Ηχεία αυτιών - Έρευνα, σχεδιασμός και εξέλιξη

Τα ακουστικά αυτιών Valve Index έχουν βελτιστοποιηθεί για τους συγκεκριμένους πειραματικούς στόχους της εικονικής πραγματικότητας και αυτό εκανε το σχεδιασμό τους να αποκλείνει με ενδιαφέροντες τρόπους από το σχεδιασμό των συνηθισμένων ακουστικών του εμπορίου.

Νωρίς στον πειραματισμό VR μας, έγινε ξεκάθαρο ότι για να βοηθήσουμε έναν χρήστη VR να κατορθώσει μια κατάλληλη αναστολή δυσπιστίας* απαιτούσε όχι μόνο να βασιστούμε σε διηγητικές, περιβαλλοντικές και συναισθηματικές μεθόδους παραδοσιακών παιχνιδιών και ταινιών, αλλά επίσης μια εντελώς νέα επίλυση προβλημάτων φυσιολογίας που είναι μοναδική σε VR. Όταν φοράμε ένα headset για να παίξουμε Budget Cuts, περιμένουμε την εικονική πραγματικότητα να μας κάνει να νιώθουμε σαν το σώμα μας να τηλεμεταφέρθηκε σε ένα γραφείο γεμάτο από δολοφονικά ρομπότ αντί να μας δείχνει απλά το περιβάλλον μέσω μιας στατικής οθόνης.

Η έρευνα και οι δοκιμές παιχνιδιού μας μάς οδήγησαν να αντιληφθούμε ότι η επίτευξη της μέγιστης ηχητικής βύθισης επέβαλε τόσες πολλές απαιτήσεις στο σχεδιασμό των συστατικών ήχου όσες και στο τρισδιάστατο σύστημα ανίχνευσης ή στα πάνελ προβολής. Επίσης μάθαμε ότι ο σχεδιασμός γύρω από αυτές τις απαιτήσεις σήμαινε αποδοχή μερικών ενδιαφέρουσων ανταλλαγών, που επηρέαζε πράγματα όπως τη θέση των ηχείων, το βάρος του οδηγού, το σχήμα του διαφράγματος του οδηγού, του βιομηχανικού σχεδιασμού του κλειστού μέρους του ηχείου και ακόμα τα θεμελιώδη χαρακτηριστικά απόκρισης συχνότητας.

*Αποκαλούμε αυτή την ενσωματωμένη αναστολή δυσπιστίας «παρουσία« σε άλλα πλαίσια, αλλά αυτός ο όρος μεταφέρει άλλες υποδηλώσεις στον κόσμο του ήχου οπότε δε θα τον χρησιμοποιήσουμε στο υπόλοιπο αυτού του άρθρου Βαθιάς κατάδυσης.

Και υλισμικό και λογισμικό

Μπορεί να επιτευχθεί πειστική ηχητική βύθιση μόνο όταν βασίζεται ταυτόχρονα και σε τομείς υλισμικού και λογισμικού. Το να γνωρίζουμε πού να τραβήξουμε τη γραμμή μεταξύ των ευθυνών του υλισμικού (συσκευές ήχου) και λογισμικού (παιχνίδια, εμπειρίες VR) απαιτούσε μια ολιστική θεώρηση ολόκληρης της γραμμής παραγωγής ήχου VR - από το πώς δημιουργείται το περιεχόμενο ήχου VR, στο πώς εξέρχεται από μηχανές παιχνιδιού, σε όλους τους τρόπους που μπορεί να φτάσει στο αυτί.

Από την πλευρά του λογισμικού, οι μηχανικοί και επιστήμονες ήχου παιχνιδιού έχουν δουλέψει προς τη δημιουργία πειστικού συναρπαστικού περιεχομένου ήχου από όταν αναδύθηκαν οι πρώτες εμπειρίες σχετικές με τον παίκτη στα 90’s (Doom, Half-Life, Aureal3D κτλ). Έπειτα, χάρη στην τρέχουσα γενιά εικονικής πραγματικότητας, είδαμε τεράστιες βελτιώσεις σε τεχνολογίες χωρικού ήχου. Αμφίπλευρη ηχητική σύνθεση και plugin προσομοίωσης ήχου βάσει φυσικής όπως το SteamAudio επιτρέπουν στους δημιουργούς να συντάξουν ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια ηχητικής θέσης, φυσικά ακριβείς εικονικές αντηχήσεις, έμφραξη ήχου και διάδοση - όλα μέσω κανονικών στέρεο ακουστικών. Όταν αναλογιζόματε τη βέλτιστη συσκευή ακοής για την τρέχουσα εικονική πραγματικότητα, ζυγίζουμε την ακόλουθη γνώση και έρευνα σε ηχητικές προσομοιώσεις λογισμικού:

