3D sluchátka Sfera: vícekanálový zvuk

3D sluchátka „Sféra“: Modelování vícekanálového prostorového zvuku v kompaktním formátu

Sluchátka s 3D systémem měničů „Sféra“ emulují umístění zdrojů ve formátech surround sound a immersivního audia. Systém využívá několik měničů umístěných podle sférické schématu kolem ucha pro přenos binaurálních efektů ILD a ITD bez digitálního zpracování. To umožňuje přímé přehrávání obsahu Dolby Digital, DTS 5.1/7.1, Atmos a DTS:X s zachováním přirozené lokalizace.

Principy binaurálního vnímání prostorového zvuku

Prostorový zvuk vzniká díky třem faktorům: prostředí šíření, směru vln a binaurálním efektům. Binaurální sluch vychází z:

• Interaural Level Differences (ILD): spektrální rozdíly způsobené difrakcí o hlavu a uši.
• Interaural Time Differences (ITD): časové zpoždění mezi ušima.

Lokalizace probíhá v horizontální, frontální a vertikální rovině. Frekvenční odezva nízkých frekvencí (>200 Hz) se málo mění podle směru, střední a vysoké frekvence určují polohu. Zvukový stín zesiluje ILD pro zadní kanály, kde jsou střední frekvence oslabeny.

HRTF (Head-Related Transfer Function) popisuje tyto efekty. Pro vícekanálové systémy se HRTF měří v bezechové komoře s modely umělé hlavy jako KEMAR nebo B1-E, kde jsou mikrofony umístěny u vstupu sluchového kanálu.

Formáty vícekanálových systémů

Vícekanálové akustické systémy se dělí do dvou tříd:

• Surround sound (Dolby Digital, DTS 5.1/7.1): měniče v horizontální rovině – frontální stereo pár (0°/30°), centrální kanál (0°), boční (90°/270°), zadní (110°/250°), subwoofer.

• Immersivní audio (Dolby Atmos, DTS:X): přidává horní polosféru (výška 30°–45°). „Sféra“ to rozšiřuje na dolní polosféru pro úplné pokrytí.

| Formát | Kanály | Polosféry |

|--------|--------|-----------|

| 5.1 | 6 | Horizontální |

| 7.1 | 8 | Horizontální |

| Atmos | Až 128| Horní + horizontální |

| „Sféra“ | 12+ | Plná sféra |

Digitální model HRTF pro konverzi

Pro převod vícekanálového signálu na binaurální se používají fázovo-amplitudové matice a FIR/IIR filtry modelující HRTF každého kanálu. Měření probíhají ve volném poli: monitor simuluje zdroj, umělá hlava zachytí frekvenční odezvu přímého a stínového signálu.

Křivka Fletchera-Mansona ukazuje závislost vnímání na úrovni SPL, což ovlivňuje HRTF při různých hlasitostech. Získané koeficienty se nahrávají do DSP procesoru. „Sféra“ to však obchází umístěním fyzických měničů podle schémat vnějších reproduktorů.

Konstrukce 3D sluchátek „Sféra“

Systém se skládá z akustických komor kolem ucha s otevřenými stěnami a filcovým tlumením pro potlačení rezonancí. Měniče (40–50 mm driverů s velkým výběhem) jsou umístěny sféricky:

• Front/centrum: 0°–30°.
• Boční: ±90°.
• Zadní: ±110°–250°.
• Horní/dolní: ±45° vertikálně.

Náušníky z silikonu úplně ponoří ucho do komory. Pro immersivní formáty se komora rozšiřuje při zachování ergonomie. Prototyp používá měniče JBL Quantum 100, optimalizované vzdáleností k uchu.

Nákres komory pro surround (7.1):


Nákres pro immersivní:


Srovnání víceměničových sluchátek a stereo

Stereo v sluchátkách vytváří „vnitřohlavní“ efekt kvůli absenci ILD/ITD. Víceměniče „Sféry“:

• Zajistí fyzickou difrakci vln o geometrii ucha.
• Podporují nativní vícekanálové proudy bez dekódování.
• Zlepšují lokalizaci ve všech rovinách.

Testy frekvenční odezvy prototypu ukazují rovnoměrnou charakteristiku bez špiček, blízkou vnějším reproduktorům.

Co je důležité

• „Sféra“ emuluje plnou sféru měničů včetně dolní polosféry pro skutečné 3D.
• Žádná závislost na DSP: zvuk vzniká akusticky, minimalizuje latenci.
• Kompatibilní s 5.1/7.1/Atmos bez překódování.
• Závislost HRTF na SPL vyžaduje kalibraci podle hlasitosti.
• Prototyp používá standardní 40mm měniče, škálovatelnost je vysoká.

— Editorial Team