تکنولوژی صدای فضایی در اسپیکر و هدفون

معرفی تکنولوژی صدای فضایی یا Spatial Audio و دالبی اتموس

صدای فضایی (Spatial Audio) یکی از جدیدترین و جذاب‌ترین تکنولوژی‌های صوتی است که در دنیای امروزی مورد توجه قرار گرفته است. این فناوری، توانایی ایجاد تجربه صوتی 3 بعدی را برای مخاطبان فراهم میکند که از طریق آن میتوانند صداها را به طور واقعی‌تر و جذاب‌تری تجربه کنند. با بهره‌گیری از الگوریتم‌های پیشرفته صوتی، صداها به گونه‌ای تولید میشوند که انگار از جاهای مختلف فضا منتشر شده‌اند و گوش‌های مخاطب را درگیر میکنند.

یکی از اصلی‌ترین مفاهیم درک Spatial Audio، مفهوم “فضا” است. وقتی از فضا برای صدا صحبت میشود، منظور از آن ابعاد مختلفی از فضا است که صدا میتواند در آن حرکت کند. این ابعاد میتواند شامل فاصله، جهت، ارتفاع و حتی اندازه و شکل فضا باشد. با استفاده از Spatial Audio، صداها به گونه‌ای تولید میشوند که به این ابعاد توجه کنند و تجربه‌ای واقع‌گرایانه از فضای صوتی را برای مخاطبان ایجاد کنند.

در میان دستاوردهای بزرگ فنی که به شرکت والت دیزنی نسبت داده میشود، این شرکت اولین استفاده تجاری مستند از صدای فراگیر را در فیلم‌ها بر عهده داشته است. همزمان با اکران فیلم انقلابی انیمیشنی فانتازیا در سال 1940، این استودیو سیستم صوتی چندکاناله‌ای به نام فانتاساوند را معرفی کرد. این سیستم صوتی که متشکل از 54 اسپیکر بود، تنها در دو سالن نصب شد. هرچند این سیستم بسیار تحسین‌برانگیز بود، اما مفهوم آن برای بیشتر سالن‌ها بیش از حد پیچیده و گران تمام شد. در نتیجه، صدای فراگیر در سینما تا دهه 1960 به طور کامل منسوخ شد.

با آغاز به کار دالبی استریو در سال 1976 و بدون شک با موفقیت عظیم جنگ ستارگان (1977)، دالبی به تدریج صدای فراگیر را در سالن‌های سینما طی دهه‌های 1980 و 1990 ترویج داد. طی این دوره، از سیستم چهار کاناله دالبی SR به سیستم شش کاناله و 7.1 کاناله دالبی دیجیتال سوراند EX تکامل یافت. شرکت‌های دیگری نظیر سیستم‌های تئاتر دیجیتال (DTS) و سونی نیز فناوری‌های خود را در زمینه صدای فراگیر ارائه دادند.

دالبی این بار با معرفی سیستم صوتی فراگیر دالبی اتموس در سال 2012، که اطلاعات ارتفاعی را از طریق اسپیکرهای نصب شده بر سقف اضافه کرد، باز هم اوج گرفت. DTS نیز محصول رقابتی خود را تحت عنوان DTS:X تولید کرد.

پس از تلاش‌هایی برای ورود تجهیزات صوتی چهار کاناله کوادروفونیک به بازار خانگی در دهه 1970، صدای فراگیر در سال 1982 با معرفی دالبی سوراند سه کاناله وارد اتاق‌های نشیمن شد. صدای فراگیر خانگی در سال 1995 دیجیتالی شد. دقیقاً مانند نسخه کامل تئاتر، دالبی دیجیتال خانگی یک سیستم 5.1 کاناله است. سیستم رقیب DTS یک سال بعد به عنوان نسخه خانگی عرضه شد. دالبی دیجیتال EX و DTS-ES هر دو سیستم‌های 6.1 و 7.1 کاناله هستند و کانال‌های اضافی صدای فراگیر عقب را اضافه میکنند.

تئاترهای خانگی دالبی اتموس با چیدمان‌های معمولی 5.1 و 7.1 سازگار هستند. به عنوان مثال، یک سیستم دالبی اتموس 7.1.4 یک چیدمان معمولی 7.1 است با اضافه شدن چهار اسپیکر سقفی یا اسپیکرهای دارای دالبی اتموس.

