3D Zvuk? Co to je?

Již první díl o postupném vývoji od PC Speakeru až k Sound Blaster Live! Naznačil, kteýrm směrem se budou další články zabývající se technologií používanou ve hrách orientovat. Minule jsem slíbil, že se příště zmíním o zvuku v prostoru. Slib plním. Děsí vás zkratky jako EAX, A3D či D3D? Čtěte dál a možná vás děsit přestanou...
3D Zvuk? Co to je?
Již první díl o postupném vývoji od PC Speakeru až k Sound Blaster Live! Naznačil, kteýrm směrem se budou další články zabývající se technologií používanou ve hrách orientovat. Minule jsem slíbil, že se příště zmíním o zvuku v prostoru. Slib plním. Děsí vás zkratky jako EAX, A3D či D3D? Čtěte dál a možná vás děsit přestanou...

Povídání o fyzice a tak...
Jak bývá dobrým zvykem, začneme takzvaně "od Adama" (feministky prominou :-)). Nejprve tedy zabrousíme do fyziky a anatomie - bude se nám to hodit. K té fyzice - zvuk se šíří kmitáním molekul prostředí, ve kterém se ocitne (ať už plyn, kapalina nebo cokoliv jiného). Další zajímavou vlastností je schopnost odrazu na rozhraní prostředí - zvuk šířící se (dejme tomu) vzduchem, narazí na překážku (dejme tomu zeď), pak jednak pokračuje v původním směru (rozkmitá se zeď :-)) a druhak podle fyzikálních zákonů se odrazí. Takže si svůj oblíbený Hip-Hop vychutnáte jak vy (s patřičnou ozvěnou...), tak vaši sousedé... Jistě také víme, že s rostoucí vzdáleností klesá hlasitost zvuku.

A teď ta anatomie
Jak vypadá naše sluchové ústrojí všichni víme, jen stručně. Zdravý člověk by měl mít dva senzory zvuku (konvenčně - uši...) umístěné kdesi po obvodu hlavy. Složitým mechanismem od bubínku až po sluchové kůstky se zvuk - který tvoří kmitání - přetransformovává na vzruchy, které mozek dále zpracovává (viz učebnice Fyziky a Biologie pro základní školy). Jak je ale možné, že vnímáme zvuk prostorově? Je to právě dáno tím, že uši máme dvě a vzdálenost mezi nimi je cca 15cm. Díky tomu dochází k nepatrnému zpoždění při zachycení zvuku přicházejícího z opačné strany či z úhlu různého od roviny hlavy (tzv. Interaurální časová diference). Další co je třeba vzít v potaz, je tvar ušního boltce, díky němuž dokážeme určit úhel, ze kterého zvuk přichází (to bylo řečeno velice jednoduše, ve skutečnosti bychom bez unikátní stavby ucha nebyli schopni určit směr zvuku přicházejícího odněkud v úrovni naší hlavy moc přesně. Nepravidelností ušního boltce nám dala příroda do rukou velice účinný filtr, díky němuž se naučíme určovat směr velice přesně. (tak třeba zvuk přicházející zpoza nás je nepatrně tlumen a naopak ve směru našeho pohledu zesilován - opět obrovské zjednodušení...)).

Díky těmto skutečnostem a pochopitelně i řadě dalších maličkostí (jako je stavba těla atd.), se v raném věku naučíme (tato schopnost není vrozená) rozlišovat, kde se nachází zdroj zvuku vůči nám. Poslední, co ještě zdůrazníme, budou tzv. akustické stíny, vznikají odrazem zvuku v prostoru a pomocí nich vnímáme třeba informace o prostoru kolem nás (katedrála, kumbálek atd.). (Princip spočívá v několikanásobném zaznamenání shodné zvukové informace s časovým rozdílem a pochopitelně i klesající hlasitostí.) Jednoduché a efektivní. A to by asi stačilo, zpět k počítačům.

Zpět k hardware...
3D grafika je věcí běžnou již řadu let, nicméně 3D zvuk se začíná prosazovat až nyní (ač to tak nevypadá, je v některých ohledech náročnější na výpočet než grafika...). O kolik realističtěji působí, když víte ze kterého směru můžete očekávat útok i podle sluchu a ne jen radaru (třeba Aliens, Half-Life...). Proto se dnes většina her ohání podobnou škálou zkratek, jako úvod tohohle článku - ale jak se v tom má pařan vyznat?

