3D Geluid Uitgelegd

3 reacties
Inhoudsopgave
  1. 1. Inleiding
  2. 2. Wat is 3D geluid precies?
  3. 3. Hoe hoort een mens 3D?
  4. 4. De werking van A3D
  5. 5. A3D in de praktijk
  6. 3 reacties

De werking van A3D

Nu we ongeveer weten hoe onze oren 3D geluid waarnemen is het ook makkelijk om de werking van het A3D systeem te begrijpen.

Head Related Transfer Functions (HRTF)

Het gehele A3D systeem is gebaseerd op zogenaamde Head Related Transfer Functions (HRTF’s). Zoals we hiervoor hebben kunnen lezen is er door verschillende zaken een verschil tussen het geluidssignaal dat uit de geluidsbron komt en het geluidssignaal dat we in onze oren ontvangen. Dit dus door toedoen van de IID, ITD, Oorschelpfilters en andere zaken. Het idee achter 3D geluid is om deze verschillen al bij het creëren van het geluid toe te passen op de geluidsbron. Door de filters voor wat er met geluid uit de linkerbovenhoek zou gebeuren op het geluid voor het linker en rechter oor toe te passen, lijkt het geluid ook echt van linksboven te komen. Om al deze filters te vinden zijn er met behulp van echte oren van vrijwilligers en modellen van menselijke oren veel metingen gedaan. Een klein microfoontje is gestopt in het oor en de juiste overgangsfilters zijn gemeten bij geluiden vanuit zeer veel verschillende punten uit de ruimte. Onderstaande afbeelding laat dat zien:

Er is dus een verschil tussen het geluid van de bron en het geluid opgevangen in het oor. Dit verschil wordt gekarakteriseerd door een bepaalde impulsresponsie voor die bepaalde geluidsbron positie. Een dergelijke filterfunctie wordt een HRTF genoemd. Door de HRTF’s voor vrijwel alle posities in de ruimte te meten volgt er een complete set filters, waarmee geluiden dusdanig kunnen worden gemanipuleerd zodat ze uit alle plaatsen uit de ruimte kunnen komen.

Als er dus nu geluid vanuit een bepaalde richting moet komen wordt dit signaal vermenigvuldigd (eigenlijk een convolutie voor de kenners) met de juiste HRTF voor het linker oor en de juiste HRTF voor het rechter oor. Beide signalen gaan de juiste oren in en de geluiden lijken echt vanuit de juiste locatie te komen.

Uiteraard zijn de HRTF’s niet voor iedere persoon gelijk. Dit bijvoorbeeld omdat iedereen een andere vorm oorschelp heeft. Door onderzoek te hebben gedaan bij veel verschillende personen en oren is er echter een set “standaard” HRTF’s ontstaan die bij iedereen een redelijk goed effect hebben.

Aangezien het filteren van geluidsbronnen met HRTF functies zeer complex is (zeker als we verschillende geluidsbronnen vanuit verschillende locaties hebben), zitten op huidige 3D geluidskaarten zeer krachtige DSP-chips. Zoals al gezegd heeft Aureal's Vortex II chip (die volgens dit systeem werkt) al een snelheid van ca. 1200 MIPS!

Wavetracing

Een nieuwe toevoeging aan A3D in versie 2.0 is wavetracing. Met dit systeem kunnen reflecties e.d. ook verwerkt worden. Met wavetracing worden al deze effecten ook berekend en worden geluiden niet alleen rechtstreeks vanuit de bron gehoord, maar zijn ook alle reflecties duidelijk hoorbaar. Wavetracing hoedt ook meteen bezig met de fysieke eigenschappen van de muren en de omgeving: absorpties e.d. worden ook zeer realistisch berekend. Ook maakt wavetracing het mogelijk om realistisch gedempte geluiden vanuit een andere kamer te horen. Vooral bij spellen als Quake brengt wavetracing een nieuwe vorm van realiteit met zich mee. Geluiden die worden gemaakt in dergelijke doolhoven zijn nu ook echt realistisch te horen zoals dat in het echt ook het geval zou zijn. Het afschieten van een raket brengt vele terugkaatsingen van het geluid met zich mee. Een demo die bij de A3D geluidskaarten wordt meegeleverd laat dit systeem duidelijk zien (en horen!):

 

In deze demo kan de gebruiker zelf de positie van de twee geluidsbronnen en de luisteraar bepalen binnen of buiten de muren van de 3D ruimte. Duidelijk zijn de rechtstreekse en de reflecterende (via de muren) geluidssignalen van de geluidsbronnen naar de luisteraar te zien. D.m.v. van het A3D 2.0 systeem is dit ook zeer realistisch te horen.

Speakers en Koptelefoons

Wellicht begrijp je nu al waarom 3D geluid het best functioneert bij gebruik making van een koptelefoon. Alleen dan is het echt mogelijk om verschillende geluiden naar het linker en het rechter oor te sturen. (Zoals hierboven al besproken zijn er namelijk voor realistisch 3D geluid verschillende HRTF’s voor het linker en rechter oor.) Aanbevolen wordt wel om een kwalitatief goede koptelefoon te gebruiken: met een simpel walkman koptelefoontje zal het effect een stuk minder zijn.

Om met twee standaard speakers geluid weer te geven is wat extra’s nodig. Er moet namelijk voorkomen worden dat het geluid dat voor het rechter oor bestemd is ook bij het linker oor terecht komt, en andersom. Hiervoor wordt een systeem genaamd Crosstalk Cancellation gebruikt. Door het signaal voor het linker oor ook uit de rechter speaker te laten komen, alleen dan 180 graden in fase verdraaid, zal het geluid voor het linker oor bij het rechter oor vrijwel geheel gedempt worden. Zo ook andersom uiteraard. Ook dit systeem werkt overigens alleen succesvol bij hoge tonen, maar dat is niet erg, aangezien we al weten dat lage tonen toch niet (goed) gelokaliseerd kunnen worden. Er zijn wel een groot aantal voorwaardes voor het goed functioneren van crosstalk cancellation: de belangrijkste is dat de luisteraar precies in het midden van beide speakers moet zitten. De smalle ruimte waarin de luisteraar zich mag bevinden wordt de sweet spot genoemd. Zodra de luisteraar zich hier buiten bevindt wordt het gehele systeem teniet gedaan en blijft er van het 3D geluid niets meer over:

Natuurkundigen onder ons zullen het crosstalk principe goed begrijpen. Door het optellen van een sinusvormig signaal en het zelfde signaal 180 graden verschoven blijft er niets over.

Het gebruik van vier speakers (de meeste A3D geluidskaarten hebben hier ondersteuning voor) maakt het er alleen maar moeilijker op. De A3D chips maken alleen maar gebruik van de voorste twee voor de HRTF functies. De achterste worden m.b.v. volume panning alleen maar gebruikt voor het versterken van enkele effecten. Hoeveel speakers je ook plaatst, het effect blijft het best met een goede koptelefoon.

0
*