Как вы все, разумеется, помните, в предпоследних "Заметках кудесника шотгана" рассказ шел о звуке, в том числе о трехмерном. Текст "заметок" перед публикацией неоднократно курсировал между ветераном ПэЖэ и молодым, зато знающим Железным-Радовским. И во время очередной итерации возник вопрос: а был ли, собственно, мальчик? Существует ли трехмерный звук в природе, и если да, то слышат ли его игроки?

Тщательное изучение собственных ощущений, опрос окружающих и чтение Web-страниц оставили весьма противоречивое впечатление. Да, 3D-звук, воспроизводимый "правильными" играми через "правильное" железо и акустику, безусловно, заметно отличается от обычного стерео (хотя и сложно сказать, чем именно). Да, те, кто уже купил ускоритель 3D-звука, обычно вполне довольны и возвращаться на PC Speaker не собираются. Но уж очень много вокруг оказалось народу, с порога заявлявшего: "Этого нет и быть не может, физику еще никто не отменял" и брызжущего слюной при прослушивании. Да и пресловутая пока еще не отмененная физика, как заводная, при каждом удобном случае поднимала свою уродливую голову и шипела в уши: "Не бывает, не бывает". Пришлось исследовать.

Исследовать -- так всерьез. Напомним вам, что основные положения, на которых построены мечты о 3D-звуке, уже изложены в прошлом номере в записных ПэЖэ-книжках, но для пущей аккуратности кратенько повторим основные тезисы железопроизводителей. Которые утверждают, что человеческий слуховой аппарат, даже при наличии всего лишь двух ушей, совсем неплохо приспособлен для локализации звука. Прежде всего потому, что в процессе определения координат источника звука участвует мозг, а он у нас очень даже неплохо развит. Анализируя отражения и поглощения отдельных частей спектра в звуках, идущих с разных сторон, мозг должен бы успешно различать практически любые направления. Скажем, если источник находится сверху, то отражения волн от плеч просто обязаны добавить небольшое эхо, а звук, идущий снизу, будет заглушен нашим телом, причем особенно в области высоких частот. А уж спереди-сзади -- вообще очень простой вопрос! Вы когда-нибудь обращали внимание на форму собственного уха? Она же явно придумана природой, чтобы фокусировать и усиливать звуки, идущие спереди, и глушить те, что идут сзади. Смешно было бы не отличить одни от других...

Что ж, умным да еще и богатым людям грешно не верить. Тем не менее мы смело решили ревизовать красивую теорию на практике, исходя из оптимистичной предпосылки, что 3D-звук существует, а любой неподготовленный человек способен его услышать и распознать. В качестве пробного шара современные технологии были обкатаны на людях, никогда прежде не сталкивавшихся с позиционируемым 3D-звуком. Для чего взяли две самые популярные звуковые платы с поддержкой 3D-звука (Creative SB Live! и Turtle Beach Santa Cruz), по очереди вставляли их в компьютер, присоединяли к ним комплект колонок Creative FourPointSurround FPS2000 и наушники Koss Pro/4XTC. Для экспериментов было выбрано подходящее помещение в редакции (обычная комната "бытовых" размеров, с фальшпанелями на потолке, ковролином на полу, занавесками на окнах и несколькими компьютерными столами и стульями).
Стараясь минимизировать влияние "посторонней" мебели, мы поставили в центре комнаты стол, водрузив на него выключенный монитор и две фронтальные колонки, а две тыловые разместили на их родных треногах, как и рекомендовано в инструкции, чуть сзади от стула. Сабвуфер, как ему и положено, бережно положили под стол. Все тесты проводились на трех конфигурациях источников звука: две колонки, наушники и четыре колонки, переключение осуществлялось программно. Эксперименты проводились по возможности вечером, чтобы уровень шума в здании был невысок, но специальных мер для шумоподавления мы не применяли -- старались воспроизвести "обычное" окружение игрока.
В качестве тестового ПО была выбрана Windows 98 (разумеется, при смене плат операционная система и драйверы устанавливались заново) и программа ZD Audio WinBench 99, призванная проверять точность воспроизведения трехмерного звука. Правда, методика, реализованная в ней, явно не выдерживает критики: предлагается, к примеру, нажать кнопку, на которой написано, где сейчас будет разбиваться стекло, и убедиться, что оно звучит оттуда. Ужас... Решено было провести испытания слепым методом: не сообщать испытуемому местонахождение источника звука, расспрашивая, откуда он его слышит.
Перед началом эксперимента каждому участнику сообщалось, что проводится тестирование трехмерного звука, источник которого может быть расположен в любой точке пространства или перемещаться по произвольной траектории. Затем испытуемому предлагалось указать эту самую точку или описать траекторию. Все ответы записывались дословно, а потом обрабатывались.
В качестве базовых было выбрано два вида тестов: бьющееся стекло и летающий вертолет. Точка, откуда доносился звон стекла, позиционировалась в одной из восьми вершин куба, в центре которого находился игрок (номер вершины выбирался программным генератором случайных чисел). Виртуальный же вертолет летал в случайном направлении вокруг слушателя в горизонтальной или вертикальной плоскости (облетая игрока слева и справа). Каждому участнику предлагалось по очереди локализовать шесть источников стекольного звона, а затем распознать шесть вертолетных траекторий (три геликоптера порхали в горизонтальной плоскости, а три -- в вертикальной).
Проведя строгий отбор, мы остановились на великолепной восьмерке испытуемых, постаравшись при этом охватить все категории пользователей: здесь был и бывший военный, твердо знающий, как звучит летающий вертолет, и юная леди, с вертолетом не знакомая, и случайно выбранные компьютерноподкованные сотрудники издательского дома "Компьютерра" типичного "игрового" возраста и просто знакомые игролюбы. Самих себя, увы, пришлось исключить, поскольку мы знали всю кухню эксперимента и не соответствовали условиям слепого тестирования. Зато на арт-директоре Денисе Гусакове и лично ББ опыт удалось провести.