ما فقط دو گوش داریم، اما میتوانیم بین صداهایی که از جلو و پشت ما می‌آیند و همچنین صداهایی که از چپ و راست، بالا و پایین می‌آیند، تفاوت قائل شویم بدون اینکه حتی سر خود را تکان دهیم. تا به حال فکر کرده‌اید که چطور این کار را انجام میدهیم؟

تابع انتقال مرتبط با سر (HRTF) به تأثیری اشاره دارد که شانه‌ها، سر و گوش‌های ما بر روی امواج صوتی که از منابع مختلف می‌آیند قبل از رسیدن به پرده گوش ما دارند. این تعاملات فیزیکی بر سطوح، زمان‌بندی و روابط فاز محتوای فرکانس مختلف صداهایی که میشنویم، تأثیر میگذارد. مغز ما یاد گرفته است تا تمام این تغییرات را رمزگشایی کند و محل احتمالی منشأ صدا در فضای اطراف ما را تشخیص دهد. با به دست آوردن و تکثیر این سیگنال‌ها به روشی کنترل‌شده از طریق هدفون، میتوانید یک رویداد شنیداری در فضا را بازسازی کنید و آن را به شکلی بسیار واقع‌گرایانه تجربه کنید.

فیلم‌ها و بازی‌ها با صدای چندکاناله عرضه میشوند که برای پخش از طریق اسپیکرها برای چندین شنونده طراحی شده‌اند، و دو رویکرد متفاوت برای کار کردن صدای فضایی از طریق هدفون وجود دارد:

سخت‌افزار: هدفون‌هایی که دارای چندین درایور در هر طرف هستند، که به گونه‌ای دور گوش قرار گرفته‌اند که مکان بهینه برای اسپیکر هر کانال را منعکس میکند. این به عنوان هدفون «فراگیر واقعی» شناخته میشود.

نرم‌افزار: پردازش خارجی یا داخلی به یک هدفون استاندارد اضافه میشود که جریان صوتی چندکاناله را میگیرد و نوعی الگوریتم بر پایه HRTF را برای قرار دادن این کانال‌های صوتی در فضای مجازی دور هر گوش اعمال میکند. این به عنوان هدفون «فراگیر مجازی» شناخته میشود.

فراگیر واقعی از نظر مکانیکی پیچیده است و تنها به رمزگشایی چندکاناله اساسی نیاز دارد که یک گیرنده تئاتر خانگی برای سال‌ها قادر به انجام آن بوده است. صدای فضایی مجازی به سخت‌افزار هدست خاصی نیاز ندارد، اما به پردازش سیگنال سنگینی نیاز دارد تا یک میدان صوتی مجازی ایجاد کند.

رویکرد فراگیر مجازی برتر است، زیرا هنگام ترکیب با ردیابی حرکت سر، امکان قفل کردن موقعیت اسپیکرهای فراگیر مجازی وجود دارد، بنابراین منابع صدا زمانی که سر خود را میچرخانید تغییر نمیکنند. تاکنون این فقط در سیستم‌های پیشرفته‌تر که فناوری ردیابی حرکت (سر) را شامل میشوند، موجود است. با ارزان و کم مصرف‌تر شدن پردازنده‌های سیگنال دیجیتال، هدفون دارای صدای فضایی مجازی، رویکرد صدای فراگیر سخت‌افزاری را به طور اساسی منسوخ کرده است. بهترین هدفون بی سیم که از قابلیت صدای فضایی پشتیبانی میکنند، Sony WH-1000XM4 و Beats Studio Pro هستند.

در اسپیکر، صداها در فضای اطراف شما منتشر میشوند و این باعث میشود تا تجربه گوش دادن به موسیقی یا صداهای مختلف، زنده‌تر و واقع‌گرایانه‌تر باشد. وقتی که صدا از اسپیکر پخش میشود، به دلیل فاصله بین آن و شما، تفاوت‌های زمانی و شدت در صداها به گوش شما میرسد. به عنوان مثال، اگر یک صدای خاص از اسپیکر سمت راست پخش شود، این صدا با یک تاخیر کمی نسبت به اسپیکر سمت چپ به گوش شما میرسد. این تفاوت زمانی، به شما اجازه میدهد تا مکان دقیق صدا را در فضا تشخیص دهید.

