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Sonido 3D en los juegos 1Parte

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Hardcore Extreme Level

Willy888

C:\Windows

entradas: 5059

20:08 29/06/2007

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Aca les dejo una guia sobre el sonido 3d, si les interesa hago la segunda y tercera parte…

1. Introducción

La síntesis del audio 3D es ampliamente utilizada en sonido en video juegos como en la música en algunos de los casos.
Ya se ha dicho que el audio 3D funciona con la codificación HRTF que simula procesos acústicos que ocurren naturalmente en un espacio determinado el cual va a producir una interacción entre la atmósfera recreada por el video juego y nuestros oídos.
Este fenómeno es el resultado de reverberaciones y reflexiones con todas las variaciones que pueden llegar a tener.
Muchas formas se han recreado para reproducir el sonido 3D, una de ellas es por medio de fonos, los cuales han sido descartados de este análisis ya que la cercanía de los monitores no permiten sentir con real dimensión los espacios tratados de recrear con los algoritmos 3D, ya que sentiremos un sonido muy cerca, que gana en posicionamiento pero pierde en realismo creando una imagen de sonido en nuestra cabeza y no en un espacio en el cual uno se encuentre dentro.

En el esquema 1 se representa en el proceso HRTF el porque en esta ocasión, el sistema de audífonos ha quedado fuera de nuestro análisis comparativo con el sistema de 5.1.


2. Sonido, reflexiones y Reverberaciones.

Las tecnologías para representar sonido virtual son ocupadas para recrear un espacio ficticio en una sala de entretención.
Ejemplo, el poder simular que el jugador esta dentro de una cueva y sentir el espacio de ella a través del sonido.
La tecnología 3D es solo ocupar un sistema estereo L y R y con los algoritmos recrear dos monitores mas virtuales.

2.1 Recreación Virtual.

La función llamada Funciones de Transferencias Asociadas a Relacionar la cabeza (HRTF) es la encargada de relacionar el sonido originado de la fuente y poder localizarlo en un punto determinado.
El sistema de HRTF tiene que comprender tres elementos fundamentales:
• Función de transferencia al oído izquierdo.
• Función de transferencia al oído derecho.
• Inter-aural tiempo de delay.

Estos tres puntos considerados en las tres dimensiones entre el espacio y el oyente.

2.2 Simulación de reverberaciones y reflexiones.

Sabemos que las reflexiones y las reverberaciones tienen gran influencia en la percepción de las propiedades del sonido y que el radio del sonido directo al radio del sonido reverberante es una poderosa herramienta para saber a que distancia se encuentra una fuente ubicada en algún punto del espacio.
Una descripción de los que se habla esta detallado en la figura 2.

La magnitud de la sala y sus posibles reflexiones son calculadas en base a una hipotética sala a la cual dados estos resultados se le asocia el fenómeno de reverberación.
Cuando esto sucede, recién ahí es cuando se comienza a percibir una imagen virtual de la sala creada por el sonido 3D.

2.3 Imagen virtual de la sala.

Las propiedades de la reverberación de la sala son medidas por métodos de algoritmos 3D ya explicados.
La sala se va armando con los elementos encontrados en el esquema 2 y se van creando los puntos de cada fuente que va a comenzar a interactuar con el medio.
Se miden las diferencias entre el sonido directo y el sonido indirecto, distancias cabeza – monitores con funciones de tiempo.
Con esto, se construye el virtual 3D, que se va ir modificando junto con la situación en la que se encuentre el jugador.
Por ejemplo; si una sala tiene un tiempo de reverberación de 4 segundos, entonces el numero de muestras será dado por 44.1KHz x 4, o sea, 176,400 muestras, que van ha ser emitidos por los dos monitores en distintos tiempos para ir creando la sensación de reverberación.
La tecnología HTRF va ocupando unos filtros para recrear este numero de muestras, en nuestro ejemplo ocupa (2 x 25) filtros para recrear la reverberación, donde 2 x son los monitores L y R, y 25 son la cantidad de filtros, (ecualizadores) que serán ocupados para este efecto.
El computador tendrá un esfuerzo para reproducir este efecto de 3.528 veces mas, que reproducir un sonido normal, esto no es muy practico ocupando solo tecnología DSP.
Este ejemplo es un método llamado, modelo de impulsos, ya que esta cantidad de muestras la va reproduciendo una tras otra.
No es un reproductor flexible, ya que será el escenario donde se encuentre el jugador el que determinara que reflexiones y reverberaciones serán usadas.
Ejemplo; si el jugador se encuentra en una etapa de una gran fabrica, esta etapa tendrá presets de ecualizaciones fijas, que se modificaran según donde se encuentre, por si entra a un baño, pero no en su totalidad solo afectara una parte de ellos no logrando realismo en algunas escenas.

