Daftar Isi

 

Teknologi Spatial Audio: Bagaimana Earphone Bisa Menciptakan Suara 3D

Pernah merasa suara dalam film seperti berasal dari belakang, atas, atau bahkan dari samping tubuh padahal hanya menggunakan sepasang earphone? Atau ketika bermain game, suara langkah kaki terasa datang dari arah tertentu sehingga kita bisa memperkirakan posisi lawan tanpa melihatnya?

Efek tersebut bukan sekadar hasil dari speaker earphone yang semakin canggih. Di balik pengalaman itu terdapat teknologi yang disebut Spatial Audio atau audio spasial. Teknologi ini memanfaatkan rekayasa akustik, pemrosesan sinyal digital, dan karakteristik sistem pendengaran manusia untuk menciptakan ilusi bahwa suara berada di ruang tiga dimensi.

Menariknya, earphone sebenarnya hanya mempunyai driver suara di dekat telinga kiri dan kanan. Namun, dengan pemrosesan tertentu, otak dapat dibuat seolah-olah menerima suara yang datang dari berbagai titik di sekeliling pendengar.

Lantas, bagaimana caranya?

Spatial Audio Bukan Sekadar Suara Kiri dan Kanan

Pada sistem stereo konvensional, audio umumnya dibagi menjadi kanal kiri dan kanan. Jika suara dibuat lebih keras di kanal kiri, pendengar akan mempersepsikannya datang dari sebelah kiri. Sebaliknya, suara yang lebih dominan di kanal kanan akan terasa berasal dari arah kanan.

Spatial Audio bekerja lebih jauh daripada sekadar membagi suara ke dua kanal tersebut.

Sistem ini berusaha menciptakan informasi akustik yang biasanya diterima telinga manusia ketika mendengar sumber suara di dunia nyata. Otak kemudian menggunakan informasi tersebut untuk memperkirakan lokasi sumber suara.

Karena itu, Spatial Audio dapat membuat suara terasa berasal dari depan, belakang, atas, bawah, maupun berbagai posisi di antara arah tersebut.

Ada tiga teknologi penting yang membantu menciptakan efek tersebut, yaitu binaural audio, head-tracking, dan simulasi posisi sumber suara berbasis objek audio.

1. Binaural Audio Meniru Cara Manusia Mendengar

Fondasi Spatial Audio berasal dari cara manusia mendengarkan lingkungan menggunakan dua telinga. Sistem pendengaran manusia disebut binaural hearing.

Ketika sebuah suara berasal dari sisi kanan, gelombang suara tidak tiba di kedua telinga dalam kondisi yang sama. Suara akan mencapai telinga kanan sedikit lebih dahulu dibandingkan telinga kiri. Selain itu, intensitas atau karakter frekuensinya juga dapat berbeda karena kepala manusia berada di antara kedua telinga.

Otak kemudian mengolah berbagai perbedaan tersebut untuk memperkirakan posisi sumber suara.

Teknologi Spatial Audio mencoba meniru proses ini menggunakan pemrosesan digital, salah satunya melalui Head-Related Transfer Function atau HRTF.

HRTF merupakan model yang menggambarkan bagaimana suara berubah ketika berinteraksi dengan bentuk kepala, tubuh, dan terutama telinga manusia sebelum akhirnya mencapai gendang telinga.

Salah satu komponen pentingnya adalah Interaural Time Difference (ITD), yaitu perbedaan waktu ketika suara mencapai telinga kiri dan kanan.

Misalnya, sumber suara berada di sebelah kanan. Gelombang suara akan mencapai telinga kanan lebih cepat daripada telinga kiri. Walaupun perbedaannya sangat kecil, otak manusia mampu menggunakan informasi tersebut untuk memperkirakan arah suara.

Selain waktu, terdapat Interaural Level Difference (ILD). Ini merupakan perbedaan tingkat atau intensitas suara yang diterima kedua telinga.

Kepala manusia dapat bertindak seperti penghalang fisik. Suara yang datang dari kanan dapat terdengar lebih kuat di telinga kanan, sementara sebagian energinya terhalang oleh kepala sebelum mencapai telinga kiri.

Peran Daun Telinga dalam Spatial Audio

Bukan hanya kepala yang memengaruhi suara. Bentuk daun telinga atau pinna juga mempunyai peran penting.