Результаты, мягко говоря, обескуражили. Впрочем, какое там "мягко говоря"?!. Результаты ошеломили, повергли в шок и заставили задуматься о несовершенстве человеческой натуры.
Впрочем, давайте по порядку. Итак, эксперимент первый. Бьющееся стекло. Нельзя не порадоваться распознаванию стереоэффекта: на любой акустике по оси "слева-справа" ошибок практически не было во всех 144 попытках (одна случайная помарка проскочила у кого-то на четырех колонках). Так что одномерный звук в природе существует. Ура.
Зато по оси "спереди-сзади" все куда грустнее... На двух колонках подавляющее большинство испытуемых без колебаний слышали все звуки в передней полуплоскости и потому угадывали их с вероятностью 50% (просто потому, что половина источников именно там и располагалась). Услышать бьющееся стекло за спиной так никто и не смог.
В наушниках -- почти аналогичная картина, но звук все упорно слышали из центра, те же, кто "различал" переднюю и заднюю полусферу, ошибались почти в половине случаев.
Наконец, четыре колонки позволили-таки испытуемым неплохо различить переднюю и заднюю полусферы. Что характерно, три человека верно локализовали по горизонтали все шесть предложенных звуков, один допустил единственную ошибку, зато оставшиеся четверо подпортили статистику, сбившись дважды и трижды. В среднем на четырех колонках испытуемые правильно определяли горизонтальные координаты звука (слева, справа, спереди и сзади) примерно в 80% тестов. Отнюдь не идеальный результат, хотя и не слишком плохой. Так что добавить звуку второе измерение смогли только тыловые динамики.
Результаты распознавания по вертикальной оси (сверху-снизу) были просто провальны. На любой акустике минимум в половине экспериментов испытуемые упорно слышали звук на одном уровне, не замечая стараний звуковой платы позиционировать звон стекла сверху и снизу. Некоторые, самые продвинутые, слушатели пытались угадывать, но успеха не достигли. В среднем правильно локализовать звук по вертикали слушатели сумели лишь в 25% экспериментов (процент верных ответов "сверху-снизу": 21%, 25%, 29% для наушников, двух и четырех колонок соответственно). Вдумайтесь: человек в трех попытках из четырех не смог опознать направление по вертикальной оси! Да если бы он просто тыкал пальцем в случайную точку пространства, то угадывал бы вдвое чаще! Словом, выход 3D-звука в третье измерение пока не состоялся.
Второй эксперимент (летающий вертолет) был "настоящей проверкой", ведь описать неизвестную траекторию гораздо сложнее, чем ткнуть пальцем в единственную точку (испытуемые не знали, что вертолет движется только по вертикальной или горизонтальной окружности). Мы честно старались помочь слушателям, оставляя звук включенным до тех пор, пока испытуемый не считал, что уверен в ответе. Тем не менее верные ответы встречались еще реже, чем в предыдущем тесте. При использовании наушников, двух и четырех колонок слушатели точно описали траекторию и направление полета в 19%, 15% и 42% экспериментов соответственно. Заметим, что вертикаль опять вызвала затруднения. Лучше всего испытуемые распознавали круги в горизонтальной плоскости на четырех колонках (верные ответы были даны в 63% попыток).
Общий итог можно сформулировать так: в условиях нашего эксперимента алгоритмы позиционирования звука в пространстве работали откровенно слабо. Четыре колонки скрадывают этот недостаток, позволяя неплохо локализовать источники в горизонтальной плоскости. Похоже, что без предварительной подготовки большинство людей слышат звук "между колонок", игнорируя все попытки аудиоплаты разместить его в иных направлениях.

