在此之前，您可能已經(jīng)聽到一些關(guān)于空間音頻的信息，但空間音頻究竟是什么？這一功能到底有什么魅力，能讓Google、Apple和Samsung等大公司紛紛將它集成到自己的產(chǎn)品中？空間音頻和杜比全景聲一樣嗎？

這篇文章將詳細(xì)介紹什么是空間音頻，以及為什么我們應(yīng)該關(guān)注它。

音頻的歷史

當(dāng)我們不使用耳機(jī)或耳塞時(shí)，我們將從3個(gè)維度聆聽聲音。聲音來自四面八方（上、下、左、右、前、后和它們之間的所有方向），而我們的大腦可以破譯這些聲音以判斷方向。

一個(gè)多世紀(jì)以來，人們一直在追求能在任何地方模仿這種自然體驗(yàn)的技術(shù)。1881年，一位名為Clement Ader的法國工程師發(fā)明了Théatrophone（劇院電話），該電話使用80臺送話器連接巴黎歌劇院的整個(gè)舞臺。這些送話器產(chǎn)生了一種雙耳立體聲（即一種使用兩個(gè)麥克風(fēng)錄制聲音的方法，這些麥克風(fēng)可以復(fù)制人們在現(xiàn)實(shí)生活中感受到的3D立體聲）。因此，遠(yuǎn)在兩公里外的歌劇愛好者都可以聽到這些聲音。

在第一次世界大戰(zhàn)及第二次世界大戰(zhàn)初期，聲學(xué)在確定飛機(jī)方向方面起著很大的作用。每個(gè)國家/地區(qū)都有自己接收和放大噪音的獨(dú)特方法，以幫助聽到飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音并確定它們的方向。在現(xiàn)在看來，這顯得有些滑稽，但顯而易見的是，音頻是一項(xiàng)關(guān)鍵的戰(zhàn)爭技術(shù)。

大約30年后，1972年Neumann發(fā)布了他們的第一個(gè)商用雙耳錄音系統(tǒng)，使得在各種應(yīng)用中復(fù)制空間聲音變得簡單和一致。此后技術(shù)和方法都得到了改進(jìn)，包括引入使用陣列的新技術(shù)，而非僅僅使用兩個(gè)不同的麥克風(fēng)，以更詳細(xì)地錄制給定空間中的聲音。

如今，先進(jìn)的音頻技術(shù)已集成到各種音頻應(yīng)用（從音樂到游戲）的各種設(shè)備上，包括條形音箱、耳機(jī)、TWS 耳塞、汽車和XR設(shè)備。

空間音頻系列樹

多年來，我們聆聽音頻的方式也發(fā)生了變化。最初從單聲道輸出開始，就像聽收音機(jī)一樣，所有聲音都來自一個(gè)來源。然后，聲音播放逐漸演變?yōu)槭褂酶嗟膿P(yáng)聲器，為聽眾提供更具吸引力和更全面的聲音體驗(yàn)。

最早的形式是立體聲，有兩個(gè)揚(yáng)聲器，然后發(fā)展成4個(gè)揚(yáng)聲器。后來發(fā)展成5.1、7.1環(huán)繞聲（分別有5個(gè)和7個(gè)揚(yáng)聲器，1個(gè)播放低頻聲音的低音炮），以及大型揚(yáng)聲器陣列（超過7個(gè)揚(yáng)聲器），實(shí)現(xiàn)更大的空間輸出。

雖然5.1和7.1環(huán)繞聲系統(tǒng)模擬您周圍的聲音，但由于這些揚(yáng)聲器以相同的高度環(huán)繞您，因此它只是在您周圍的一個(gè)平面上。杜比全景聲已進(jìn)入音頻空間，為您的上方和下方提供音頻提示，打造更加身臨其境的體驗(yàn)。

什么是空間音頻？

這一功能到底有什么魅力，能讓Google、Apple和 Samsung等大公司紛給將它集成到自己的產(chǎn)品中？空間音頻與杜比全景聲有何不同？您可能已經(jīng)注意到，我從未將之前的聲音體驗(yàn)稱為空間音頻。盡管有人會(huì)認(rèn)為，根據(jù)詞典對空間的定義（與空間有關(guān)或占據(jù)空間），任何有兩個(gè)或兩個(gè)以上揚(yáng)聲器的場景都有理由被稱為“空間”。嗯… 我同意這一點(diǎn)。

但是，在本行業(yè)中，空間音頻是指非常具體的體驗(yàn)類型。您還可能聽到它被稱為3D音頻，或者Samsung將之稱為360度音頻。與這種體驗(yàn)類型對應(yīng)的技術(shù)術(shù)語是頭部跟蹤雙耳音頻。我們細(xì)說一下：雙耳音頻是指在一個(gè)仿真頭的耳朵位置用兩個(gè)麥克風(fēng)錄音所得到的音頻，就像下圖所示的Neumann頭。

這樣做可以為您提供與您聽到的聲音相匹配的音頻，因?yàn)辂溈孙L(fēng)位于與普通耳朵相同的位置。為進(jìn)一步了解，請查看Rit Rajarshi的精彩圖解：

▲來自雙耳音頻的音頻提示

左邊的鳥聲傳向聽者的頭部。但是由于人頭部的一只耳朵比另一只耳朵距離聲源遠(yuǎn)，所以聲音在不同的時(shí)間到達(dá)兩只耳朵。大腦會(huì)處理和理解這一時(shí)間差，從而為我們提供聲音的相對位置。因此，將這些組件放在一起就形成了一個(gè)“聲音地圖”，使您置身于沉浸式空間中。這真的很酷，但它仍然不太現(xiàn)實(shí)。這就是頭部跟蹤組件發(fā)揮作用的地方。

在現(xiàn)實(shí)世界中，物體在您周圍是靜止的，聲音來自于那些相對于您的頭部（隨后是耳朵）的位置。比如，您聽到了后面的運(yùn)動(dòng)場爆發(fā)出歡呼聲。如果您將頭部向左或向右轉(zhuǎn)，您就可以將聽力集中到這一聲音上，但這并不會(huì)改變它的位置。

同樣地，即使在移動(dòng)后，聲音也仍保持在原位。下圖顯示了雙耳音頻和頭部跟蹤雙耳音頻之間的區(qū)別。當(dāng)您轉(zhuǎn)頭時(shí)，世界不會(huì)隨您一起旋轉(zhuǎn)，它還是在原來的地方。

這些組合構(gòu)成了真正的沉浸式體驗(yàn)，也就是我們在行業(yè)中所稱的空間音頻。

這種體驗(yàn)的另一個(gè)部分是頭部相關(guān)傳輸函數(shù)(HRTF)。這類算法用于確定當(dāng)聲音到達(dá)耳道并向耳道移動(dòng)時(shí)如何反彈、散射和擴(kuò)散。其中還考慮到了兩耳距離。簡而言之，這決定了任何給定的獨(dú)特頭部形狀對聲音的影響，然后對聲音進(jìn)行調(diào)整，以使音頻提示盡可能真實(shí)。

通過將所有這些組件、雙耳錄音、HRTF和頭部跟蹤相結(jié)合，您可以獲得完整、全面、完全沉浸式的音頻體驗(yàn)，產(chǎn)生身臨其境的感受。

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本文作者：Charles Pao, CEVA