Tempest 3D AudioTech

Tempest 3D AudioTech — это программно-аппаратная технология пространственного звука, разработанная компанией Sony Interactive Entertainment (SIE) для игровой консоли PlayStation 5. Она предназначена для создания объёмной звуковой сцены с высокой точностью позиционирования источников звука в трёхмерном пространстве, включая высоту, глубину и ширину, без необходимости использования специализированного многоканального акустического оборудования.

История и разработка

Технология Tempest 3D AudioTech была анонсирована в марте 2020 года в рамках презентации архитектуры PlayStation 5, проведённой главным архитектором системы Марком Черни (Mark Cerny). Разработка велась с учётом опыта, полученного при создании технологии объёмного звука для шлема виртуальной реальности PlayStation VR (PSVR) на PlayStation 4. В отличие от предыдущих решений, Tempest 3D AudioTech была спроектирована как масштабируемая система, способная обрабатывать звук для сотен потенциальных источников одновременно, что значительно превышает возможности предшествующих консольных аудиосистем.

Основной задачей разработчиков было создание алгоритмов, имитирующих естественную обработку звука ушными раковинами, головой и туловищем человека (HRTF — Head-Related Transfer Function). Для этого Sony создала специальную лабораторию, где с помощью 64 микрофонов, расположенных на разных расстояниях от манекена с искусственной головой, были записаны и проанализированы тысячи звуковых импульсов. Полученные данные легли в основу библиотеки HRTF-профилей, используемых технологией.

Принцип работы

Обработка звука на аппаратном уровне

Tempest 3D AudioTech использует выделенный аудиопроцессор, интегрированный в систему на кристалле (SoC) PlayStation 5. Этот процессор, названный Tempest Engine, представляет собой модифицированное вычислительное ядро, оптимизированное для выполнения операций цифровой обработки сигналов (DSP). Его производительность оценивается в 100 GFLOPS (операций с плавающей запятой в секунду), что позволяет обрабатывать до 100 отдельных звуковых объектов одновременно без существенного влияния на производительность основного центрального и графического процессоров.

Технология HRTF (Head-Related Transfer Function)

Ключевым элементом Tempest 3D AudioTech является моделирование функции передачи, связанной с головой (HRTF). Эта функция описывает, как звуковые волны изменяются при взаимодействии с анатомическими особенностями слушателя — ушными раковинами, головой и плечами. В реальной жизни мозг использует эти изменения для определения направления и расстояния до источника звука.

Tempest 3D AudioTech применяет индивидуальные или обобщённые HRTF-профили. При первом запуске консоли пользователю предлагается пройти процедуру калибровки, в ходе которой система определяет наиболее подходящий профиль из нескольких предустановленных (например, «Профиль A», «Профиль B» и т.д.) на основе субъективных оценок пользователя при прослушивании тестовых звуков. В будущем планируется внедрение автоматической калибровки с использованием камеры PlayStation HD Camera.

Симуляция пространства

Технология не просто позиционирует звуки в пространстве, но и симулирует акустические свойства виртуального окружения: реверберацию, эхо, отражения от стен, поглощение звука различными материалами. Это достигается за счёт применения алгоритмов, моделирующих распространение звуковых волн в трёхмерном пространстве, учитывая геометрию игрового уровня и физические свойства объектов. Звук может огибать препятствия, проходить через щели и отражаться от поверхностей, создавая реалистичную акустическую картину.

Режимы работы

Для наушников

Основной и наиболее эффективный режим работы Tempest 3D AudioTech — через стереонаушники. В этом случае технология обрабатывает звуковой поток таким образом, чтобы при прослушивании через обычные наушники (проводные или беспроводные, подключённые к контроллеру DualSense) создавалась иллюзия трёхмерного звукового поля. Система поддерживает как стандартные HRTF-профили, так и возможность выбора из нескольких вариантов, оптимизированных под разные типы наушников.

Для телевизионных динамиков и акустических систем

Tempest 3D AudioTech также может работать через встроенные динамики телевизора или внешние акустические системы, включая многоканальные конфигурации (5.1, 7.1). Однако в этом случае возможности технологии ограничены физическими характеристиками акустики. Для создания иллюзии вертикального звука (высота) используются алгоритмы виртуализации, которые могут быть менее эффективны, чем при использовании наушников. Sony рекомендует использовать наушники для получения максимального эффекта погружения.

