Теория. Битва за трехмерный звук

 Современные игры немыслимы без трехмерного звука точно так же, как DVD-фильмы немыслимы без пятиканальной акустики Dolby Surround.Безусловно, можно замечательно обойтись без всех этих технологий и смотреть DVD по старинке, на ламповом телевизоре с монофоническим динамиком, а играть в игры, вообще отключив звук. Но тот, кто пользуется подобными режимами "совместимости", теряет весьма значительный кусок общей атмосферы, заложенный в фильм или игру их создателями.

Под трехмерным звуком компьютерных игр подразумевается обеспечение игрока возможностями, во-первых, точно определять направление на какой- либо звучащий объект игрового мира, а во-вторых, воссоздание общей звуковой перспективы в локациях игрового мира. Человек определяет направление на звук с помощью обоих ушей - одно ухо не дает мозгу достаточной информации для локализации источника. Звук, идущий с какой- либо одной из сторон, попадает "напрямую" в одно ухо и проникает сквозь черепную коробку, прежде чем попадет во второе ухо. По характеру искажения звука, возникшего при прохождении препятствия, мозг рассчитывает направление на сам звучащий объект. В силу особенностей нашего организма (и законов школьной физики) низкочастотные звуки локализуются человеком очень плохо - основную информацию о направлении несет нам среднечастотный и высокочастотный диапазон, причем значащими являются лишь некоторые частоты в этом диапазоне. В качестве примера: человек намного легче определит направление на летящего комара, чем на гудящий теплоход. В том случае, если мозгу недостаточно информации для того, чтобы точно локализовать объект, человек инстинктивно совершает небольшой поворот головы.

Подобное подсознательное перемещение позиции головы и дает мозгу вспомогательную информацию для точного расчета местоположения источника звука. Эта практика особенно актуальна для локализации неподвижных источников звука - быстро передвигающиеся объекты сами любезно заваливают наш мозг массой информации о своем местонахождении. Крутить головой в этом случае нет никакой необходимости - источник звука сам крутится вокруг нее. Источник звука, находящийся сзади, мы слышим более "глухим" - мочки ушей фильтруют высокочастотные составляющие пришедшего звукового сигнала, и он попадает в оба уха уже искаженным, опять-таки, дополнительно локализуясь при проходе сквозь черепную коробку. Звук от своего источника попадает к нам в уши не только по прямой линии "источник - наша голова". Он застревает в различных препятствиях, "вырезающих" из его спектра определенные наборы частот, а также отражается от этих препятствий и стен помещений, формируя при этом фазовое запаздывание - "эхо". Причем эхо может быть как большим с задержкой в несколько секунд, так и "мгновенным" микросекундным.

Все нюансы отраженного звука вкупе с оригинальным вариантом, пришедшим по прямой линии, рассчитываются в режиме реального времени нашим "бортовым компьютером", давая нам информацию об окружающей нас среде. Церковь звучит одним образом, большая железная труба - другим, ванная комната - третьим, захламленный чердак - четвертым. Летучие мыши, слышащие ультразвук, и вовсе встроили в себя локатор, работающий на этом принципе (помните, я вам рассказывал о важности высоких частот?). Человек такими возможностями не обладает, хотя сумел-таки построить себе радар на еще более высокочастотном "звуке" - радиоволнах. Тем не менее, человек вполне в состоянии даже с завязанными глазами понять находится: в морском ли он, скажем, порту или в подвале жилого дома. Окружающее его звуковое поле несет вполне достаточно информации для того, чтобы это точно определить.

Алгоритм, который можно изложить словами на бумаге, можно и запрограммировать в компьютерной программе. Именно так и рассуждали разработчики звуковых карт, поддерживающих трехмерный звук. Если наш мозг получает информацию об окружающей среде, структуре материала стен помещений и его объеме, направлении на те или иные звучащие объекты благодаря определенным искажениям изначального звукового сигнала, то что, собственно говоря, нам мешает взять и запрограммировать эти искажения? Вместо простого усиления или ослабления звука в той или иной звуковой колонке, как это делается в "стерео" и "квадро", можно взять и заранее обработать изначальный сигнал, наложив на него эхо, отражения и затухание звука. Добавляем обсчет искажения звукового сигнала при проходе через наш череп и мочки ушей и засылаем этот сигнал в уши игрока. Мозг, получив хорошо знакомые ему звуковые паттерны, привычно их раскодирует, разложив на "лево-право", "спереди-сзади", "сверху-снизу". Разумеется, кое-что сделать очень трудно, а значит, дорого.

Другое требует огромных вычислительных ресурсов, которыми звуковые процессоры просто не обладают, и его пришлось упростить. Третье: а третье вообще непонятно по какому алгоритму вычисляется в нашем "биологическом бортовом процессоре", и его пришлось отбросить. Каждый человек имеет индивидуальные особенности слуха и даже индивидуальную форму ушей. Большинство жителей мегаполисов в возрасте более 30 лет теряют возможность слышать высокочастотные звуки с частотой выше 16 КГц. Уши каждого человека имеет свою собственную индивидуальную амплитудно-частотную характеристику, на некоторые частоты у него могут быть наложены "фильтры". К примеру, вполне вероятна такая ситуация, при которой вы хорошо слышите, скажем, 12 КГц и 14 КГц, а 13 КГц вообще не слышите. Плюс каждый из нас индивидуально учит свой мозг опознавать те или иные звуки, а звуковые карты реализуют лишь базовые алгоритмы, да и то на примитивном уровне. Тем не менее, как гласит известная поговорка, "в стране слепых и кривой король". Современные звуковые карты, реализуя алгоритмы, о которых я вам только что рассказал, умеют худо-бедно обманывать наш мозг таким образом, что мы начинаем слышать то, чего нет в реальности. Можно "услышать" себя стоящим на утесе, о который внизу разбиваются морские волны, почувствовать себя ползущим по пыльной трубе вентиляции с пистолетом в руках или находящимся в огромной пещере. Пули будут, как в песне, "свистеть у виска", а гильзы станут, подпрыгивая, кататься именно по полу, а не по внутренней поверхности вашей черепной коробки.