VR受到無數追捧,隨著自身技術的發展,帶動了一批產業的升級換代3D音效正是其中的一員。在開發者對游戲畫面、內容多年來越發精益求精的發展下,游戲的VR化,終于迎來了游戲音樂的春天。Waves Audio發明帶有頭部追蹤器的Waves Nx耳機實現3D空間音效;谷歌的開源項目Omnitone,為網頁VR提供真實的音頻系統。3D音效,在音樂發燒友的世界之外,獲得了更多行業的關注和投資。不過,這個通過音效讓人身臨其境,仿佛與表演者身處同一個空間的3D音效,和所有人以為的“現代”、“前沿”不同的是,它的開發有著上百年歷史。
3D音效:人頭錄音
3D音效的目的就是讓你完全置身于現實聲音的原始環境中,你能感到鳥從頭頂飛過,左邊有耳語,右邊有街頭表演,感受到聲音的位置,在腦海中浮現出真實的畫面。
傳統上,錄音被分為單聲道(Mono)和雙聲道(Stereo)兩種,區別在于捕捉聲音的傳聲器的數量。在雙聲道錄音的基礎上,人們改進發明了立體聲錄音(人頭錄音),在仿真頭的兩側,放置兩個人耳形狀的傳聲器。人腦定位聲音位置基本依靠三個要素:耳朵的形狀、聽到聲音的時間差和聲音對兩耳的產生的不同的壓力。因為仿真耳朵在外形和密度上都離去還原人耳,所以這類的傳聲器能和人耳一樣地捕捉和傳輸聲音,保持左右耳間的差別。
3D音效的歷史
人頭錄音的歷史可以追溯到19世紀末期,法國的工程師Clement Ader。1881年,Ader開發出了電話戲劇(Theatrophone),一種通過電話服務轉播的巴黎戲劇表演,一套套的麥克風從舞臺的左邊一路排到右邊,信號通過電話輸,聽眾只需要一副接收器,就可以在巴黎工業宮中的包廂中聽戲。
1933年,AT&T的貝爾實驗室在芝加哥博覽會上展出了雙耳立體聲,帶來了一個在雙頰耳前安裝了麥克風傳輸器的機械仿真人奧斯卡。奧斯卡在玻璃房間中捕捉聲音,而外面的訪客可以聽到和它一樣的聲音。AT&T的這項技術,由Ader的發明改進而來,不過兩者的音質都沒有什么本質的提升。
經歷二戰,3D音效依舊過不去高音質這道坎,直到1973年,一個德國麥克風公司Neumann生產了革命性的KU-80,也是后來的人頭錄音設備的原型:一個仿真頭,左右兩邊各有一個傳輸器,并極大提升了對聲音位置的捕捉的靈敏度。同時,人頭錄音也找到了自己適合的領域,這項技術在廣播、實驗音樂上都得到了大力發展。搖滾主唱們,如Lou Reed,Thom Yorke,Imogen Heap等都進行了人頭錄音的實驗。
上世紀90年代末,一個叫Aureal的公司發布了A3D技術。Aureal的技術能利用電腦本身的兩個臺式的音箱,不外接音箱的情況下,制造出3D音效,通過A3D,你能夠清楚地辨別聲音前后左右和上下的位置。A3D是聲學工程師們根據3D音效的原理建立了一套數字模型算法,稱之為頭相關變換函數(Head-related Transfer Function, HRTF)。在精確的HRTF值下,體驗者不僅能夠感受到聲音的方向,并能確切地感受到不同聲音來源的遠近,并隨著自己的移動而感受到和聲音源距離的變化。理論上來說,個體差異導致每個人的HRTF值都不相同,不過,人類的大腦有著很強的適應能力,雖然你在一開始使用別人的HRTF數值時,可能產生聲音定位困難,但是當你習慣以后,人腦就會自動學習,并主動進行適配。
不過,由于Aureal和對手公司Creative的惡性競爭,一場劣幣驅逐良幣的商業之戰下,歷經在大量官司的重創Aureal最終因無力經營而倒閉。
VR,3D音效的伯樂
經歷一個世紀的發展,3D音效的技術再次獲得了科技界的青睞,不論是VR設備還是VR游戲、視頻資源,3D音效都作為VR系統的一個部分,youtube在4月推出的VR直播,就增加了立體聲錄音。
3D音效提供了一個擴展版的虛擬現實,它幫助了很多游戲和設備在視覺上的局限,完整了360°無死角的體驗感受,沒有聲音的執導,人的視覺可能不受畫面控制,而仿真的3D聽覺的加入,能夠很好地控制人的大腦,吸引用戶的注意力。
樂隊U2,Kanye West的音樂制作人Chris Milk,在過去的機場大型音樂會上,采用了3D音效。一個擁有8個耳朵的全方位立體聲頭,4對3Dio雙耳麥克風,保證覆蓋每個90°的空間,在VR設備下,保正觀眾的聽覺和視覺的統一。在阿波羅工作室的Jean-Pascal Beaudoin看來,沒有3D音效的VR體驗是非常容易失敗的:當你的大腦定位到聲音來自左邊時,它會預判當你左轉90°后,聲音的來源應該在你的正前方,而如果此時,聲音依舊在你的左邊,那么大腦就會將你從剛才的沉浸式體驗中抽離出來。
不過,3D音效在VR內容中占的比重依舊不高,不論是電影還是游戲,音效常常是最后一個被考慮到的因素,VR不論是作為媒介還是內容,從設計伊始就考慮到內置人頭錄音,才能讓讓3D音效獲得最大化的充分利用。
普倫斯頓大學機械與航空工程教授Edgar Choueiri,領銜3D音效和應用聲學實驗室數十年,在自己位于紐約上東區的家中,以一個世紀前的理論為基礎,復原并優化了一套完整的雙聲道錄音系統:BACCH SP,一個讓每對音響都保留聲音提示的過濾器,并以此創造出3D音效。Jawbone采用普林斯頓大學的這個算法,為無線藍牙音響jambox制造過濾器,創造3D音效。運用同一套算法的App,BACCH-dSP,在頭部追蹤器的配合下,能夠定位聽者的頭部動作,更精確地創造出3D音效的環境,軟件的OS版本也實現了3D音效在筆記本上的應用。
VR對音效的高要求,被遺忘在歷史角落的3D音效終于再次復蘇,各家的VR設備都讓它不再是可有可無的佐餐小菜,而是沉浸式體驗成敗的關鍵
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