Dolby Atmos w słuchawkach nie oznacza, że w każdej muszli ukryto kilka miniaturowych głośników skierowanych w różne strony. Typowe słuchawki nadal dostarczają do uszu dwa główne sygnały — lewy i prawy — ale system wykorzystuje renderowanie binauralne, HRTF oraz informacje zapisane w miksie, aby mózg odebrał część dźwięków jako dochodzące z przodu, boków, tyłu, a nawet znad głowy, informuje redakcja TopFlop. Dolby oficjalnie potwierdza, że Dolby Atmos for Headphones może działać na zwykłych słuchawkach stereo, jeśli źródło, oprogramowanie i materiał obsługują odpowiedni sposób renderowania.
Kluczowe jest więc nie zwiększenie liczby fizycznych przetworników przy uszach, lecz kontrolowanie tego, co dokładnie i w którym momencie trafia do lewego oraz prawego ucha. System próbuje odtworzyć część wskazówek, z których człowiek korzysta podczas lokalizowania prawdziwych źródeł dźwięku: niewielkie różnice czasu dotarcia, poziomu, charakterystyki częstotliwościowej oraz wpływ głowy, tułowia i małżowin usznych. Właśnie dlatego helikopter w filmie może być odbierany jako przelatujący nad słuchaczem, mimo że fizycznie dźwięk nadal powstaje tylko kilka centymetrów od jego uszu.
Jak Dolby Atmos w słuchawkach tworzy przestrzeń z dwóch kanałów
W tradycyjnym stereo podstawowa przestrzeń powstaje przez odpowiednie rozłożenie sygnału między kanałem lewym i prawym. Dolby Atmos idzie dalej, ponieważ materiał może zawierać zarówno bazową strukturę kanałową, jak i indywidualne obiekty dźwiękowe wraz z metadanymi określającymi ich położenie. W dokumentacji Dolby obiekt opisano jako sygnał audio połączony z informacją o pozycji w przestrzeni, uwzględniającą osie X, Y i Z. Ta ostatnia pozwala między innymi opisać położenie ponad słuchaczem.
Gdy taki materiał trafia do zestawu kina domowego, renderer może skierować poszczególne elementy do rzeczywistych głośników rozmieszczonych wokół pomieszczenia. Gdy odbiorca zakłada słuchawki, ta sama informacja przestrzenna musi zostać przeliczona na dwa sygnały. Renderer binauralny wykonuje więc symulację tego, jak dźwięk dochodziłby do lewego i prawego ucha, gdyby jego źródło rzeczywiście znajdowało się w określonym miejscu.
To zasadnicza różnica między określeniem „dwa kanały na wyjściu” a „dźwiękiem, który został przygotowany jako zwykłe stereo”. Słuchawki otrzymują dwa sygnały, ale sygnały te mogą zawierać bardzo złożone informacje przestrzenne.
| Element | Zwykłe stereo | Dolby Atmos odtwarzany w słuchawkach |
|---|---|---|
| Fizyczne strony odsłuchu | lewa i prawa | lewa i prawa |
| Liczba potrzebnych przetworników | zwykle 2 | zwykle 2 |
| Informacja o pozycji obiektów | ograniczona do miksu stereo | może wynikać z metadanych przestrzennych Atmos |
| Kierunek z przodu/tyłu | może być sugerowany | renderowany binauralnie |
| Wysokość źródła | ograniczona | może być symulowana |
| HRTF | nie jest wymagane | jest podstawą wirtualizacji Dolby Atmos for Headphones |
| Ruch obiektu | panoramowanie stereo | może uwzględniać pozycję obiektu w przestrzeni 3D |
Dolby opisuje to wprost:
„Dolby Atmos for headphones enables sound to come from all around the player, including height, through any set of stereo headphones.”
— Dolby Professional, dokumentacja Dolby Atmos for Headphones.