Dnes se můžeme setkat hlavně se dvěma rivaly: SoundBlaster LIVE! (EAX) a zvukovky Diamondu - třeba MX300 (A3D) (První průkopníkem této technologie byl SoundBlaster AWE32, o němž si přečtěte, stejně jako o technologii SENSAURA, v minulém článku, nicméně dnes se budeme zabývat spíše převažující technologií současnosti.).

Co mě to bude stát?
Jak EAX, tak A3D jsou příliš náročné na výpočet, aby se s nimi mohl zatěžovat přímo CPU a tak na kartách s jejich podporou vždy najdeme ještě speciální zvukový procesor, který převezme váhu výpočtů na sebe. To ovšem zvedá cenu takové karty stejně jako skutečnost, že se dvěma repráčky nemá cenu se o 3d zvuk snažit. Tedy další investice. (Osobně doporučuji reprosystém od SoundWorks (4 satelity + subwoofer) - ač bedničky vypadají jako hračky, výkonem a kvalitou si nezadají s mnohem dražšími modely). Celkem by dnes člověk mohl pořídit celou tuhle legraci za nějakých bratru pět tisíc. A ta investice se rozhodně vyplatí - kdo nezažil, nepochopí... A teď trochu těch technických specifikací

Rozdíly, věci společné a tak...
Žádný hardware si v současné době nemůže dovolit nekompatibilitu s Microsoftím standardem, stejně tak i modelování prostorového zvuku. Oba rivalové (A3D i EAX) vycházejí (alespoň náznakově) ze stejných předpokladů jako DirectSound3D (součást DirectX) a jsou s ním zpětně kompatibilní (alespoň náznakově :-)).

DirectX je aplikační rozhraní monopolní společnosti MS, které dovoluje programátorům psát svá dítka s výstupem pouze na DirectX (od grafiky po zvuk) a věřit, že váš hardware je s ním kompatibilní... DS3D je pravděpodobně nejjednodušší ze současných standardů - to je dáno hlavně snahou o kompatibilitu s co největším počtem zařízení. Co tedy umí? Dovolí definovat zvukové zdroje přímo v prostoru a samo propočítá, co by měl člověk na tom či onom místě slyšet - používá k tomu tři jednoduchá pravidla: 1) S rostoucí vzdáleností od zdroje zvuku klesá jeho hlasitost. 2) Zvuk jdoucí zpoza posluchače je tlumen (zvukovými vlastnostmi ušního boltce, jak jsme si popsali v anatomii). 3) Zvuk jdoucí z jedné strany je dříve slyšet uchem, které je zdroji bližší (jednoduchá interaurální diference).

Z toho plyne, že tenhle systém je schopen umístit zvuk libovolně do roviny v úrovni uší, má to ale malý háček - DS3D je od začátku koncipován pro použití se dvěma reproduktory, a to vážně není ono. Zapomeňte na nějaké určování úhlu, ze kterého zvuk přichází, poznáte maximálně, zda zdroj je vpravo či vlevo a jak rychle se přibližuje. Nedostatky jsou krásně vidět, pokud si pustíte dejme tomu program, který se vám pokusí čímkoliv "létat" kolem hlavy. Co uslyšíte bude znít, jako by někdo střídavě zakrýval pravý a levý repráček... Prostě se dvěma reproduktory nečekejte zázraky...