• Το περιεχόμενο VR παραδίδεται κυρίως σε στέρεο - ένα αριστερό και ένα δεξί ηχητικό κανάλι. Αυτά τα κανάλια μπορούν να περιέχουν ενσωματωμένο αμφίπλευρο ήχο και τονικό χρωματισμό HRTF σχετικό με το πού κοιτάει ο παίκτης οποιαδήποτε στιγμή στον χρόνο.
• Τα εξωτερικά αυτιά, σχήμα κεφαλιού και γεωμετρία προσώπου μας προσθέτουν μια συγκεκριμένη τονική υπογραφή που βοηθάει τους εγκεφάλους μας να αναγνωρίσουν αληθινό έναντι φανταστικού ήχου, καθώς και την τοποθεσία των πηγών ήχου σχετικά με εμάς (πίσω, από πάνω, από κάτω, αριστερά, δεξιά κτλ).
• Η πιστότητα ήχου μέσης-υψηλής συχνότητας είναι πολύ σημαντική.
  • Οι προσομοιώσεις αμφίπλευρου ήχου βασίζονται σε διακριτικές αλλαγές στο τονικό χρωματισμό (1kH-8kHz) για να εκφράσει τη θέση μιας πηγής ήχου σχετικά με τον παίκτη. Αν μια συσκευή ακρόασης προσθέσει το δικό της χρωματισμό καλυμμένης συχνότητας, αυτό θα παρέμβει στην ικανότητα του παίκτη να τοπικοποιήσει ήχο.
  • Οι άνθρωποι γενικά είναι πολύ ευαίσθητοι σε ήχους εντός του εύρους 2kHZ-5kHz. Αν η συχνότητα ενός εικονικού ήχου δεν ταιριάζει με αυτή που περιμένουμε να είναι στην πραγματικότητα, τότε είναι πολύ πιο πιθανό να αναγνωρίσουμε τον ήχο ως «μη πραγματικό». Αυτό είναι ιδιαίτερα αληθές αν συγκρίνετε πόσο εύκολο είναι να καταλάβετε αν η φωνή κάποιου μεταδίδεται μέσω ενός ηχείου συγκριτικά με κάποιον που μιλάει δίπλα σας.
• Η πιστότητα ήχου χαμηλής συχνότητας είναι σημαντική.
  • Ενώ περιεχόμενο χαμηλών συχνοτήτων δε συμβαίνει πολύ συχνά στη φύση, εμφανίζεται απολύτως πιο συχνά σε εικονική πραγματικότητα και σε περιεχόμενο διασκέδασης (μουσική, βροντές, εκρήξεις, πυροβολισμοί, χτύποι καρδιάς, συγκρούσεις, μαγικά ξόρκια κτλ.). Το μπάσο είναι σημαντικό στο να μεταφέρει μια αίσθηση μεγέθους και κλίμακας. Ενισχύει την οπτική βύθιση της εικονικής πραγματικότητας και εκμαιεύει συγκεκριμένα συναισθηματικά στοιχεία - κίνδυνος, δέος, απομόνωση, εσωτερίκευση, κτλ. Οπότε, ήταν σημαντικό για τις συσκευές ακρόασής μας να διατηρούν ένα υγιές ποσό απόκρισης μπάσου.

Γιατί όχι ακουστικά;

Τα παραδοσιακά ακουστικά εξέχουν στο να παραδίδουν άμεσο, σχετικό με τον παίκτη, περιεχόμενο ήχου στέρεο απευθείας σε κάθε αυτί. Οι παίκτες μπορούν να κοιτάξουν σε οποιαδήποτε κατεύθυνση στον εικονικό κόσμο και τρισδιάστατες μηχανές παιχνιδιού με plugin προσομοίωσης ήχου θα εξάγουν το απαιτούμενο στέρεο σήμα για να μεταφέρει τη σωστή τοποθεσία της πηγής εικονικού ήχου. Αυτός είναι ο λόγος που επαγγελματίες παίκτες e-sport (πχ. CS:GO) χρησιμοποιούν ακουστικά αντί για ηχεία με μπροστινό μέτωπο - τα ακουστικά παρέχουν πιο ακριβείς πληροφορίες χωρικού ήχου. Δύο κανάλια εξόδου (Α/Δ), για δύο δύο εξαρτήματα αυτιού (Α/Δ), για δύο αυτιά (Α/Δ) - ευθέως.