W wolnym tłumaczeniu: system może wywołać wrażenie dźwięku otaczającego użytkownika, również w pionie, za pomocą standardowej pary słuchawek stereo.
HRTF: dlaczego mózg daje się przekonać, że dźwięk jest za głową
Człowiek nie określa kierunku dźwięku wyłącznie na podstawie tego, które ucho słyszy go głośniej. Jeżeli źródło znajduje się z lewej strony, fala zwykle dociera do lewego ucha odrobinę wcześniej niż do prawego. Głowa częściowo tłumi także pewne częstotliwości, a kształt małżowiny usznej zmienia widmo sygnału zależnie od jego kierunku.
Te zależności opisuje HRTF — Head-Related Transfer Function.
Dolby podaje, że Dolby Atmos for Headphones modeluje między innymi:
- różnice czasu dotarcia dźwięku do obu uszu;
- akustyczne „cieniowanie” powodowane przez głowę;
- wpływ zewnętrznego ucha;
- wpływ tułowia;
- kierunek, z którego miałoby dochodzić źródło;
- w przypadku obiektów Atmos — informacje o ich indywidualnej pozycji.
Jeśli algorytm chce zasugerować źródło znajdujące się z prawej strony i nieco z tyłu, sygnał dla obu uszu nie będzie identyczny. Może otrzymać odpowiednie opóźnienie, różnicę poziomu i zmienioną charakterystykę częstotliwościową.
Mózg otrzymuje wtedy zestaw wskazówek podobnych do tych, które pojawiłyby się przy prawdziwym źródle znajdującym się w tym miejscu.
Nie słyszymy więc dodatkowego fizycznego głośnika za sobą. Słyszymy dwa odpowiednio przygotowane sygnały, które układ słuchowy interpretuje przestrzennie.
Przy dźwięku znajdującym się nad głową problem jest jeszcze trudniejszy, ponieważ sama różnica między lewym i prawym uchem nie wystarcza. Duże znaczenie mają zmiany widmowe powodowane przez małżowinę uszną. Dlatego odpowiednio przygotowane HRTF może zasugerować nie tylko azymut, ale też wysokość źródła.
Dolby wykorzystuje podobną logikę również przy indywidualnych obiektach Atmos. Pozycja i rozmiar obiektu mogą wpływać na filtr HRTF używany do jego binauralnego renderowania.
Dlaczego Atmos to nie po prostu „szersze stereo” albo efekt 8D
Najłatwiej pomylić Dolby Atmos z różnego rodzaju efektami przestrzennymi stosowanymi do zwykłych nagrań stereo. W obu przypadkach słuchacz może odnieść wrażenie, że źródło przemieszcza się poza linią pomiędzy lewym i prawym uchem. Techniczna podstawa może być jednak zupełnie inna.
W prostym nagraniu stereo realizator może zmienić panoramę, pogłos i poziom sygnału tak, aby wokal przesuwał się z lewej strony na prawą. Tego rodzaju mechanizmy często występują w materiałach określanych internetowo jako „8D audio”. Atmos może natomiast zachować informację o indywidualnym obiekcie oraz jego pozycji, a renderer dopiero na urządzeniu odbiorcy przelicza sposób prezentacji tego obiektu dla dostępnego zestawu głośników lub słuchawek.
Jeżeli chcesz zobaczyć różnicę na konkretnym przykładzie, szczegółowo wyjaśnia ją materiał o tym, jak działa muzyka 8D w słuchawkach i dlaczego dźwięk wydaje się krążyć wokół głowy. Tam również pojawia się HRTF, ale samo określenie „8D” nie oznacza standardu z ośmioma fizycznymi kanałami.
Obiekt audio nie musi być przypisany na stałe do jednego głośnika
To jedna z najistotniejszych cech systemu.
W klasycznej architekturze kanałowej realizator przygotowuje materiał z myślą o określonych kanałach: lewym, prawym, centralnym, surround itd. W podejściu obiektowym element może zawierać informację typu: „ten dźwięk znajduje się tutaj”.