Creative Labs vycházela z technologie MS, která, přiznejme si to, je vážně jen pro naznačení prostorového dojmu. Její EAX (Environmental Audio Extension) však podstatně rozšířil schopnosti a možnosti DS3D. Hlavní inovace jsou dvě: zaprvé podpora členitějšího prostoru, tedy prostoru s překážkami, které zvuk tlumí či odrážejí a zadruhé: implementace výstupu na více reproduktorů! Díky těmto dvěma vlastnostem skutečně můžete cítit zvuk ze všech stran. Pokud jde o model prostoru, ten je popisován narozdíl od DS3D nejen velikostí, tvarem stěn a prostředím, ale i fyzikálními vlastnostmi předchozích - tedy schopnost pohlcení (tlumení) zvuku, rezonance, členitost povrchu (ve verzi 3.0) a podobně. Model je mnohem propracovanější, nicméně jej stále svazují jistá omezení - je schopen téměř perfektně umístit zvuk 360° v horizontální rovině, ale na vertikálu tak maximálně +/- 30°, tudíž zapomeňte na vrtulníky přelétající vám nad hlavou. Je ale také si třeba uvědomit, že to, co odvodíme z technických specifikací a to, co zažijeme, jsou dvě odlišné věci - v reálu EAX zní daleko lépe, než bývá očekáváno (i přelet vrtulníku zvládá celkem dobře...). Je to dáno hlavně tím, že slouží převážně jako doprovod ke hrám a při hraní HalfLife se soustředíme také na monitor, takže celkový efekt grafika+zvuk je zcela brilantní. Na závěr ještě poznamenejme, že Creative do současné doby uvedla tři verze EAXu (a tedy i API pro výrobce). Jsou to (překvapivě):

  • verze 1,0 - umožňuje nadefinovat prostor pomocí pevně daných konstant jako: velikost (malá místnost až katedrála), prostředí (vzduch, voda...), echo a podobně.
  • verze 2,0 - často označováno jako mezistupeň, neboť vlastní API nebylo použito v žádné hře (vyšlo pouze několik update na starší věci (HalfLife)). Podpora překážek v prostoru a také implementováno chování zvuku na rozhraní prostředí - to znamená, že je možné slyšet zvuky z jednoho prostředí do druhého (stojíte na břehu a posloucháte ryby... :-)). Tato verze byla doopravdy použita jen v LiveWare 3.0, což je takový klubový software ke zvukovkám LIVE! (ovladače, programy a hlavně nastavení různých prostředí v samotných Windows - můžete poslouchat Chopina v katedrále či pod vodou...).
  • verze 3,0 - nedávno vydaná (a možná, že už zase stažená, neboť Creative posunovala termín vydání API z důvodů "preciznosti" poměrně dlouho...) a zcela přepsaná verze. Staré algoritmy byly masivně změněny a také přibylo několik funkcí. Mezi ty nejdůležitější patří: výpočet odrazů (i mnohočetných!), přidání "zvukových zrcadel" (věc, která odráží zvuk bez ztráty hlasitosti a bez zkreslení... - hezké, zkuste se postavit mezi dvě a zajódlovat... čistě teoreticky ovšem...) a díky novým modelům přesnější určení úhlu, ze kterého zvuk přichází (Creative uvádí přesnost až na 2 stupně, ale věřte jim...).
Celkově je EAX velice perspektivní technologie a když k tomu ještě přičteme dravou obchodní strategii firmy Creative, pak je vítěz asi jasně daný... Dejme ale prostor i další technologii - A3D.

Aureal3D technologie firmy Aureal (nikoliv Diamondu, jak jsem napsal minule...) je postavená na zcela odlišném základě. Zaměřili se na způsob, jakým lidské ucho vnímá zvuk jako takový a tudíž i při omezení na čtyři repro (nebo ještě lépe dvě sluchátka) dokáže modelovat zvuk z prakticky všech směrů. Používá jednak interaurální efekt (viz výše), dále anatomické zvláštnosti jako tvar boltce apod. (rovnice pro výpočet byly získány na základě experimentálních měření). Také tlumení zvuku pro ucho na opačné straně, než je zdroj zvuku (vlnění prochází skrze tělo a tím se tlumí) a pochopitelně i vlastnosti zvuku obdobně jako EAX (prostředí, odrazy, překážky...). Nejdůležitější součástí tohoto komplexu vlastností je ale soubor funkcí pro modulaci zvuku pomocí předdefinovaného filtru, který by měl odpovídat tomu, co se zvukem provádí naše ucho, potažmo boltec. Do dnešního dne spatřily světlo světa dvě verze, první (1,0) podporovala kromě předchozího jen tlumení zvuku pronikajícího nějakou překážkou. Oproti tomu verze 2,0 už umí i odrazy zvuku a má mnohem dokonalejší podporu prostředí (opět můžete vyzkoušet v HalfLife). Ještě by bylo dobré poznamenat, že nejlepších výsledků dosahuje A3D v kombinaci s kvalitními sluchátky (žádná Elta za 90,- ;]), neboť při použití reproduktorů (čtyř ovšem...) je dosti náhlý na přesné umístění - symetricky kolem posluchače.