Lipatan dan bentuk daun telinga dapat memantulkan serta mengubah sebagian frekuensi suara. Perubahan tersebut berbeda tergantung arah datangnya suara.

Karakteristik ini membantu otak membedakan suara yang datang dari depan, belakang, atas, atau bawah.

Spatial Audio mencoba mereplikasi berbagai perubahan tersebut melalui filter digital. Audio yang awalnya hanya berupa sinyal stereo atau multichannel diproses sehingga masing-masing telinga menerima karakter suara yang menyerupai pengalaman mendengar sumber suara di ruang nyata.

Dengan kata lain, Spatial Audio tidak benar-benar memindahkan driver earphone ke depan atau belakang kepala. Sistemnya justru memanipulasi sinyal audio agar otak mempersepsikan suara seolah-olah berada di sana.

Baca juga : Samsung Galaxy Watch9 Punya Fitur Vitals untuk Memantau Kondisi Tubuh dan Aktivitas

2. Head-Tracking Membuat Suara Terasa Terkunci di Ruang

Ada satu masalah ketika Spatial Audio digunakan tanpa teknologi pelacakan kepala.

Bayangkan kita sedang menonton film dan suara karakter terasa berasal dari televisi di depan. Jika kepala kita menoleh ke kanan, tanpa head-tracking suara tersebut bisa saja tetap terasa berada di depan wajah.

Padahal dalam kehidupan nyata, televisi tetap berada di posisi yang sama ketika kita menoleh. Akibatnya, arah suara seharusnya ikut berubah relatif terhadap posisi kepala.

Di sinilah head-tracking berperan.

Earphone modern dapat dilengkapi sensor Inertial Measurement Unit (IMU). Sensor ini biasanya menggabungkan accelerometer dan gyroscope untuk mendeteksi perubahan gerakan serta orientasi perangkat.

Ketika pengguna menoleh ke kiri, kanan, mendongak, atau menunduk, sensor akan mengirimkan informasi tersebut ke sistem pemrosesan.

Algoritma Spatial Audio kemudian menghitung ulang posisi relatif sumber suara.

Sebagai contoh, bayangkan sumber suara virtual berada tepat di depan pengguna. Ketika kepala berputar 45 derajat ke kanan, sistem dapat mengompensasi perubahan tersebut dengan mengubah pemrosesan audio sehingga sumber suara tetap terasa berada di posisi semula.

Hasilnya adalah sensasi bahwa suara terkunci pada ruang virtual, bukan sekadar mengikuti pergerakan kepala.

Inilah salah satu alasan mengapa Spatial Audio dengan head-tracking terasa lebih realistis ketika digunakan untuk menonton film atau memainkan game.

3. Sumber Suara Dapat Diperlakukan sebagai Objek 3D

Teknologi Spatial Audio modern juga tidak selalu bekerja dengan konsep kanal audio tradisional.

Pada sistem berbasis object-based audio, setiap elemen suara dapat diperlakukan sebagai objek audio tersendiri.

Contohnya, dalam sebuah adegan film terdapat dialog, suara mobil, suara pesawat, musik latar, dan suara ledakan. Masing-masing elemen tersebut dapat memiliki informasi mengenai posisi atau pergerakannya di dalam ruang virtual.

Kreator kemudian dapat menentukan posisi sebuah objek suara berdasarkan koordinat tiga dimensi, misalnya sumbu X, Y, dan Z.

Sumbu X dapat merepresentasikan posisi horizontal, Y menunjukkan ketinggian, sedangkan Z dapat digunakan untuk menggambarkan kedalaman atau jarak relatif.

Bayangkan sebuah adegan film menampilkan helikopter yang bergerak dari bagian depan kanan ke atas kepala kemudian menjauh ke belakang. Sistem object-based audio dapat menyimpan informasi mengenai pergerakan tersebut.

Ketika diputar melalui perangkat yang mendukung Spatial Audio, prosesor akan menerjemahkan informasi posisi itu menjadi sinyal yang sesuai untuk telinga kiri dan kanan.

Proses ini melibatkan perubahan seperti tingkat volume, perbedaan waktu, serta karakteristik frekuensi. Kombinasi tersebut kemudian diproses menggunakan model akustik seperti HRTF.

Hasil akhirnya adalah ilusi bahwa helikopter benar-benar bergerak melewati ruang di sekitar pendengar.

Bagaimana Semua Teknologi Ini Bekerja Bersama?

