Page 18

Делается это следующим образом. Из физиологии мы знаем, что звук, улавливаемый нашим ухом, создает некоторое давление на барабанную перепонку. Обозначим это давление как функцию от частоты: P1(f). Если поместить между источником звука и барабанной перепонкой какое-либо препятствие (в нашем случае это голова с ушами), то звуковое поле искажается за счет дифракции и отражения – тот же источник звука будет создавать несколько другое давление: обозначим его как P2(f). Тогда передаточную функцию головы можно записать как отношение этих давлений:

Каким же образом достигается этот удивительный эффект? В первую очередь, он основан на том, что звук поступает в наши уши не одновременно, а с небольшой разницей во времени – ухо, расположенное ближе к источнику, воспринимает звук раньше. Эта разница ничтожно мала, но она все-таки есть, и наш мозг учитывает ее, чтобы «вычислить» расположение источника (так называемая фазовая локализация).

H(f) = P2(f) / P1(f) Чтобы найти H(f), на практике замеряется давление по времени P1(t) и P2(t). Затем вычисляется H(t) – коэффициент давления на барабанную перепонку, инвариантный относительно частоты сигнала. Его также называют head-related impulse response (HRIR) – импульсной переходной функцией головы. HRIR переводится в HRTF (в частотную область) путем преобразования Фурье.

Но это не объясняет, как мы распознаем источники, расположенные на одном и том же расстоянии от обоих ушей – середи, сзади, снизу или сверху. Здесь вступает в действие способность мозга классифицировать звуки по их частотным характеристикам. Все дело в том, что звук, покинув источник, проходит весьма сложную серию преобразований перед тем, как попасть в наши внутренние органы слуха – из-за особенностей формы головы и ушной раковины, мы по-разному воспринимаем один и тот же звук, поступающий сзади и спереди, сверху и снизу (локализация по разнице частотного спектра). Эти частотные преобразования (передаточные функции головы – head-related transfer function, HRTF) используются компьютерными алгоритмами для синтеза бинауральных звуков – зная HRTF для обоих ушей, достаточно произвести ими свертку монофонического сигнала, и получится реалистичный 3D-звук!

- 18 -

FPS Magazine Issue 35  

FPS is a free Russian e-zine dedicated to computer games development, programming and CG.

FPS Magazine Issue 35  

FPS is a free Russian e-zine dedicated to computer games development, programming and CG.

Advertisement