Пространственный звук в головных телефонах

На сегодняшний день существует многообразие систем пространственной звукопередачи. Большинство из них представлено многоканальными системами, требующими большого числа громкоговорителей, при этом не совместимыми с двухканальным воспроизведением через стереотелефоны. Альтернативной системой является современная система звукозаписи и звукопередачи – бинауральная стереофония, воспроизведение в которой осуществляется через головные телефоны. Бинауральная стереофония основана на концепции естественного слухового восприятия, т.е. на свойствах бинаурального слуха, бинауральной локализации. Первичные сигналы записываются в слуховых каналах слушателей, передаются по линиям связи и воспроизводятся через головные телефоны. Таким образом, бинауральная система передает совокупность слуховых ощущений и позволяет воссоздать трехмерную звуковую картину, вынесенную за пределы головы слушателя, что создает полную иллюзию его присутствия в первичном поле.

Воспроизведение бинауральных сигналов через головные телефоны имеет целый ряд преимуществ:

-обеспечивает слушателя вынесенным за пределы головы пространственным звуковым образом (это явление называется экстернализацией) с четкой локализацией виртуальных звуковых источников в пределах всей горизонтальной плоскости.

-значительно более реалистичной является передача акустических свойств первичного помещения, свойственных ему гулкости, теплоты, мягкости звучания. Бинауральной системе по сравнению со стереофонией свойственно более точное восстановление пространственной структуры первичного реверберационного процесса.

Однако при прослушивании бинауральных сигналов были выявлены определенные проблемы: недостаточно точная локализация расстояния до источника; ошибки типа «фронт-тыл», погрешности, возникающие из-за индивидуальных особенностей морфологического строения ушных раковин. Причиной их возникновения являются искажения, вносимые акустическим трактом. Погрешности возникают в основном в преобразователях внутри телефонов, в связи с чем необходима предварительная обработка бинауральных сигналов и калибровка головных телефонов.

Исследования, выполненные в работе H. Moller, D. Hammershoi[1] показали, что большинство головных телефонов не обладают ровной частотной характеристикой необходимой для точного воспроизведения бинауральных сигналов. Калибровка применяется для компенсации искажений, вносимых неравномерностью частотной характеристики телефонов, с учетом их передаточных функций HpTFs (headphone transfer functions), которые описывают процесс распространения звуковой волны от излучателей телефонов до барабанных перепонок слушателя.

При выборе головных телефонов важным аспектом является соотношение давлений PDR (pressure division ratio), характеризующее отношение импеданса на входе в слуховой канал при прослушивании в свободном поле, к импедансу при нагрузке его на головные телефоны. Если это отношение стремится к единице, то головные телефоны определяются как «открытые» (Free-air coupling equivalent) и дополнительной компенсации не требуют. Если это условие не выполняется, то калибровка телефонов должна быть выполнена с учетом PDR.

Сложность калибровки телефонов обусловлена тем, что передаточные функции телефонов (hptfs) зависят не только от индивидуальной морфологии, но и от расположения телефонов на голове слушателя. Для решения этой проблемы в настоящее время используют компьютерное моделирование передаточных функций головы и головных телефонов, однако для точного воспроизведения бинауральных сигналов рекомендуется применять индивидуальную калибровку, т.е. с измерениями и учетом индивидуальных HpTFs.

В настоящее время разработаны цифровые процессоры для стереотелефонов, производящие частотную фильтрацию сигналов и обработку с учетом передаточных функций головы, ушных раковин, и индивидуальных морфологических особенностей. Их использование позволяет обеспечить более точную локализацию пространственного образа, избежать ошибок «фронт-тыл», и существенно увеличить естественность звучания.