Rubriigi toob sinuni  Sponsor

3D heli loob läbi kõrvade nii tõelise pildi, et paneb virtuaalse maailma elama

mic.jpg

Artiklis toodud helinäidete parimaks kogemiseks on soovitav olla vaikses kohas ning kanda kõrvaklappe.

Helimaastik on imeline: asjad, olendid ja keskkond meie ümber tekitavad nii palju erinevaid helisid, mida me tihtipeale tähelegi ei pane. Digitaalses maailmas, näiteks mõne video salvestamisel pööratakse aga igapäevaselt rohkem tähelepanu pildikvaliteedile, mis jätab heli vaeslapse rolli. Ent koos virtuaalreaalsuse levikuga muutub aina olulisemaks ka helimaailm, mis moodustab kogetust ligi poole. Kuna igal kodukasutajal pole Dolby Atmose taolist 34 kõlariga süsteemi ega isegi 5.1 surround heli, tulebki appi 3D heli.

Mis on 3D heli ja kuidas see töötab?

3D salvestus, mida nimetatakse vahel ka Binaural recording (binauraalne salvestus) püüab võimalikult täpselt salvestada heli sarnaselt inimese kuulmisele.

Kuna inimesel on kaks kõrva ning nende vahel pea, kuuleb üks kõrv helisid mõni mikrosekund enne kui teine kõrv. Samuti on heli ühes kõrvas valjem kui teises. Kasutades ära seda, mil viisil heli läbib välimise ja sisekõrva, kuidas heli põrkub tagasi teistelt ümbritsevatelt objektidelt, analüüsib aju kuuldut ja on võimeline aru saama, kust suunast heli tuli. 3D ehk binauraalset heli on sestap oluline kuulata kõrvaklappidega, kuna säärases olukorras sisestatakse ühte kõrva vaid ühe helikanali signaal. Kui kuulata 3D heli kahest stereokõlarist, ei ole efekt täielik, kuna vasaku kõlari heli kuuleb ka parem kõrv ja vastupidi. Kõlarite puhul on vaja juba rohkemaid valjuhääldeid, näiteks Dolby Atmosele sarnanevat süsteemi.

Esimene binauraalne salvestus toimus 1881 aastal, kui Garnieri ooperiteatris paigutati lava ette mitu telefonimikrofoni. Kuulajad võisid kodudes panna ühe telefoni vasaku ja teise telefoni parema kõrva äärde, et kuulda heli laia spektrit.

Helieksperdi ja kõlakujundaja Glen Pilvre sõnul pole ruumiline heli iseenesest midagi uut. “Nii-öelda tavalise stereoheli puhul moodustub helist väli, mille puhul saame kuulates aru, kas heliallikas on vasakul või paremal või kusagil seal vahel. Heliallika asukoha määrab vastavalt parema või vasaku kanali tugevus – kui need on võrdsed, tundub heli olevat keskel," kirjeldas Pilvre nii-öelda tavalist stereoheli.

"Aga olukord on erinev siis, kui heliallika asukoht on ees, taga, üleval või all, või liigub heli nt tagant üle meie pea ette või kuidas iganes. Taolise efekti loomiseks peab olema palju kõlareid, nagu kinos, aga saab ka piltlikult öeldes kahe kõlariga, kui need on päris kõrvade vastas – teisisõnu kuularitega. Viimasel juhul peab heli olema hoopis keerukamalt töödeldud, muutes lisaks tugevustele ka faase – kui proovida võimalikult lihtsustatult selgitada," rääkis Pilvre. 

Täiendav aste keerukust lisandub, kui taasesitatav heli peab omakorda kuulaja liikumist arvestama – kui virtuaalreaalsuses kuuleme heli vasakult, pöörame pea vasakule, siis on ju heliallikas hoopis meie näo ees. See ei nõua tema sõnul otseselt teistsuguseid kõlareid, piisab tavalistest kuularitestki. Küll aga nõuab see hoopis keerukamat heliprotsessorit, mis peab kanaleid reaalajas oskama vastavalt töödelda. Pilvre sõnul on see samm edasi tavalisest mainstream-helitöötlusest, sest näiteks pop-muusikatöötluses pole seda põhjust kasutada.

