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耳機中的「空間感」是如何實作的?

2022-07-25數碼

首先一個結論是,耳機所謂的空間感即耳機的空間音訊技術將是未來耳機的趨勢,也是VR和AR以及元宇宙等普及化的關鍵。

小夥伴們有沒有發現在平時帶著耳機聽音樂的時候,我們會有立體3D的音效,就感覺像是自己身臨其境。在影院看電影的時候,我們能感受到聲音從我們的左邊、右邊、後邊甚至是頭頂傳進我們的耳朵,從而給我們帶來更好的聽覺體驗。
這種能夠使聲音具有 空間方向感 的技術被稱為 環繞聲技術 ,它能讓聽眾體驗到與現場幾乎一致的聲場。



那麽,我們如何能讓聲音環繞著身邊呢?最簡單的思路就是把喇叭盡可能多的環繞在我們耳朵邊,這樣不同的喇叭重放的聲音能夠讓人耳感應到聲音來自不同的位置,這也是電影院空間音訊的設計思路。

可對於我們個人來說,這樣不僅器材成本很高,而且還非常不方便!

與電影院不一樣,我們的耳機只用左右兩個喇叭就可以實作這種效果。這種用兩個入耳式耳機發出空間中任意方向聲音的技術被稱為 虛擬環繞聲技術 ,也被稱為 空間音訊技術(Spatial Audio)。它作為一個新朋友,我們先來認識它一下~


「空間感」一種新的體驗
空間音訊的目的是為了讓人耳抓住聲音中的資訊,進行整合,讓自己對環境的判斷更有真實感。因此,要深入了解空間音訊技術,首先需要我們思考一個問題—— 我們人類是如何判斷聲音方向的呢


小夥伴們都知道,我們可以憑借一只耳朵來感受聲音的響度、音調和音色。但是,如果想辨別出聲音的方向,就要依靠兩只耳朵了。
先回歸到物理世界,聲音借助空氣傳遞到頭部的耳朵外部時(註意是耳朵,還沒透過耳道到達骨膜),如果不是正前正後方,一定會有兩個變量:

時間差——兩個耳朵聽到聲音是先後順序,
能量差——兩個耳朵聽到聲音大小的差別

比如在下圖場景中,聲源在我們的右邊時,我們的右耳會先聽到聲音,之後聲音才會到達左
耳。聲波在空氣中的傳播距離越長,能量會越來越小,因此右耳聽到的聲音能量要大於左
耳。



那麽僅僅依靠時間差和聲級差這兩個因素,就可以實作聲源在三維空間中的定位嗎?
其實呢,這還是比較困難的,我們再來看看下面這個場景。

如下圖場景,當聲音從我們的正前方和正後方發出的時候,到達雙耳的時間差和能量差都是零。也就是說,當聲音到達兩耳的時間差和能量差都是零時,我們無法區分聲音是從正前方來的,還是正後方來的。


原因是外界聲音經過耳郭被「加密」了

耳郭這種反射是高度個人化的,每個人的形狀深淺完全不同,且隨著年齡還會變化,換句話說,我們耳膜聽到的聲音,是被耳郭等各類反射後,進行了空間資訊的「加密」,視為加密聲。

假定是加密後的 聲音2 這是內建了空間感的加密聲音,當鼓膜聽到後,大腦接受資訊反向解密傳遞。從而,感受到聲音發出的大致位置和變化。


假設用耳機來播放耳道聲音2
這時,如果能夠獲得耳道聲音2,用耳機直接來播放 ,大腦接收到資訊,做出一樣的判斷,就達到了同樣的效果啦!


那麽,空間音訊具體會帶給我們什麽不同的感受呢? 下面我們就一起來看看它的特別之處吧!

「空間感」一種新的聆聽方式
眾所周知,人類最先接觸到的都是單聲道的聲音系統。但是由於聲道數的限制,單聲道的聲音系統並不能滿足人們的使用需求。
隨著技術發展,人們在不斷的追求,從單聲道到雙聲道再到多聲道立體聲,而隨著空間音訊的技術創新,可以讓你戴上支持空間音訊技術的耳機之後,模擬出來一種多聲道的環繞效果,甚至能讓你有一種置身於IMAX影院的聽覺享受。


空間音訊依靠演算法來實作,再配合上耳機中的陀螺儀來時刻檢測人腦袋的運動方向,讓你在轉動腦袋的過程中感受到這是一種來自四面八方的聲音。相比普通音訊,空間音訊讓音樂中的一道道聲音擁有了方位感。

還有一點,空間音訊與普通音訊相比,當它的技術制作發生改變時,也產生了後續的連鎖反應,優創合影音樂總監、杜比全景聲混音師池誌成稱:相比以往,空間音訊可以避免制作時聲音與聲音之間的競爭。

比如一首歌曲中的吉他聲和人聲,在空間音訊所構建的 3D 虛擬空間中位置是不一樣,兩者的音量、頻段不會產生沖突,即使是同一時間播放兩個甚至多個聲音,體驗仍然足夠細膩。



簡單來說,在你使用耳機來聽歌或者看影片的時候,當你旋轉腦袋的時候,耳機裏的聲音會跟著你一起旋轉,環繞在你的周圍,並且各種聲音之間音質細膩。甚至,耳機聲音大點感覺就像有人在你面前說話,臨場效果拉滿。


由於,這項技術透過捕捉我們頭部的運動,來實作更加逼真的臨場感,就像讓我們置身於交響樂舞台中央。當你轉動頭部並被耳機捕捉到之後,無論是你前方的小提琴還是後方的大鼓,你都可以聽見,從而獲得更沈浸的效果。


換一種說法,就是當我們開啟空間音訊之後,你能聽見前方有一個小提琴在你前方演奏,但是你轉個身,小提琴跟著就跑到了你的身後啦!是不是感覺很神奇~

空間音訊的「沈浸感」對人們來說是新穎而又貼近真實的聽音方式,清晰的聲音細節結合空間音訊對方位、距離的精準定位,兩者相輔相成,讓我們身臨其境般的融入歌曲當中。

好音樂當然要配好的音訊技術!!!

看完了前面這些內容,是不是會覺得這些東西有一點晦澀難懂?其實空間音訊確實是一項依靠多個傳感器實作的復雜技術,想要簡單解釋確實有點難。

總的來說, 空間音訊 就是能讓你透過 兩個耳機 實作在電影院才能體驗到的 杜比全景聲 效果,帶給我們耳朵一種純凈的聲音享受,這下是不是就覺簡單多了?