Несмотря на обескураживающие результаты, надежда еще жива. Ее вселил в наши души испытуемый за номером восемь. При прослушивании вертолета на четырех колонках он умудрился верно определить траекторию в пяти попытках из шести возможных. Быть может, он и есть тот самый человек будущего, соответствующий почти по всем параметрам теоретическим разработкам?
В заключение постараемся перечислить возможные огрехи этого тестирования и методы борьбы с ними, дабы за нас это не сделали другие.
Во-первых, восьми испытуемых для полноценного исследования явно мало. Нам могло сильно не повезти: вдруг всем слушателям в детстве отдавил уши здоровенный медведь? Впредь обязуемся проявить трудовой героизм и использовать более широкую выборку.
Во-вторых, хотя мы и попытались исключить влияние звукового "железа" использованием двух разных звуковых плат, но колонки-то все время применялись одни и те же. Если, к примеру, в этом конкретном экземпляре на заводе неверно припаяли контакты к одному из динамиков, могла нарушиться фазировка, и результаты оказались бы неверными.
В-третьих, не исключено, что ZD Audio Winbench 99 некорректно работает с DirectSound3D и неверно позиционирует звук. Стоит подумать об альтернативах этой утилите.
В-четвертых, похоже, что гипотеза о высокой обучаемости человеческого мозга не лишена оснований. Да, результаты работы фильтров HRTF не совпадают с тем, что способны адекватно воспринять неподготовленные слушатели. Однако если дать им время привыкнуть, показать, как именно звучат "искусственные" аналоги источников, то есть шансы, что постепенно удастся привыкнуть и научиться их различать. В конце концов, был же эксперимент, где человеку надели очки, переворачивающие изображение. Несчастный две недели натыкался на предметы, а затем его мозг привык -- и изображение встало на место! Правда, когда очки сняли, оно перевернулось еще раз и принесло еще пару недель мучений.

Участники опытов! Дорогие наши помощники! Мы просто не можем похоронить в редакционных архивах ваши великолепные описания вертолетных траекторий! Жаль, что все они здесь не поместятся, но хотя бы некоторые, самые запоминающиеся, мы просто обязаны опубликовать.
Колонки передо мной -- значит, и вертолет передо мной, явно не сзади, резко перепрыгивает (летит-летит и вдруг резко появляется в правой колонке). Видимо, надо мной, тоже по часовой, но чуть сзади, летает ли он по вертикали? -- неясно, вертолеты, видимо, сверху летают.
Справа спереди перелетел в левую колонку, против часовой стрелки, но сзади проскакивает очень слабо, горизонтально.
Я что-то не очень хорошо могу определить направление вращения, но он ниже меня. Влево или вправо -- неясно, спереди-сзади -- тоже.
Что-то у него автомат перекоса свистит. По-моему, он крутится в вертикальной плоскости против часовой.
Передо мной, против часовой, по эллипсу, короткая ось совпадает с линией от меня до левой передней колонки, это не горизонталь и не вертикаль -- есть наклон.
Очень сложные па, по дуге в горизонтальной плоскости сзади меня, кольцевые движения на концах дуги.
Полукруг, туда-сюда, спереди, только если включить воображение, благодаря вертолету, была бы песня -- никогда бы не сказал.
Какие-то движения есть, но трудно уловить, больше прямая, над головой и сзади, по контуру сзади и потом по диаметру, по часовой.
На звук тяжело разобрать, звук затихает, кажется, подъем идет, сильно, резко, но понять трудно, круговые они или нет, низко летит, а потом звук затихает, выше идет и пропадает.
Похоже, что она не плоская. Он пролетает сзади по горизонтальной дуге и проходит сверху по вертикальной. Против часовой.
Справа налево спереди ближе к переднему фронту, хаотичное, вертолет так не летает. Меняется тональность звука, а движение по сфере, по кругу, справа налево.
Спиралевидное движение, тоже справа налево, слева направо, сзади, и при этом выкручивает спираль.
Без понятия, по кругу, но впереди, еще где-то, и против часовой стрелки в горизонтальной плоскости.
Очень замысловатая траектория, пытается летать кругами, пролетает спереди, улетает чуть направо, поворачивает на 90 и летит за меня, там, вдали, стихает, пропадает, появляется слева впереди по центру и пролетает вперед, исчезает там и т.п.
Из серии эшеровских вертолетов, он летает по сфере с ручкой, пространство, отличное от евклидового, слева спереди летит назад за меня к середине, там исчезает, появляется справа спереди и летит надо мной, исчезая чуть сзади в середине, при этом, подлетая ко мне, он летит заметно тише.

Он рассасывается слева спереди постепенно, в это время появляясь справа спереди, и наоборот. Как будто два вертолета закрывают по очереди задвижки. Вертикальная плоскость наконец-то, справа спереди назад налево, он в ней против часовой стрелки (спереди справа он летит вверх назад).

Результаты теста "Бьщееся стекло"

	Наушники	Две колонки	Четыре колонки
Процент верных распознаваний "слева-справа"	100	100	98
Процент верных распознаваний "спереди-сзади"	31	50	79
Процент верных распознаваний "сверху-снизу"	21	25	29

Результаты теста "Вертолет"

	Наушники	Две колонки	Четыре колонки
Процент верных распознаваний траектории	25	27	46
Процент верных распознаваний траектории и направления движения по ней	19	15	42