Наушники с пространственным позиционированием звука

Предложенное устройство предназначено для применения в качестве накладных наушников, которые могут применяться для области виртуальной реальности, компьютерных игр, киберспорта и пр.
Широко известна конструкция и применение наушников накладных (мониторных) для различных целей и задач. Хотя эти наушники нередко обладают хорошим звуком, однако они не могут обеспечить создание звуковой пространственной картины, т.е. звук направлен из одного динамика в одном направлении.
В основу предложенной полезной модели была поставлена задача разработать наушники с направленным источником звука в соответствии с расположением динамиков в разных плоскостях, что позволит обеспечить точное позиционирование звука с различных направлений в пространстве звучания, т.е. чтобы звуковым оформлением можно было понимать направление источника звука (например, выстрел из поворота отображается в соответствующем боковом динамике).
Наиболее близким аналогом к предложенной полезной модели является решение WO 2004/049753, в котором раскрываются накладные наушники, содержащие правый и левый корпус с внутренней акустической камерой, механически соединенные между собой для обеспечения возможности размещения их на голове пользователя, каждый корпус на задней стенке включает пять динамиков, размещенных под углом и с направлением звука, исходящего к центру и направленного внутрь камеры для создания объемного звука.
Недостатком данного решения является плохое позиционирование звуковой картины в пространстве звучания, поскольку в данном аналоге отсутствует направленность звуковой волны источников. Все динамики, по сути, расположены в одной плоскости, и звуковое давление идет с одной стороны с незначительным смещением.
Задачей предложенной полезной модели является устранение указанных недостатков известных наушников.
Техническим результатом является точное позиционирование звука в виртуальном пространстве с различных направлений звучания, обеспечение эффекта погружения в звуковую сцену и получение полной звуковой картины с разнонаправленными источниками звука.
Данный результат достигается тем, что накладные наушники содержат правый и левый корпус с внутренней акустической камерой, механически соединенные между собой для обеспечения возможности размещения их на голове пользователя, корпус каждого наушника выполнен прямоугольной формы со скруглениями по краям и задней стенкой, в каждой из боковых, верхней, нижней и задней стенок выполнено по отверстию, при этом в данных отверстиях на каждой из указанных боковых стенок, а также верхней и нижней стенок ортогонально и параллельно своей стенке размещены динамики, а в задней стенке и параллельно ей расположен центральный динамик, выполненные с возможностью их подключения к источнику звукового сигнала, при этом диффузоры динамиков направлены внутрь камеры.
Для амортизации и эргономичного прилегания корпуса к голове амбушюры накладных наушников выполнены из поролона с эффектом памяти.
Стенки корпуса наушников с внутренней стороны содержат демпфирующий материал, выполненный из полиэстера.
В частности, динамики могут подключаться к источнику звукового сигнала посредством беспроводного соединения. Также для улучшения фокусировки звуковой волны в нужном направлении динамики могут дополнительно включать волноводы.
Далее предложенная полезная модель будет подробно охарактеризована с учетом чертежей и изображений, где:
фиг. 1 - чертеж корпуса предложенных наушников в разных проекциях,
фиг. 2 - изображение корпуса наушников с установленными динамиками,
фиг. 3 - изображение корпуса наушников с установленными динамиками и установленной наружной крышкой,
фиг. 4 - изображение корпуса наушников с установленными динамиками и установленным демпфирующим материалом для стенок корпуса камеры,
фиг. 5 - общий вид наушников в сборе с установленными амбушюрами,
фиг. 6 - предполагаемый вид наушников с обшивкой наружным материалом,
фиг. 7 - волновод для каждого из динамиков в разных проекциях.