علاوه بر این، اسپیکرها میتوانند با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته مانند Dolby Atmos یا DTS:X، صداها را به صورتی فضایی و سه بعدی پخش کنند. این تکنولوژی‌ها از الگوریتم‌های پیچیده برای محاسبه تفاوت‌های زمانی و شدتی صداها استفاده میکنند تا تجربه گوش دادن به صداها را بسیار واقع‌گرایانه‌تر کنند. به این ترتیب، با گوش دادن به صداها از اسپیکر، شما احساس میکنید که در محیط واقعی قرار دارید و صدا از جاهای مختلف پخش میشود.

به عنوان یکی از جذاب‌ترین کاربردهای صدای فضایی میتوان به فضای صوتی در سینما و تولید محتوا اشاره کرد. با استفاده از این فناوری، تولیدکنندگان میتوانند صداها را به گونه‌ای طراحی کنند که به دقت مشخص شود که کدام صدا از کجا منتشر شده است و چگونه در فضا حرکت میکند. این باعث میشود تا تجربه تماشای فیلم‌ها و برنامه‌های تلویزیونی برای بینندگان جذاب‌تر و واقعی‌تر شود، زیرا صداها بیشتر به واقعیت نزدیک‌تر میشوند و به طور مطلوب‌تری در فضا حضور پیدا میکنند.

با پیشرفت فناوری Spatial Audio، انتظار میرود که این فناوری در آینده به طور گسترده‌تری در صنایع مختلفی از جمله موسیقی، بازی‌های ویدئویی، واقعیت مجازی، تولید محتوا و حتی آموزش مورد استفاده قرار گیرد. این فناوری با ایجاد تجربه‌های صوتی واقع‌گرایانه و جذاب، میتواند به بهبود کیفیت محتواهای تولیدی و ارتقای تجربه کاربری کمک کند.

ویژگی‌ها و عملکرد صدای فضایی یکی از جذاب‌ترین و پیچیده‌ترین جنبه‌های صوتی است که توسط فناوری‌های پیشرفته صوتی به وجود آمده است. این فناوری، توانایی ایجاد تجربه صوتی سه بعدی و زنده را برای شنوندگان فراهم میکند. در اینجا به برخی از ویژگی‌ها و نحوه عملکرد این فناوری پرداخته خواهد شد.

1. فضا: یکی از ویژگی‌های اصلی صدای فضایی، قابلیت ایجاد فضای صوتی 3 بعدی است. این فناوری، با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته صوتی، صداها را به گونه‌ای تولید میکند که به ابعاد مختلف فضا توجه کند. به این ترتیب، صداها به طور واقعی‌تر و جذاب‌تری به شنوندگان منتقل میشوند.
2. جهت: صدای فضایی قادر است به دقت تعیین کند که یک صدا از کدام جهت منتشر شده است. این به شنوندگان این امکان را میدهد که حس کنند که صدا از کجا می‌آید و به چه سمت حرکت میکند.
3. فاصله: این فناوری قادر است فاصله بین شنونده و منبع صدا را شناسایی کند و با توجه به آن، صدا را با حجم و تعداد طبقات مختلف تولید کند. به این ترتیب، تجربه‌ای واقع‌گرایانه از فاصله‌ها و فضاها برای شنوندگان فراهم میشود.
4. اندازه و شکل فضا: این قابلیت میتواند با استفاده از اطلاعاتی که درباره اندازه و شکل فضا دارد، صداها را به گونه‌ای تولید کند که با واقعیت بیشتری همخوانی داشته باشند. این اطلاعات میتوانند از طریق سنسورها یا داده‌های محیطی جمع‌آوری شوند.

نحوه عملکرد صدای فضایی بر اساس استفاده از الگوریتم‌های پیچیده صوتی است که محاسباتی دقیق را برای تولید صداهای فضایی انجام میدهند. این الگوریتم‌ها با توجه به اطلاعاتی که از محیط و منبع صوتی دریافت میکنند، صداها را به گونه‌ای تنظیم میکنند که با ویژگی‌های فضایی مختلف هماهنگ شوند. به این ترتیب، تجربه‌ای واقع‌گرایانه و شگفت‌انگیز از فضای صوتی برای شنوندگان ایجاد میشود.