Ketiga komponen tadi sebenarnya saling melengkapi.

Binaural audio dan HRTF bertugas menciptakan karakteristik suara yang membuat otak mengenali arah tertentu.

Head-tracking memastikan posisi virtual tersebut tetap konsisten ketika kepala pengguna bergerak.

Sementara object-based audio memberikan informasi mengenai lokasi dan pergerakan berbagai sumber suara di dalam ruang virtual.

Bayangkan seseorang sedang menonton konser menggunakan earphone. Suara vokal dapat ditempatkan di depan, gitar sedikit ke kiri, drum di tengah belakang, dan suara penonton menyebar ke berbagai arah.

Sistem kemudian menghitung bagaimana setiap sumber suara seharusnya sampai ke telinga kiri dan kanan. Hasil pemrosesan tersebut dikirim melalui driver earphone.

Otak lalu menggabungkan seluruh petunjuk akustik tersebut dan membentuk persepsi mengenai ruang.

Dengan proses inilah earphone berukuran kecil dapat menghasilkan pengalaman yang terasa jauh lebih luas daripada ukuran fisiknya.

Mengapa Efek Spatial Audio Bisa Berbeda pada Setiap Orang?

Meskipun teknologinya semakin canggih, pengalaman Spatial Audio tidak selalu identik bagi setiap pengguna.

Salah satu penyebabnya adalah bentuk anatomi kepala dan telinga manusia berbeda-beda. HRTF yang digunakan sistem merupakan pendekatan terhadap bagaimana suara berinteraksi dengan tubuh manusia.

Karena itu, model HRTF yang cocok bagi seseorang belum tentu memberikan efek spasial yang sama bagi orang lain.

Kesesuaian posisi earphone juga dapat memengaruhi hasil. Jika earphone tidak terpasang dengan benar atau posisi sensornya berubah, pengalaman Spatial Audio dapat terasa berbeda.

Selain itu, kualitas konten sumber juga penting. Audio yang memang dibuat untuk format spasial biasanya dapat memberikan pengalaman yang lebih meyakinkan dibandingkan audio biasa yang hanya diproses menggunakan efek virtualisasi.

Spatial Audio Digunakan di Mana Saja?

Teknologi ini mempunyai banyak penerapan.

Dalam film dan serial, Spatial Audio dapat membantu menempatkan dialog, efek suara, dan musik dalam ruang virtual sehingga adegan terasa lebih imersif.

Dalam game, teknologi ini dapat membantu pemain memperkirakan arah suara. Posisi suara langkah kaki, tembakan, kendaraan, atau efek lingkungan dapat memberikan informasi tambahan mengenai keadaan di sekitar karakter.

Sementara dalam musik, Spatial Audio dapat digunakan untuk menempatkan instrumen dan vokal dalam ruang tiga dimensi. Hasilnya, pendengar bisa mendapatkan sensasi seperti berada di tengah panggung atau ruang konser.

Teknologi serupa juga dapat dimanfaatkan untuk pengalaman virtual reality, augmented reality, simulasi, hingga berbagai aplikasi interaktif yang membutuhkan kesan ruang.

Earphone Kecil, Ruang Suara yang Besar

Spatial Audio pada dasarnya merupakan permainan cerdas terhadap cara manusia mempersepsikan suara.

Earphone tidak perlu benar-benar menghasilkan suara dari belakang atau atas kepala. Sistem cukup memberikan petunjuk akustik yang tepat kepada kedua telinga agar otak menyimpulkan bahwa suara tersebut memang berasal dari lokasi tertentu.

HRTF membantu meniru perubahan suara akibat bentuk kepala dan telinga. Head-tracking kemudian menjaga posisi suara tetap konsisten ketika pengguna bergerak. Sementara object-based audio memungkinkan berbagai sumber suara ditempatkan dan digerakkan di dalam ruang virtual.

Ketika ketiganya bekerja bersama, sepasang earphone sederhana dapat menghadirkan pengalaman audio yang terasa jauh lebih luas dan mendalam.

Jadi, ketika suara dalam film terasa muncul dari belakang atau sebuah instrumen musik seperti berada di samping kepala, yang sebenarnya terjadi bukanlah suara tersebut benar-benar datang dari titik itu. Otak sedang menerima simulasi akustik yang dirancang dengan sangat presisi sehingga ruang virtual terasa seperti ruang nyata.