Накладные наушники выполняются по типу «открытый ящик», то есть их корпус выполняется без передней стенки. Наушники содержат правый и левый корпус 1 с образуемой внутренней акустической камерой. Корпуса механически соединены между собой, дуговым креплением, для обеспечения возможности размещения их на голове пользователя. Корпус 1 каждого наушника выполнен прямоугольной формы, предпочтительно со скруглениями по краям, а также с задней стенкой. Материал выполнения стенок и корпуса наушников может быть любым, например, пластик, фанера и др. В каждой из боковых, верхней, нижней и задней стенок имеется отверстие 2,3, преимущественно по центру стенок. В данных отверстиях 3 на каждой из указанных двух боковых стенок, а также на верхней и нижней стенках ортогонально и параллельно своей стенке размещены динамики 5, то есть боковые динамики параллельны друг другу и верхний с нижним динамики 5 также параллельны друг другу. При этом данные динамики размещены параллельно соответствующей стенке, на которую они крепятся. Таким образом, данные четыре динамика 5 разнесены друг от друга под прямым углом 90 градусов, образуя полный пространственный охват внутри акустической камеры. В задней стенке и также параллельно ей в соответствующем отверстии 2 расположен центральный динамик 4. При этом диффузоры всех динамиков 4, 5 направлены внутрь корпуса 1 камеры. Все динамики выполнены с возможностью их подключения к источнику звукового сигнала. При этом подключение динамиков к источнику звукового сигнала может быть выполнено как проводным, так и посредством беспроводного соединения, например, по современному на сегодняшний день стандарту подключения Bluetooth, для чего в них дополнительно встраивается соответствующий модуль. Амбушюры наушников выполняются из поролона с эффектом памяти, для амортизации и эргономичного прилегания корпуса 1 к голове, что исключает проникновение лишнего шума и искажения передачи звука. Обшивка амбушюр выполняется, как правило, тканевая, для исключения запотевания кожи головы. Дополнительно, звукоизоляцию корпусов камер 1 выполняет, как правило, силиконовая прокладка, уложенная на ребре (на чертеже не показано).
При этом в качестве демпфирующего материала 6 для стенок корпуса камеры используется полиэстер или аналогичный по свойствам материал. При этом как вариант, динамики 4, 5 могут дополнительно включать волноводы 7, для улучшения фокусировки звуковой волны в нужном направлении. Волноводы крепится к корпусу 1 в области динамика 4, 5, либо непосредственно к динамику. Данный волновод представляет собой кольцевой экран, обеспечивающий направление звука из динамика в более узком направлении, для исключения "смешивания" звуковых волн, что положительно сказывается на точности позиционирования звука в пространстве с различных направлений звучания.
Наушники работают следующим образом. Наушники подключаются к источнику звука. Наушники настраиваются на работу в формате 10 динамиков. Данная настройка возможна как на аппаратном уровне, с использованием возможности звуковой карты или иного звукового оборудования и/или с использованием соответствующей программной среды, обеспечивающей правильную настройку динамиков, относительно расположенных сторон (по аналогии с акустикой домашнего кинотеатра, где колонки расставляются и настраиваются в нужных местах расположения источника звука, для полноты звукового сопровождения). Пользователь запускает звуковую сцену, которая проигрывает звуковые эффекты в определенных динамиках, в зависимости от его ориентации (или ориентации игрового персонажа) в виртуальном пространстве, что позволяет добиться точного позиционирования звука в виртуальном пространстве с различных направлений звучания, обеспечить эффект погружения в звуковую сцену и получить полную звуковую картину с разнонаправленными источниками звука.
Предлагаемое изделие полностью совместимо с существующими форматами объемного звука 5.1, 7.1 и 9.1, для чего на данном этапе необходима программная прослойка, перенаправляющая центральный канал на фронтальные правый и левый динамики. Однако в дальнейшем подключение может быть осуществлено и по иным схемам.
Пример.
В образце установлены Майларовые динамики 112/120 дб/Вт, 20-20000 Гц, 30 мм -10 мВт (верхний, нижний), 50 мм - 200 мВт (боковые и центральный динамик). В качестве демпфирующего материала для стенок корпуса использовался полиэстер, приклеенный к поверхности. Амбушюры выполнены из поролона с эффектом памяти. Обшивка амбушюр тканевая. Наушники подключены к звуковой карте ПК напрямую, по проводу. Использовался программный звуковой плеер Foobar2000 с плагином раскладки стерео в 7.1, формат FLAC.
Тесты проводились в видеоиграх: Cyberpunk 2077, Counter-Strike: Source, Half-Life: Black Mesa, Ведьмак 3: Дикая охота. Позиционирование звука отчетливо распознавалось в зависимости от расположения персонажа и действий в игре, эффект погружения в звуковую сцену значительно улучшился по сравнению с обычными наушниками, обеспечилось получение полной звуковой картины с разнонаправленными источниками звука.