Oluline on juba helitöötluse ajal arvestatada sellega, kus heli kuulatakse.

"On selleks siis tavaline stereokõlarite paar, keerukas kinosüsteem või hoopis kuularid. Kui aga on sooviks salvestada päris maailma helisid 360 kraadi ulatuses, siis on abi erilistest mikrofonidest. Näiteks septembris esitles Sennheiser IFA messil taolist mikrofonidekomplekti, mis mõeldud just VR-komplektide heli salvestuseks," rääkis Pilvre.

Sennheiser Ambeo VR näeb välja nagu tavaline mikrofon, kuid sisaldab tegelikult nelja eri suunaga mikrofoni. 360-kraadise video filmimiseks võib sellise mikrofoni statiivi otsa seisma panna ja see salvestab heli neljas eri kanalis. Kui hiljem inimene VR-peakomplektiga seda materjali vaatab, saab ta pöörata end 360 kraadi ulatuses – ja peale visuaalse poole muutubki vastavalt sellele ka heli.

"Kui aga tegu on näiteks mänguga või filmi helireaga, siis juhtub suurem osa maagiat just helirežissööri arvutis heli töödeldes, mitte niivõrd mikrofonidega salvestusel."

3D heli mängudes ja virtuaalses keskkonnas

Lisaks erilistele salvestusmeetoditele eksisteerivadki tarkvaralised algoritmid ning heliprotsessorid, mis suudavad tekitada virtuaalset 3D heli kunstlikult.

Üks firmasid, kes sääraste lahendustega tegeleb on VisiSonics, kelle lahendusi kasutab Oculus oma virtuaalreaalsuskomplektides.

Virtuaalreaalsuse puhul on oluline siduda heli koos liikuva objektiga, nii et helipilt saaks pöörduda vastavalt kasutaja pea pööramisele ning objektide liigutamisele mängus.

Ehkki heli liigutamine vasakult paremale ning säärasel viisil selle distantsi mõõtmine on lihtne, on palju keerulisem luua heli, mis tuleks näiteks seljatagant, kuulaja alt või ülevalt. Kui inimene kuuleb heli seljatagant, põrkub heli tema selja, kaela ja väliskõrvaga. Kui eest, siis juhtub sama, aga teisest suunast. Aju määrabki nende heli põrkumiste põhjal, kust suunast heli tuleb.

Kuna kõigi inimeste kael ja kõrvad ei ole identsed, siis me ka kuuleme erinevalt ja meie aju otsustab erinevate signaalide põhjal, kas heli tuleb tagant, eest, ülevalt või alt.

Tänini on teadlased sääraste signaalide salvestamiseks ning 3D heli õigesti loomiseks kasutanud pisikesi mikrofone, mis inimese kõrva paigutatuna kuulevad täpselt sama informatsiooni, mida ka aju. Heli mängitakse inimese ümber erinevates paikades, kuni luuakse tema kuulmisele iseloomulik kaart. Nii luuakse kujundlikult öeldes inimese kuulmisest sõrmejälg, mille põhjal luua virtuaalreaalne helimaastik. Säärane meetod aga võtab aega tohutult palju. Ühe heli mängimine ja salvestamine sadades erinevates positsioonides kulutab tunde.

Firma VisiSonics lahendas probleemi, vahetades ära kõlarid ja mikrofonid. Firma kalibreerimisruumi seinad on kaetud 256 pisikese kettakujulise mikrofoniga. Kui soovitakse luua inimese kuulmisprofiil, asetatakse tema kõrvadesse kuulmiskäigu kujulised kõlarid, mis mängivad linnulaulu, mille ruumis olevad mikrofonid salvestavad. Hiljem loobki arvuti sekunditega kogutud salvestiste põhjal unikaalse inimese kuulmisvälja.

Ja lõpetuseks kuula otse kodukootud binauraalset heli. Mis moodi kõlab Geeniuse ajakirjaniku õhtune töölt kojutulek?