Renderer urządzenia decyduje później, jak odtworzyć tę pozycję na konkretnej konfiguracji.
Dolby opisuje obiekt jako sygnał posiadający także metadane pozycji w osiach X, Y i Z. Dzięki temu ta sama produkcja może zostać przystosowana do różnych systemów odtwarzania.
Przykładowo:
- Dźwięk samochodu zaczyna się z lewej strony.
- Obiekt przesuwa się przed słuchaczem.
- Następnie przechodzi na prawą stronę.
- Renderer kina domowego rozdziela go między odpowiednie głośniki.
- Renderer słuchawkowy przelicza tę samą trajektorię na binauralny sygnał lewy i prawy.
W bardziej rozbudowanym miksie równocześnie mogą występować dialog, muzyka, pogłos przestrzeni i indywidualne efekty poruszające się niezależnie.
Dolby już przy wcześniejszych implementacjach domowego Atmos opisywał możliwość reprodukcji nawet do 128 równoczesnych obiektów obecnych w oryginalnym miksie kinowym, choć konkretna realizacja i liczba aktywnie wykorzystywanych elementów zależą od materiału oraz procesu produkcyjnego.
Nie oznacza to oczywiście 128 głośników w słuchawkach.
Oznacza to, że renderer może otrzymywać rozbudowany opis sceny, który następnie musi sprowadzić do możliwości konkretnego urządzenia.
„Artists can place instruments all around you, even overhead.”
— Dolby, oficjalny materiał o odsłuchu Dolby Atmos przez słuchawki.
Co dzieje się z przodem, tyłem i wysokością
Wirtualizacja przodu i tyłu jest trudniejsza niż zwykłe przesuwanie dźwięku w lewo lub prawo.
Przy panoramowaniu stereo wystarczy zmienić proporcję poziomu w dwóch kanałach, aby łatwo stworzyć źródło po lewej, pośrodku lub po prawej stronie. Ale dźwięk dokładnie z przodu i dokładnie z tyłu może generować bardzo podobne różnice między uszami.
Dlatego potrzebne są dodatkowe wskazówki spektralne związane z małżowiną uszną oraz charakterystyką HRTF.
Podobny problem pojawia się przy wysokości.
Renderer próbuje wtedy odwzorować sposób, w jaki prawdziwy sygnał zostałby przefiltrowany przez ciało oraz ucho przed dotarciem do błony bębenkowej.
W praktyce oznacza to, że:
- źródło z prawej strony może otrzymać inną relację czasu i poziomu w obu uszach;
- źródło z tyłu wymaga dodatkowych cech widmowych;
- źródło ponad słuchaczem wymaga charakterystyki sugerującej wysokość;
- większa odległość może być sugerowana także poprzez relację dźwięku bezpośredniego do odbić;
- poruszający się obiekt musi mieć te parametry aktualizowane podczas ruchu.
Dolby udostępnia twórcom nawet różne tryby odległości binauralnej — Off, Near, Mid i Far — pozwalające określić sposób przestrzennego przedstawienia poszczególnych obiektów oraz elementów miksu.
Kiedy Dolby Atmos w słuchawkach naprawdę słychać, a kiedy różnica jest mała
Największa różnica pojawia się wtedy, gdy materiał został rzeczywiście przygotowany z informacją przestrzenną, a urządzenie odtwarza właściwy render Atmos. Sam napis „Dolby Atmos” przy ustawieniu telefonu czy komputera nie może stworzyć informacji, której nie ma w źródłowym miksie. System może przetwarzać inne materiały, zależnie od platformy i ustawień, ale rezultat nie jest tym samym co natywny miks wykonany dla Atmos.
