (Великобритания). В этой лаборатории акустическое моделирование выполняется сопровождается формированием 3D изображений. Виртуальные туры для потенциальных клиентов позволяют задавать звук и вид в любой точке пространства. Использование такого подхода выходит за рамки архитектурного планирования зданий и городов — инструмент можно использовать и для более «локальных» целей, например, для прогнозирования посещаемости музеев или управления наполняемостью кинотеатральных залов в режиме он-лайн.

Похожая работа выполняется в Университете Йорка (Великобритания), где в состав «Центра новых креативных технологий» входит демонстрационное пространство, оборудованное иммерсионным дисплеем (обзор 360 градусов) и «перифонической» звуковой системы. Последняя позволяет воспроизводить звук в формате 28.4 и состоит из 8 низкочастотных, 12 среднечастотных и 8 высокочастотных громкоговорителей (всего 28), а также 4 сабвуферов.

«Одно из ключевых применений иммерсионных акустических систем — это поддержка восприятия в иммерсионных 2D и 3D видеопространствах. Именно звук формирует истинную дополненную реальность», — говорит Ричард Маколи из запустившей этот проект компании BMA. Себ Жуан, старший консультант компании Arup Acoustics, добавляет в список ключевых областей применения архитектуру. Он считает, что только иммерсивные аудио системы позволяют представить, как будет «звучать» пространство или здание еще до того, как началось строительство. «Сначала через SoundLab мы «проигрываем» клиенту общее звучание здания. Затем, оценив возможные проблемы с акустикой, мы демонстрируем примеры различных решений этих проблем. Это можно сделать как с уже существующими помещениями, так и с новыми зданиями. Т.о. архитектор может принять верное решение относительно используемых материалов и конструкции пространства», — говорит г-н Жуан.

«Исследования в области иммерсионного аудио помогают сотрудникам таких известных организаций, как CalIT2 при Калифорнийском университете в Сан-Диего и KAUST (Научно-технический университет имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии), совершенствовать устройства отображения визуальных данных, — говорит Стив Эллисон, директор по развитию направления цифровых систем компании Meyer Sound. — Именно сочетание звука и видео позволяет перейти к разработке систем нового поколения, которые будут одинаково эффективны для создания зрительных и слышимых образов». Напомним, ранее в нашем журнале была опубликована подробная статья об иммерсивной акустической системе Meyer Sound Constellation (см. №).

Успешная реализация
Успех инсталляции акустических систем пространственного звучания основан на нескольких ключевых факторах.

Во-первых, это само пространство, в котором система размещается. «Акустика отдельного помещения и здания вообще должна быть управляемой, — утверждает г-н Жуан из компании Arup. — Шум и вибрации от служебных систем здания также необходимо держать под контролем. Наша система SoundLab представляет собой «коробку в коробке», изолированную от капитальных стен здания, где она расположена».

Второй фактор — это правильный выбор оборудования. По словам г-на Маколи из компании BMA, «ключевые параметры для выбора громкоговорителя — это полный диапазон воспроизводимых частот и равномерность амплитудно-частотной характеристики. Оправданно суженная диаграмма направленности также важна в системах, где задействованы более двадцати каналов».
Привлекательным решением являются активные громкоговорители, позволяющие обойтись без громоздких, сильно нагревающихся и шумных стоек с усилителями. Ведь в идеале иммерсионные акустические системы должны работать в мертвой тишине!

Другие важные факторы успеха – качественная калибровка и компоновка системы воспроизведения. В системе с применением амбиофонии зона наилучшего звучания (sweet spot) очень мала, а пространство для слушателей крайне ограничено. Следовательно, здесь очень важно добиться равномерности звукового поля и тщательно откалибровать положение громкоговорителей относительно позиции слушателя.

Перспективы развития
Уже сейчас профессионалам доступны все возможности для демонстрации и прогнозов звучания любого пространства, причём, что называется, «не отходя от кассы» (т.е. не выходя из лаборатории). Кроме того, есть возможность совмещать многоканальное аудио с иммерсионной видеосредой – чтобы погружение было как можно более полным (правда, пока что на сравнительно простом техническом уровне).

Следующий шаг «к светлому иммерсионному будущему» — совершенствование интерактивности. Для этого ученым и разработчикам необходимо расширить свободу перемещения в пространстве, чтобы слушатель мог по-настоящему исследовать виртуальную среду, в которую он погружён.

Кроме того, на повестке дня стоит повышение количества «участников акции». Большинство систем, которые сейчас находятся в коммерческой эксплуатации, способны обслуживать только одного слушателя.

Заключение
Иммерсивные акустические системы — это область деятельности, которая сегодня сильно «волнует» и научное, и профессиональное аудиовизуальное сообщества. Причём стимул для развития здесь – не только чисто теоретическое любопытство, но и возможность воплощения, казалось бы, совершенно невоплотимых идей. Об этом весьма поэтично говорит упомянутый в начале статьи Эрик Дэвис: «Расширяя границы акустических сред, акустического киберпространства, мы можем выйти в открытое пространство неизвестности».

Об этом можно сказать и по-другому, более практично: чтобы лучше понять себя и своё окружение, мы развиваем визуализацию, но добьёмся немного, если не примем во внимание аурализацию.

Источник: InAVate

 
< Пред.   След. >

inavate-twitter_50.jpg twitter_50.jpg facebook_50_2.jpg

   
 

Advertisement
Advertisement
64132-001_pls_banner_versand_120x240_ru.gif
Яндекс.Метрика