Μιλώντας γενικά, όμως, οι παραδοσιακές συσκευές ήχου είναι σπάνια σχεδιασμένες με κύριο στόχο την ηχητική βύθιση. Προσωπικές συσκευές όπως ακουστικά εσωτερικά, στο αυτί και πάνω από το αυτί είναι βελτιστοποιημένα για ακοή μουσικής και μέσων διασκέδασης σε μέρη όπου τα ηχεία δεν είναι κατάλληλα και γενικά οι απαιτήσεις ισχύος είναι εξαιρετικά χαμηλές (πχ. κινητά τηλέφωνα, συσκευές με μπαταρία). Η εστίαση είναι συχνά στην απομόνωση ήχου, απόδοση ισχύος, ακύρωση θορύβου και εξογκωμένες αποκρίσεις συχνότητας. Νιώσαμε ότι πολλές από αυτές τις βελτιστοποιήσεις μπορεί να μην έχουν τόσο νόημα στο πλαίσιο του τρέχοντος VR σε κλίμακα δωματίου, όπου το περιβάλλον ακοής είναι ένας αφιερωμένος όγκος χώρου (πχ. ένα εσωτερικό δωμάτιο με χαμηλή ατμόσφαιρα παρασκηνίου), όπου μπορεί να μην πειράζει ένα μικρό ποσό διαρροής ήχου. Έχουμε πρόσβαση σε πολλή ισχύ και οι αποκρίσεις συχνότητας πρέπει να υποστηρίζουν τις υποθέσεις των προσομοιώσεων αμφίπλευρου ήχου.

Τα εσωτερικά και εξωτερικά ακουστικά πρέπει να έχουν επαφή ή να περικυκλώνουν το αυτί για να πετύχουν βέλτιστα τους στόχους τους. Είδαμε πως αυτό μπορεί μερικές φορές να δουλέψει κατά της βύθισης ήχου με τους ακόλουθους τρόπους:

• Η παράδοση ήχου απευθείας στον ακουστικό πόρο παρακάμπτει τη φυσική διαδικασία ακοής που προκαλείται από το αυτί και το κεφάλι που αλληλεπιδρούν με πραγματικά κύματα ήχου. Οι ακροατές χάνουν την ηχητική τονική υπογραφή που δημιουργείται από τα αυτιά, το κεφάλι και την προσωπική γεωμετρία. Αυτό μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα ο ήχος να φαίνεται σαν να είναι φανταστικός, ή σαν να έρχεται μέσα από το κεφάλι κάποιου, ακόμα και αν το περιεχόμενο ήχου είναι υψηλά χωρητικό και έχει προσομοιωθεί φυσικά. Προβλέπουμε ότι τελικά οι προσομοιώσεις λογισμικού θα το λαμβάνουν αυτό υπόψη.
• Η πίεση αυτιών μπορεί να γίνει επίπονη και άβολη μετά από περιόδους χρόνου, βγάζοντας τους ανθρώπους από την παρουσία στην εικονική πραγματικότητα.
• Μερικοί δοκιμαστές παιχνιδιού ανέφεραν ότι η ίδια η πράξη των ακουστικών να ακουμπάνε το αυτί τους τούς σηματοδοτούσε ότι οποιοσδήποτε επερχόμενος ήχος δεν πρόκειται να είναι αληθινός.
• Σφραγίζοντας το αυτί με ακουστικά πάνω από το αυτί μπορεί να παγιδεύσει θερμότητα - κάνοντας τον χρήστη να νιώθει τα headset εικονικής πραγματικότητας πιο ζεστά από ότι είναι στην πραγματικότητα, μειώνοντας την παρουσία.
• Η ποιότητα τονικού ήχου μερικών ακουστικών μπορεί να παρέμβει σε διακριτικούς χρωματισμούς συχνότητας αμφίπλευρων προσομοιώσεων. Για παράδειγμα, ακουστικά όπου μέσες-υψηλές συχνότητες είτε μεγαλοποιούνταν είτε καλύπτονταν παρέμβαιναν πιθανότατα στις λεπτές διακρίσεις των φίλτρων HRTF, με αποτέλεσμα μια φτωχή αίσθηση κατευθυντήριου ήχου σε παιχνίδια και εικονική πραγματικότητα.