بسیاری از هدست‌های VR مانند PlayStation VR دارای قابلیت پخش صدای فضایی هستند و شما میتوانید در محیط‌های واقعیت مجازی قرار بگیرید و از تجربه‌ی صوتی فضایی بهره‌مند شوید. برخی از پلتفرم‌های موسیقی مثل Spotify و Tidal امکان پخش محتوای صدای فضایی را فراهم میکنند. همچنین، برخی از پادکست‌ها و محتواهای صوتی نیز از تکنولوژی صدای فضایی استفاده میکنند تا تجربه گوش دادن را برای شنوندگان بهبود بخشند.

بسیاری از بازی‌های ویدیویی نیز از صدای فضایی برای ایجاد تجربه صوتی غنی‌تر و واقع‌گرایانه استفاده میکنند و تجربه بی‌نظیری از صدا در محیط‌های سه بعدی فراهم میکنند. همچنین، برخی از وب‌سایت‌ها و پلتفرم‌های تعاملی از صدای فضایی برای ایجاد تجربه‌های فعال و غنی‌تر استفاده میکنند. این محتواها میتوانند شامل تورهای مجازی، آموزش‌های تعاملی و نمایش‌های زنده باشند که با استفاده از صدای فضایی، تجربه واقع‌گرایانه‌تری را ایجاد میکنند.

با توجه به پیشرفت‌های مداوم در این حوزه، انتظار میرود که موارد استفاده از صدای فضایی در آینده همچنان گسترش یابد و کاربردهای جدیدی در صنایع مختلف ارائه شود.

دالبی اتموس (Dolby Atmos)

دالبی اتموس یک نوع فناوری صدای فضایی و یکی از شناخته‌شده‌ترین و پراستفاده‌ترین فرمت‌ها برای ایجاد تجارب صوتی فراگیر است. Dolby Atmos طراحی شده است تا صداهای چند بعدی را ارائه دهد، و اجازه میدهد صدا در فضای سه‌بعدی دور و بالای شنونده حرکت کند. برخلاف سیستم‌های صوتی سنتی که از کانال‌ها استفاده میکنند، دالبی اتموس به جای اختصاص دادن صدا به کانال‌های خاص، آن را به اشیا مختلف در فضا تخصیص میدهد. این اشیا میتوانند مثلاً جلوه‌های صوتی مختلف، مانند باران، پرنده‌ها یا انفجارها باشند، که میتوانند در هر جای فضا قرار گیرند و با حرکت در فضا تغییر کنند.

یکی از ویژگی‌های برجسته Dolby Atmos این است که این فناوری امکان ایجاد تجربه‌های صوتی واقع‌گرایانه و بی‌نظیر را فراهم میکند، به گونه‌ای است که شنونده‌ها را در محیط‌های سه‌بعدی فرو میبرد و احساس میکنند که در مرکز صداها قرار دارند. دالبی اتموس در فیلم‌ها، موزیک، بازی‌های ویدیویی، استودیوهای ضبط، و حتی سیستم‌های سینمای خانگی مورد استفاده قرار میگیرد، به شکلی که تجربه گوش‌دادن به صداهای بی‌بازگشت و غنی‌تر فراهم شود. ساندبار JBL Bar 1300 صدای سه‌بعدی فراگیر را با کیفیت بی‌نظیر برای داشتن تجربه‌ای شبیه به سینما ارائه میدهد.

نتیجه‌گیری

صدای فضایی به عنوان یک فناوری پیشرفته در زمینه صوتی، نقش بسزایی در تقویت تجربه‌های شنیداری دارد. این تکنولوژی که از طریق ایجاد حس عمق و فضا در صدا عمل میکند، به شنوندگان این امکان را میدهد تا جایگاه دقیق منابع صوتی در محیط اطراف خود را تشخیص دهند. استفاده از صدای فضایی در صنایع مختلفی از جمله سینما، موسیقی، بازی‌های ویدیویی و واقعیت مجازی افزایش یافته و به عنصری ضروری در ارائه تجربیات فراگیر و غنی تبدیل شده است.

فناوری صدای فضایی نه تنها برای سرگرمی، بلکه در زمینه‌های آموزشی و توانبخشی نیز مورد استفاده قرار گرفته است. به کمک این فناوری، میتوان محیط‌های آموزشی بیشتری را شبیه‌سازی کرد و کمک کرد تا افراد درک بهتری از محیط پیرامون خود داشته باشند. همچنین، در محیط‌های درمانی، صدای فضایی امکان بهبود توانایی‌های شنیداری و تعامل افراد با محیط را فراهم می‌آورد.