Применение в играх

Интеграция в игровой движок

Tempest 3D AudioTech интегрируется в игровые движки через низкоуровневые аудио-API (Application Programming Interface), предоставляемые SDK (Software Development Kit) PlayStation 5. Разработчики могут позиционировать звуковые объекты (выстрелы, шаги, диалоги, звуки окружения) в трёхмерном пространстве с указанием их координат, скорости движения, а также акустических свойств (например, материал, от которого отражается звук).

Примеры реализации

• Marvel's Spider-Man: Miles Morales — технология используется для точного позиционирования звуков города, шагов персонажа и звуков боя. Звук ветра, проходящего между зданиями, и эхо от выстрелов создают ощущение нахождения в реальном мегаполисе.
• Returnal — в игре активно используется пространственный звук для определения направления атак врагов и звуков окружения на инопланетной планете. Звуки дождя, шагов по разным поверхностям и эхо в пещерах реализованы с высокой степенью детализации.
• Resident Evil Village — технология позволяет игроку точно определять местоположение врагов по звуку их шагов, дыхания и голосов, что критически важно для игрового процесса в жанре survival horror.
• Gran Turismo 7 — Tempest 3D AudioTech используется для моделирования звука двигателей, шин, ветра и других акустических эффектов в зависимости от положения автомобиля относительно игрока и окружающей среды.

Сравнение с аналогами

Tempest 3D AudioTech конкурирует с другими технологиями пространственного звука, такими как Dolby Atmos, DTS:X и Windows Sonic. Основные отличия:

• Аппаратная реализация: Tempest 3D AudioTech использует выделенный процессор Tempest Engine, в то время как Dolby Atmos и DTS:X в основном полагаются на программную обработку на центральном процессоре или графическом процессоре.
• Масштабируемость: Технология Sony способна обрабатывать до 100 звуковых объектов, что значительно больше, чем у большинства конкурентов (обычно до 32–64 объектов).
• Интеграция с PS5: Tempest 3D AudioTech является частью экосистемы PlayStation 5 и оптимизирована для работы с контроллером DualSense и шлемом PSVR2, что обеспечивает низкую задержку и синхронизацию с тактильной отдачей.
• Поддержка HRTF: Sony предоставляет библиотеку из нескольких HRTF-профилей, в то время как Dolby Atmos и DTS:X обычно используют один универсальный профиль.

Критика и ограничения

• Зависимость от калибровки: Эффективность технологии сильно зависит от выбора правильного HRTF-профиля. Неправильный выбор может привести к искажению звуковой сцены и снижению реалистичности.
• Ограниченная поддержка на сторонних устройствах: Tempest 3D AudioTech является эксклюзивной технологией для PlayStation 5 и не поддерживается на других платформах (ПК, Xbox, Nintendo Switch). Для использования на ПК требуется специальное программное обеспечение, которое не обеспечивает полной функциональности.
• Качество через динамики: При воспроизведении через телевизионные динамики эффект объёмного звука значительно слабее, чем через наушники, что снижает ценность технологии для пользователей, не использующих гарнитуру.
• Отсутствие поддержки многоканальных конфигураций: В отличие от Dolby Atmos, который поддерживает конфигурации до 9.1.6 (9 каналов, 1 сабвуфер, 6 потолочных динамиков), Tempest 3D AudioTech в основном ориентирована на стереонаушники и не имеет встроенной поддержки для сложных акустических систем с большим количеством динамиков.

Перспективы развития

Sony продолжает совершенствовать Tempest 3D AudioTech. В планах компании — внедрение автоматической калибровки HRTF с использованием камеры, а также расширение библиотеки профилей. Технология также рассматривается как ключевой элемент для шлема виртуальной реальности PlayStation VR2, где пространственный звук критически важен для создания эффекта присутствия. В будущем возможно появление инструментов для создания пользовательских HRTF-профилей на основе фотографий ушей пользователя.

Источники

• Mark Cerny, «The Road to PS5» (презентация, март 2020)
• Sony Interactive Entertainment, «PlayStation 5: The Ultimate FAQ» (официальный сайт)
• Digital Foundry, «Inside PlayStation 5: the specs and the tech that deliver Sony's next-gen vision» (аналитический обзор)
• IGN, «PS5's Tempest 3D AudioTech: Everything You Need to Know» (статья)
• Eurogamer, «How PS5's Tempest 3D AudioTech works» (технический разбор)