Γιατί όχι κανονικά ηχεία;

Επίσης αναλογιστήκαμε ηχεία του εμπορίου και ηχεία σχηματισμού ακτίνας σε τυπικές ρυθμίσεις ήχου στέρεο ή περιβάλλοντος. Τα ηχεία αποφεύγουν πολλά από τα προβλήματα άνεσης σχετικές με τα ακουστικά και εκπέμπουν ήχο που μπορούμε εύκολα να αντιληφθούμε ως εξωτερικό του κεφαλιού μας, αλλά παρουσίαζαν αρκετά εμπόδια για την υιοθεσία τους:

• Τρέχουσες διατάξεις στέρεο ηχείων υποθέτουν ένα προσανατολισμό προς τα εμπρός, οπότε ο ήχος αναπαράγεται σαν κάποιος να είναι σε ένα κοινό, ακούγοντας μια μπάντα σε μια σκηνή ή παρακολουθώντας τηλεόραση από έναν καναπέ. Αυτό είναι εντάξει για μουσική και ταινία σε μια οθόνη, ωστόσο το περιεχόμενο εικονικής πραγματικότητας και στέρεο παιχνιδιών είναι έξοδος που υποθέτει κανάλια Α/Δ που φτάνουν απευθείας σε κάθε κανάλι στο κεφάλι του ακροατή.
• Συχνά συστήματα ήχου περιβάλλοντος 5.1 και 7.1 περιορίζουν την αναπαραγωγή σε ένα οριζόντιο πεδίο, ενώ το περιεχόμενο ήχου εικονικής πραγματικότητας και παιχνιδιών μπορούν να βρίσκονται εικονικά οπουδήποτε γύρω από τον ακροατή.
• Συστήματα ηχείων μπορεί να χρειαστούν χρόνο και χώρο για τον χρήστη για να τα ρυθμίσει σωστά, δημιουργώντας επιπλέον τριβή για τη ρύθμιση εικονικής πραγματικότητας.
• Τα ηχεία απαιτούν από τον παίκτη να παραμείνει εντός ενός μικρού «τέλειου σημείου» για ακριβή χωρητική αναπαραγωγή. Η εικονική πραγματικότητα μπορεί μερικές φορές να απαιτεί από ανθρώπους να κινούνται τριγύρω σε έναν μεγάλο χώρο.
• Τα ηχεία μπορούν να επηρεαστούν από την ακουστική του πραγματικού δωματίου, που μπορεί να συγκρουστεί με την επιθυμητή ακουστική του εικονικού κόσμου.
• Τα ηχεία μπορεί να δίνουν στον ήχο την αίσθηση ότι έρχεται από πάρα πολύ μακριά, που έρχεται σε αντίθεση με την τοποθεσία της εικονικής πηγής ήχου που μπορεί να είναι πολύ κοντά στα αυτιά των παικτών.

Η ιδέα

Αναθεωρώντας όλα τα παραπάνω στοιχεία, έγινε εμφανές ότι η βέλτιστη λύση για την εικονική πραγματικότητα μπορεί να είναι ένα ζευγάρι ακουστικών έξω από το αυτί που θα είναι εξαιρετικά κοντά στο πεδίο και θα έχουν πλήρες εύρος. Αρκετά κοντά στο αυτί για να μιμείται στέρεο ακουστικά σχετικών με παίκτη και να υποστηρίζει τη διάταξη εξόδου του τρέχοντος περιεχομένου εικονικής πραγματικότητας, αλλά αρκετά μακριά για να επιτρέπει τα αυτιά και το κεφάλι να αποτυπώνουν το δικό τους τονικό χρωματισμό στον ήχο, ενώ επίσης διευθετεί προβλήματα άνεσης και πίεσης. Ήταν αυτή η αντίληψη συνδυασμένη με έμπνευση από μια παιδική ανάμνηση του να είμαστε τελείως συνεπαρμένοι ηχητικά ενώ ξαπλώναμε μεταξύ δύο ηχείων hi-fi που κοιτούν το ένα το άλλο, που είχε ως αποτέλεσμα να δημιουργηθούν τα πρώτα πρωτότυπα.