Znaczenie ma również sam materiał. Scena filmu z helikopterem, deszczem, ruchem samochodów i dźwiękami nad głową daje rendererowi znacznie więcej możliwości niż prosty podcast z jednym głosem pośrodku. Podobnie w grze dokładne rozmieszczenie kroków, strzałów lub pojazdów może mieć większe znaczenie niż w nagraniu, którego wszystkie istotne elementy są skupione blisko centrum. Dolby właśnie gry wskazuje jako jedno z zastosowań obiektowego dźwięku przestrzennego, w którym pojedyncze źródła mogą być pozycjonowane i przemieszczane wokół gracza.
Nie trzeba natomiast zakładać, że samo kupienie droższych słuchawek z dużym napisem „Atmos” automatycznie dodaje dodatkowe kierunki.
Dolby podaje:
„You don’t need special headphones to experience Dolby Atmos.”
— Dolby, oficjalny poradnik dotyczący Dolby Atmos na słuchawkach.
Firma wskazuje jednocześnie, że potrzebne są urządzenie obsługujące Atmos oraz odpowiedni materiał. Modele słuchawek zoptymalizowane pod Atmos mogą mieć własne rozwiązania sprzętowe lub profil brzmieniowy, ale podstawowa idea binauralnej reprodukcji nie wymaga fizycznego systemu wielogłośnikowego w słuchawkach.
Dlaczego jedna osoba słyszy „głośnik nad głową”, a druga tylko zmianę barwy
HRTF nie jest identyczne dla wszystkich ludzi.
Kształt głowy, małżowin usznych i tułowia jest indywidualny. Uniwersalny renderer musi więc opierać się na modelu, który dla części osób może bardzo dobrze odpowiadać ich naturalnym wskazówkom słuchowym, a dla innych mniej dokładnie.
To może prowadzić do tak zwanych pomyłek przód–tył albo sytuacji, gdy dźwięk mający znajdować się poza głową nadal jest odbierany jako dochodzący ze środka.
Wpływają na to między innymi:
- dopasowanie HRTF do słuchacza;
- charakterystyka samych słuchawek;
- sposób założenia słuchawek;
- konstrukcja materiału Atmos;
- jakość renderera;
- doświadczenie słuchacza z lokalizacją przestrzenną;
- to, czy w miksie znajdują się wyraźne wskazówki przestrzenne.
Nie należy więc oczekiwać identycznej reakcji wszystkich użytkowników na ten sam demo-track.
Efekt przestrzenny jest wynikiem współpracy sygnału z biologicznym systemem lokalizacji człowieka, a nie pomiarem wykonywanym przez dodatkowy głośnik znajdujący się fizycznie nad słuchaczem.
W praktyce warto też oddzielić jakość transmisji od przestrzenności. Słuchawki Bluetooth mogą zmienić charakter brzmienia, gdy system przełącza profil audio po uruchomieniu mikrofonu. To zupełnie inne zjawisko niż binauralne renderowanie Atmos. Mechanizm został opisany szerzej w materiale o tym, dlaczego podczas rozmowy Bluetooth muzyka nagle zaczyna brzmieć gorzej.
Podobnie nie każda zmiana barwy nagrania wynika z Atmos. Jeśli dwie wersje tej samej piosenki różnią się basem, dynamiką i głośnością, przyczyną może być mastering. Osobno wyjaśniamy, co oznacza „remastered” i dlaczego starszy utwór może brzmieć inaczej.
Jak samemu sprawdzić, co daje Atmos
Najlepszy test nie polega na przełączaniu dwóch przypadkowych piosenek.