Jaký standard vybrat?
Odpověď na tuhle otázku není jednoduchá. Cena je de facto stejná. Matematický model má lepší Aureal, nicméně EAX nevyžaduje sluchátka a není tak náhlý na rozmístění bedýnek v prostoru. Pro EAX hovoří ale hlavně obrovská podpora výrobců a možná i implementace do příští verze DirectX. Měl jsem možnost si poslechnout jak EAX, tak i A3D při pařbě CounterStrike a sice musím uznat, že je hezké, když slyšíte protivníka našlapovat nad vámi (A3D), ale na druhé straně ta sluchátka se pletou. Naopak EAX sice není tak prostorově přesný, nicméně není vázán na sluchátka a díky tomu je zvuk skutečně všude kolem - a můžete jej řádně "osolit". Dojem prostoru je však dostatečný u obou systémů, každý má své klady a zápory - EAX má zvuk, který si můžete "ošahat", nicméně díky A3D víte i KAM máte šáhnout... Rozhodnutí je plně na vás, nevadí-li vám sluchátka a oželíte-li některé (skoro polovinu :-)) her, pak rozhodně A3D. Pro nás ostatní je tu EAX...

PS: V diskusi pod mým minulým článkem se objevila zpráva, že Creative koupila Aureal - zatím jsem si to neověřoval, ale pokud je to pravda, pak můžeme v brzké době očekávat dvě věci: 1) zánik A3D a ukončení jeho podpory a 2) vylepšení kvality EAX. Tak nevím...

PPS: Pokud vás zajímá nějaká další věc o světě zvuku neváhejte a napište ji do diskuse pod článek - pokud to bude dobré téma, můžete si o něm v budoucnu přečíst.


NEJČTENĚJŠÍ ČLÁNKY

Nejlepší hry pro mobily: 9 tipů na zaručenou zábavu. Většina je zdarma

Nejlepší hry pro mobily: 9 tipů na zaručenou zábav…

Mobilní hry se v dnešní době vyrovnají mnoha počítačovým i konzolovým kouskům. Jaký si ale vybrat? Poradíme vám ty nejlepší!

1.  4.  2020 | | 18 N/A
Zadarmo nebo se slevou: Child of Light zdarma a balíček závodních her

Zadarmo nebo se slevou: Child of Light zdarma a ba…

Na všech herních platformách je každou chvíli nějaká slevová akce. Každý týden proto vybíráme ty nejatraktivnější, které by vám neměly uniknout. Pokud chcete získat hry zdarma nebo s výhodnou slevou, podívejte se na aktuální přehled akcí!

27.  3.  2020 |
Doom 64: vyzkoušeli jsme často zapomínané retro

Doom 64: vyzkoušeli jsme často zapomínané retro

S vydáním Doom Eternal ovládla internet euforie. A vývojáři toho samozřejmě využili. Vedle Doom Eternal vyšla také předělávka Doom 64.

26.  3.  2020 | | 4 N/A
TT Isle of Man: Ride on the Edge 2 - rychlá jízda prázdnotou | Recenze

TT Isle of Man: Ride on the Edge 2 - rychlá jízda …

Závodění na ostrovu Man je zpět. Velkolepá podívaná to není, ale o fiasko rozhodně také nejde.

4.  4.  2020 |
Hry zadarmo nebo se slevou: příchod jara a Rayman Legends zdarma

Hry zadarmo nebo se slevou: příchod jara a Rayman …

Na všech herních platformách je každou chvíli nějaká slevová akce. Každý týden proto vybíráme ty nejatraktivnější, které by vám neměly uniknout. Pokud chcete získat hry zdarma nebo s výhodnou slevou, podívejte se na aktuální přehled akcí!

3.  4.  2020 | | 3 N/A