Η εξέλιξη

Το πρώτο πρωτότυπο έγινε κολλώντας δύο μικρά ηχεία επιτραπέζιου υπολογιστή πλήρους εύρους στην άκρη ενός κράνους πατινιού. Κολλήσαμε ένα παλιό Vive γύρω από το εξωτερικό του κράνους. Τα ακουστικά τροφοδοτούνταν από USB και η έξοδος ήχου μέσω της θύρας ακουστικών στο HTC Vive. Αυτό το πρόχειρο πρωτότυπο έκανε εκπληκτικά καλή δουλειά στο να παρουσιάσει την αύξηση στην ηχητική βύθιση και εξωτερικοποίηση όταν επιτρέπαμε τα δικά μας αυτιά και κεφάλι να ερμηνεύουν φυσικά τον ήχο. Το αίσθημα βύθισης είναι δύσκολο να μετρηθεί ποσοτικά, οπότε σε αυτό το στάδιο βασιστήκαμε σε ποιοτική ανατροφοδότηση από συναδέλφους και δοκιμαστές για να περιγράψουν την ηχητική διαφορά μεταξύ αυτού του πρωτότυπου και ενός ζευγαριού ακουστικών αυτιού KOSS Porta Pro ενώ βρίσκονταν σε εικονική πραγματικότητα. Οι αποκρίσεις τους ήταν τόσο αρκετά υπέρ των ακουστικών που νιώσαμε άνετα να συνεχίσουμε με αυτόν τον σχεδιασμό. Ωστόσο, προέκυψαν αρκετά προβλήματα:

• Πολύ περιορισμένη απόκριση μπάσου.
• Ελαφρές παραλλαγές στις θέσεις των ακουστικών που προκαλούνταν από την τοποθέτηση του κράνους διαφορετικά ή κατά την κίνηση στην εικονική πραγματικότητα προκαλούσε σημαντική αλλαγή στην ένταση, απόκριση συχνότητας και ισορροπία ήχου.
• Βάρος και μέγεθος. Τα ηχεία ήταν πάρα πολύ βαριά - (70 γραμ. το κάθενα) που ήταν σε αντίθεση με τον γενικότερο στόχο προϊόντος του να κάνουμε το headset μας ελαφρύ και άνετο. Αυτό ήταν μάλλον η μεγαλύτερη ανησυχία στην αρχή.
• Διαρροή ήχου.

Για να διευθετήσουμε ανησυχίες βάρους ερευνήσαμε χρησιμοποιώντας οδηγούς ακουστικών αντί για οδηγούς ηχείων. Αν και ελαφρύτερα και πολύ πιο ενεργειακά αποδοτικά, δεν μπορούσαν να παρέχουν αρκετή ένταση όταν βρίσκονταν μακριά από το αυτί σε ελεύθερο αέρα. Αν και ξέραμε ήδη ότι αυτό θα συμβεί, ήταν ενδιαφέρον να ακούσουμε την ανταλλαγή μεταξύ της απορρόφησης στον ήχο με την απόσταση μακριά από το αυτί και με την απόκριση συχνότητας και την ένταση.

Θέλαμε να ξέρουμε απλά πόσο μεγάλα ηχεία ακουστιών χρειαζόταν για να αρχίσουμε να πληρούμε τις απαιτήσεις έντασης και απόκρισης συχνότητας στο πλαίσιο εκτός-αυτιού μας. Μιλήσαμε με την Audeze που δημιούργησε ένα ζευγάρι μαγνητικών επίπεδων ακουστικών εκτός αυτιού για να μας βοηθήσουν να το ανακαλύψουμε. Το αποτέλεσμα ακουγόταν φοβερό, ωστόσο το βάρος, μέγεθος και το κόστος δεν ήταν εφικτά για τους στόχους παραγωγής του Valve Index.

Επιστρέψαμε στη χρήση οδηγών ηχείων ως βάση για το σχεδιασμό μας προχωρώντας μπροστά. Ένα από τα πλεονεκτήματα της πρώιμης έρευνας και ανάπτυξης ήχου σε αυτό το στάδιο ήταν ότι μπορούσαμε να δουλεύουμε ανεξάρτητα από το υπόλοιπο σύστημα Valve Index Headset. Με τη βοήθεια ενός μηχανολόγου μηχανικού δημιουργήσαμε μια πρότυπη μορφή ανεξάρτητου ακουστικού εκτός αυτιού. Με αυτό το πλαίσιο, μπορέσαμε γρήγορα να βελτιώνουμε συνεχώς την απόκριση μπάσου, το συντονισμό, τον προσανατολισμό στο αυτί, την απόσταση από το αυτί, και εκτιμήσεις οδηγού A/B δοκιμής ηχείου. Αυτό το προτότυπο ήταν τα πρώτα 3D εκτυπωμένα ακουστικά ηχεία αυτιού. Εσωτερικά τα καλούμε «Κολιμπρί».