3. Rastreo acústico de la onda.

El método de rastreo acústico de la onda ha sido ocupado desde hace mucho tiempo por los ingenieros acústicos para ver el comportamiento de una sala.
Esta técnica es conocida también como trazo de rayos, y lo que busca esta técnica es saber de que forma la onda va ser reflectada y cual va ser su ángulo de incidencia.
Este método se aplica a la onda que es emitida desde la fuente de la sala y aplicar los limites de reflexión que posee la atmósfera donde se desarrolla el video juego.
Se ocupan vectores para representar esto, y se ocupa simple geometría, como se ve en el esquema 3.

El esquema 4 representa la forma básica de cómo se trabaja con los rayos y sus proyecciones.

El oyente se sitúa en el centro, esto es por conveniencia, y lo que se ve es la proyección que daría la fuente derecha, a una distancia r del oyente con un ángulo de azimut ?.
La sala tiene un ancho W y una altura l.
El sonido viaja de forma directa desde la fuente al oyente, se produce una fuente virtual fuera del marco, dada por una suma de vectores:
a + b. La reflexión es extrapolada atrás desde el oyente a mas allá de la muralla por la distancia marcada por a. esa posición es denominada como fuente virtual.
Esto es porque es solo una reflexión de primer orden que es la que da la sensación de otra fuente.

Para poder calcular el ángulo azimut que dará la fuente virtual esta dado por la siguiente formula:

y la magnitud, V, es una fracción del sonido directo, esto quiere decir, que la formula para calcular mas fuentes esta dada por:

V entonces, son fuentes virtuales que se pueden ubicar a través del espacio, en el esquema 5 se puede ver como se podrían llegar a relacionar las otras fuentes con respecto al oyente y la verdadera fuente.
La filosofía que sigue este procedimiento es ir creando una mezcla a través de matrices creadas por software y hardware cuyo resultado es un surround virtual como muestra el esquema 6.
Esta tecnología logra según los fabricantes un sorprendente surround logrado con dos monitores y solo trabajando con la psico-acústica, reflexiones y reverberaciones.


4. Salas virtuales.

El aproximar el modelo y la simulación de la sala acústica se da por prestado que se puede ver que la suma de tiempo, tomada desde las reflexiones que llegan al oyente esta dada por la relación (a + b – r).
El esquema 7 muestra que la onda de sonido progresa mas alla para crear una reflexión de segundo orden. Se observa que, la suma de la distancia del camino por el cual viaja es aproximadamente el ancho de la sala.
El tercer diagrama que muestra el esquema 7, nos dice en serie como la onda se sigue propagando creando una reflexión de tercer orden y también se observa que la onda viaja dos veces el ancho de la sala.

El esquema 8 muestra un diagrama en bloque de forma simple como es procesada la señal. La recreación esta hecha de manera análoga para poder visualizar como se simula la reverberación.

En la entrada (input), la señal pasa a través del primer procesador de delay (a + b – r) que corresponde a la suma de sonido directo menos la primera reflexión, para después pasar por un atenuador P que corresponde a la reducción de señal de la reflexión de primer orden causado por el largo de la sala y la posible absorción que esta puede tener.
Esta señal alimenta el nodo de salida (output) y representa en particular la primera reflexión.
También alimenta otro procesador de delay W que corresponde al ancho de la sala y un atenuador Q que corresponde a la señal que se retro alimenta para generar las reflexiones de 2do, 3er,.., n orden.
Acá, la línea de delay corresponde a cuanto tiempo toma a la onda de sonido atravesar el tamaño de la sala y tener alimentación (feedback) que va incorporar atenuación, eso si, por la distancia recorrida va ser afectada la señal por mas reflexiones y su relativa absorción.

Porque 3D es mejor que 5.1, según fabricantes.

Realidad:
Los métodos convencionales que reproducen reflexiones y reverberaciones de forma externa (a través de mas monitores y sin los algoritmos) como el clásico 5.1, dan una imagen fallida por ser un modelo muy simplista.
La relación análoga entre el modelo de imagen y la línea de delay que dan las reverberaciones deben ser dirigidas desde el mundo irreal (mundo video juegos) a nuestro ambiente.
En la realidad, aunque las salas de juegos, son por lo general, “cajas de zapatos” o son las mismas piezas de los jugadores, son lugares que siempre van a fallar en la difusión acústica.
Esto destruye la verdadera imagen que debería exponer un juego 3D.
La realidad dice que las ondas de todas formas van a llegar al oyente, pero no llegaran en la forma adecuada como lo muestran los esquemas 2 y 6.

El esquema 9 muestra las 6 reflexiones de primer orden que han sido calculadas para una sala normal de 7mt de largo por 5mt de ancho.
Ha sido trazado un esquema cuando el sonido 3D es reproducido por un demo con codificación de la empresa Sensaura.
Se puede observar que las primeras reflexiones son a los 2.8ms, que es la reflexión del techo, y la segunda reflexión es la del suelo a los 3.2ms.
En nivel son las que mas podrían molestar al oyente, pero el oído no esta capacitado para diferenciar señales con menos de 30ms. de diferencia, así que es el sonido directo el que domina sin problemas de ruidos molestos y sin importar donde se reproduzca.

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