Trzeba wykorzystać ten sam materiał, tę samą głośność i możliwie tę samą drogę sygnału.
| Test | Co zrobić | Na co zwracać uwagę |
|---|---|---|
| 1 | wybierz natywny materiał Dolby Atmos | sprawdź, czy platforma rzeczywiście oznacza go jako Atmos |
| 2 | odtwórz scenę z ruchem przestrzennym | lokalizacja przód–tył, boki, wysokość |
| 3 | przełącz Atmos i zwykłe stereo | nie zmieniaj przy tym utworu |
| 4 | wyrównaj subiektywnie głośność | głośniejsza wersja często wydaje się „lepsza” |
| 5 | zamknij oczy | łatwiej ocenić pozycję bez podpowiedzi obrazu |
| 6 | powtórz fragment kilka razy | sprawdź stabilność lokalizacji |
| 7 | użyj drugiej pary słuchawek | ocenisz, ile zależy od konkretnego modelu |
Najbardziej miarodajne fragmenty zawierają ruchome źródła, pogłos pomieszczenia albo efekty wysokościowe. Dobrze przygotowana scena może wywołać wrażenie, że część dźwięku znajduje się poza czaszką.
Jeżeli po włączeniu Atmos słychać jedynie większy pogłos, inną ilość basu albo zmianę głośności, nie musi to jeszcze oznaczać prawidłowo działającej lokalizacji 3D.
Warto też upewnić się, że porównywana jest rzeczywiście wersja Atmos z odpowiadającym jej miksem. W serwisach streamingowych wersja stereo i Atmos mogą mieć nieco inne decyzje mikserskie, dlatego nie każdą różnicę można przypisać wyłącznie procesowi binauralizacji.
Najczęstsze pytania
Czy Dolby Atmos w słuchawkach wymaga wielu głośników?
Nie. Dolby Atmos for Headphones może renderować przestrzenny materiał do standardowej pary słuchawek stereo. Fizycznie pozostają dwa główne kanały doprowadzone do uszu, natomiast kierunki są symulowane przez przetwarzanie binauralne i HRTF.
Jak dwa przetworniki mogą zasymulować dźwięk z tyłu?
Renderer modyfikuje sygnały dostarczane do obu uszu w taki sposób, aby zawierały wskazówki podobne do występujących przy rzeczywistym źródle za słuchaczem. Chodzi między innymi o różnice czasu, poziomu i charakterystyki częstotliwościowej.
Czy Dolby Atmos oznacza lepszą jakość dźwięku?
Nie jest to automatycznie synonim wyższej jakości technicznej. Atmos opisuje przede wszystkim sposób organizacji i renderowania przestrzeni. Na odbiór nadal wpływają jakość miksu, mastering, kompresja, przetworniki oraz warunki odsłuchu.
Czy każde słuchawki obsługują Dolby Atmos?
Według Dolby do odsłuchu binauralnego Atmos nie są konieczne specjalne słuchawki. Potrzebne są natomiast zgodne urządzenie lub platforma oraz odpowiednia treść. Konkretne systemy operacyjne i usługi mogą mieć własne wymagania.
Dlaczego efekt wysokości w Atmos czasem prawie nie działa?
Jedną z przyczyn może być niedopasowanie używanego HRTF do anatomii konkretnego słuchacza. Znaczenie ma też materiał źródłowy — nie każdy miks wykorzystuje intensywnie obiekty nad głową.
Czy Dolby Atmos i muzyka 8D są tym samym?
Nie. 8D jest popularnym określeniem efektów tworzonych głównie za pomocą panoramowania, pogłosu i innych operacji na nagraniu. Dolby Atmos jest zdefiniowanym systemem dźwięku immersyjnego, który może wykorzystywać obiekty wraz z metadanymi ich pozycji.
Czy Atmos działa identycznie w kinie i w słuchawkach?
Nie. W kinie lub systemie domowym renderer korzysta z rzeczywistych głośników rozmieszczonych wokół odbiorcy. W słuchawkach przestrzeń musi zostać przełożona na sygnał binauralny dla lewego i prawego ucha. Źródłowy miks może być wspólny, ale sposób fizycznej reprodukcji jest inny.
Warto przeczytać także nasz kolejny materiał, w którym szerzej wyjaśniamy podobny temat: Dlaczego piosenka po kilku odsłuchaniach wydaje się szybsza lub wolniejsza? Tak mózg słyszy rytm