Αυτά τα χρωματιστά Κολιμπρί δημιουργήθηκαν με το στόχο να εκτιμηθούν διαφορετικά είδη μικρών ηχείων πλήρης εμβέλειας. Μέχρι αυτό το σημείο, επαναχρησιμοποιούσαμε ολόκληρα συστήματα ηχείων και ακουστικών. Η αγορά και η εκτίμηση των συσκευών από τα ράφια απαιτούσε από εμάς να αρχίσουμε να φτιάχνουμε τα βασικά του υποσυστήματος ήχου: ενισχυτές, ηχητικά ηλ. κυκλώματα, DSP (ψηφιακή επεξεργασία σήματος) και μικρόφωνα. Παράλληλα, πλησιάζαμε στο να ορίσουμε τους στόχους κυκλοφορίας μας για βέλτιση απόσταση από το αυτί, περιστροφή, βάρος, διαστάσεις ηχείου και απόκριση συχνότητας.

Είδαμε ακουστικά BMR (Balance Mode Radiator) κατά το στάδιο αξιολόγησης οδηγών μας και παρατηρήσαμε αμέσως αρκετά θετικά οφέλη: Μείωναν τον χρωματισμό λόγω λανθασμένης θέσης ηχείων, ήταν σχεδόν εντός της εμβέλειας του στόχου βάρους μας, είχαν σπουδαία απόκριση συχνότητας σε υψηλό-μέσο εύρος (σημαντικό για προσομοιώσεις αμφίπλευρου ήχου) και ήταν πολύ πιο λεπτά από παραδοσιακούς οδηγούς ηχείων. Ξεκινήσαμε να δουλεύουμε με την Tectonic για να σχεδιάσουμε έναν προσαρμοσμένο οδηγό για χρήση ως ηχείο εκτός αυτιού.

Εσωτερικά, αυξάνονταν οι ανησυχίες για το πόσο πολύ ήχο θα διέρρεαν στο περιβάλλον τα ηχεία αυτιού, καθώς και για το πόσο πολύ ήχο θα πέρναγαν στο αυτί. Για να λάβουμε ένα αίσθημα για το πόση επιρροή μπορεί να είχε αυτό σε πελάτες, χτίσαμε 20+ κολιμπρί και τα δανείσαμε σε συναδέλφους για δοκιμή στο σπίτι. Κανένας δεν ήθελε να επιστρέψει τα κολιμπρί τους (Chet). Αυτό ήταν καλό σημάδι μαζί με υπερβολικά θετική ανατροφοδότηση δοκιμής παιχνιδιού. Οι δοκιμαστές σχολίαζαν ότι τα οφέλη του να μην έχεις τίποτα να ακουμπάει το αυτί και η αυξημένη αίσθηση βύθισης ήχου αντιστάθμιζε τα προβλήματα που προκαλούνταν από εξωτερικό ήχο που ερχόταν ή/και από διαρροή εσωτερικού ήχου. Αποφασίσαμε να συνεχίσουμε με αυτόν τον σχεδιασμό αλλά κρατήσαμε στο νου αυτές τις ανησυχίες.

Το προϊόν

Τώρα είχαμε ένα υποσύστημα ακουστικών αυτιού που λειτουργούσε και πήγαινε καλά στις δοκιμές παιχνιδιού και ήταν εντός των ορίων μας για πιστότητα, κόστος και στόχους σχεδιασμού. Ξεκινήσαμε τη διαδικασία συγχώνευσης του σχεδιασμού ακουστικών αυτιού με το Valve Index Headset. Εδώ έγινε σημαντικό να ξεκινήσουμε να μετράμε ακουστικά τις επιδόσεις του ηχοσυστήματος ήχου μας στα πλαίσια του headset. Η λήψη ακριβών μετρήσεων μας επέτρεψε να καταγράψουμε αυξανόμενες βελτιώσεις καθώς και να αναγνωρίσουμε προβλήματα στο υποσύστημα ήχου. Αρχικά χρησιμοποιήσαμε το «Mr. HATS», το μοντέλο κεφαλιού του ανδρείκελού μας για να λάβουμε μετρήσεις απόκρισεις συχνότητας για τα ακουστικά αυτιών μας. Η μπλε ταινία στο πρόσωπο σημαδεύει την ακριβή τοποθέτηση του headset στο μοντέλο ώστε οι αρχικές μετρήσεις να μπορούν να παραμείνουν σταθερές.

Για να βελτιστοποιηθεί η ποιότητα ήχου, μετρούσαμε και εξευγενίζαμε την απόκριση συχνότητας και την επέκταση μπάσου σε καθημερινή βάση. Ενώ στη Valve δουλεύαμε για να βελτιώσουμε την επέκταση μπάσου μέσω DSP χρησιμοποιώντας συντονισμό EQ και αλγόριθμους όπως ψυχοακουστικό μπάσο, η Tectonic δούλευε για να βελτιώσει το μπάσο μηχανικά βελτιστοποιώντας τον ίδιο τον οδηγό του ηχείου. Ο συνδυασμός αυτών των προσπαθειών μας επέτρεψε να κατορθώσουμε και να ξεπεράσουμε τους στόχους μας για την ποιότητα ήχου και την απόκριση μπάσου.

Χρησιμοποιώντας οδηγούς BMR, μπορέσαμε να διασφαλίσουμε σταθερή ποιότητα ήχου, χωρίς χρωματισμό, ακόμα και αν τα ηχεία ήταν ελαφρώς σε λάθος θέση στην άκρη του κεφαλιού. Αυτό συμβαίνει λόγω του μοναδικού τρόπου που τα BMR εκπέμπουν ήχο. Σε χαμηλές συχνότητες συμπεριφέρονται σαν παραδοσιακά ηχεία. Το ηλεκτρικό σήμα έρχεται και ολόκληρο το διάφραγμα (μπροστινό μέρος του ηχείου) κινείται μπρος πίσω ανιχνεύοντας το σχήμα του σήματος. Ωστόσο, η πραγματική μαγεία συμβαίνει στις υψηλές συχνότητες. Όταν το μήκος κύματος των καμπυλωτών κυμάτων που ταξιδεύουν μέσω του διαφράγματος είναι παρόμοιο με το μέγεθος του διαφράγματος, παραδοσιακοί οδηγοί ξεκινούν να μεταβαίνουν σε λειτουργίες «διάλυσης» που προκαλούν το διάφραγμα να κάμπτεται και να κυματίζει, δημιουργώντας πολύ μυτερές κορυφές στην απόκριση συχνότητας που, πέρα από το ότι ακούγονται χάλια, είναι πολύ ευαίσθητες στην τοποθέτηση. Τα BMR είναι σχεδιασμένα να εκμεταλλεύονται τη φυσική συμπεριφορά του διαφράγματος, ισορροπώντας τις δονήσεις από διαφορετικές περιοχές μέσω βελτιστοποιημένης επιλογής υλικού, μαζικής φόρτωσης και εκτενούς σχεδιαστικής προσομοίωσης. Βασικά, διασφαλίζοντας ότι τα αυτιά σας λαμβάνουν πάντα την πλήρη πληροφορία ήχου - ακόμα και αν δεν είναι τέλεια ευθυγραμμισμένα με τα ηχεία BMR.

Επιπλέον, η Tectonic μπόρεσε επίσης να ελαχιστοποιήσει μηχανικά τη διαρροή ήχου. Επειδή η μονάδα οδηγού ηχείου του Valve Index είναι ανοικτά από πίσω, η πίεση από την μπροστινή πλευρά μπορεί να αλληλεπιδράσει με την πίεση από την πίσω πλευρά και αυτές είναι εξ' ορισμού εκτός φάσης μεταξύ τους. Ωστόσο, η ίδια μονάδα του οδηγού παρέχει έναν βαθμό ρύθμισης του εαυτού της μέσω της ολικής διαμέτρου της. Ουσιαστικά, για κάθε μονάδα οδηγού ηχείου, η εξωτερική διάμετρος βοηθάει να αποτρέψει την πίεση από την μπροστινή πλευρά από το να συναντήσει την πίεση από την πίσω πλευρά. Αν και αυτό βοηθάει μόνο όταν το μήκος κύματος των ηχητικών κυμάτων στον αέρα είναι μικρότερο από τη ρύθμιση εαυτού της διαμέτρου του οδηγού. Όταν το μήκος κύματος γίνει πιο μεγάλο από τη διάμετρο του οδηγού, η πίεση από την μπροστινή πλευρά θα αλληλεπιδράσει απευθείας με την πίεση από την πίσω πλευρά και συμβαίνει ισχυρή ακύρωση. Η ολική διάμετρος της μονάδας οδηγού είναι περίπου 5 εκατοστά. Αυτό σημαίνει ότι πάνω από περίπου 3kHz δεν υπάρχει ακύρωση αλλά, όπως ξέρουμε, υπάρχει όλο και λιγότερο ηχητικό περιεχόμενο πάνω από αυτή τη συχνότητα. Το περισσότερο περιεχόμενο ήχου υπάρχει κάτω από 3kHz και εδώ είναι το μέρος που η ακύρωση είναι ισχυρή, αποτρέποντας τον ήχο από το να ενοχλεί κόσμο κοντά. «Ο ακροατής που φοράει το headset έχει τα αυτιά του τόσο κοντά στη μονάδα οδηγού (κοντά στο πεδίο) που δεν γίνεται αντιληπτή η ακύρωση καθώς η πίεση από την μπροστινή πλευρά είναι ΣΧΕΤΙΚΑ τόσο πιο κοντά στο αυτί από την πίσω πλευρά», Tim Whitwell, CTO Tectonic.

Το μικρόφωνο

Ήταν εύκολο να καθοριστεί ο στόχος μας να έχουμε μικρόφωνα υψηλής ποιότητας στο headset για να υποστηρίξουμε μεταδότες και εμπειρίες πολλών παικτών. Ωστόσο, λόγω του σχεδιασμού ηχείου εκτός αυτιού, αναμέναμε η επίδοση του μικροφώνου να είναι μια δύσκολη πρόκληση. Προς έκπληξή μας, αυτό αποδείχτηκε ότι δεν ισχύει. Λόγω αρκετών από τα μοναδικά χαρακτηριστικά του ηχείου αυτιού, μπορούσαμε να αποφύγουμε τη χρήση σημαντικού ποσού ακύρωσης θορύβου DSP στο σήμα μικροφώνου, που με τη σειρά του μας επέτρεψε να κρατήσουμε το ρυθμό δειγματοληψίας της ροής μικροφώνου πολύ ψηλά στα 48kHz. Αυτή είναι μια λίστα χαρακτηριστικών που βοήθησε να φτιάξουμε είσοδο μικροφώνου υψηλής ποιότητας:

• Δικατευθυντήριος πίνακας μικροφώνου για περιορισμό κατευθυντήριας απόκρισης και επικέντρωση στο σήμα (το στόμα του χρήστη) και να αποκλείσουμε άλλο ξένο θόρυβο. Ο δικατευθυντήριος πίνακας μικροφώνου επικεντρώνεται στη λήψη του στόματος του χρήστη και αποκλείει κάθε εξωτερικό ήχο.
• Η ρύθμιση εαυτού των οδηγών BMR μειώνουν τη μόλυνση εξωτερικού θορύβου πολύ περισσότερο από παραδοσιακά ηχεία.
• Η ακουστική ηχείων και μικροφώνου σχεδιάστηκε για να μειώνει σημαντικά οποιαδήποτε μη γραμμική ακουστική διαδρομή ανατροφοδότησης. Το ίδιο το κεφάλι του παίκτη απορροφάει πολύ από την αρχική ηχητική ενέργεια από τα ηχεία BMR.
• Μικρόφωνα και μονοπάτια ήχου υψηλού SNR.
• Καλή ποιότητα μικροφώνων και ακουστικών σφραγίδων.
• Δυναμική συμπίεση εισερχόμενου ήχου για αποφυγή αποκοπής τρανταχτών φωνών.

Τελευταίες σκέψεις

Όλη αυτή η έρευνα, βελτιώσεις και ανατροφοδότηση μας οδήγησαν να πιστέψουμε ότι ο σχεδιασμός ηχείων αυτιού του Valve Index είναι όσο πιο κοντά γίνεται σε μια βέλτιστη ισορροπία ανταλλαγών και χαρακτηριστικών που είναι ειδικά σχεδιασμένα για αναπαραγωγή ήχου εικονικής πραγματικότητας σε κλίμακα δωματίου. Είμαστε πραγματικά ευχαριστημένοι με το πώς κατέληξε η εμπειρία ήχου και, έχοντας πει αυτό, υπάρχουν ακόμα πολλά να μάθουμε και πολλές βελτιώσεις που μπορούμε να κάνουμε.

Αν έχετε πάθος για ήχο και θέλετε να δουλέψετε μαζί μας για να λύσουμε τέτοιου είδους προβλήματα, εξερευνήστε τους διάφορους τομείς σχετικούς με ήχο ή στείλτε email στο jobs@valvesoftware.com