虛擬世界的 3D 聲音

世界在不斷變化。這種不斷發(fā)展的狀態(tài)意味著我們與世界、設(shè)備和 人們也在發(fā)生變化。除了利潤動機之外，還有兩股力量在支配這種變化。一是技術(shù) 正在推動我們前進，并通過必備的設(shè)備和應(yīng)用程序吸引我們。另一個驅(qū)動力是 大流行驅(qū)動的對健康的關(guān)注。

隨著人們有更多的時間去娛樂，沉浸式技術(shù)有機會取得進展。虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實耳機現(xiàn)在可從多家制造商處輕松獲得。開發(fā)工具 讓業(yè)余愛好者和專業(yè)人士渲染世界和場景景觀。雖然視覺效果得到了所有的媒體，但音頻是 也向前邁進。

在公認的五種感官中，聲音可能是最受贊賞的。無論是來自大自然的豐富， 管弦樂隊的飽滿，或精神音樂的激蕩，聽起來與任何其他意義一樣深刻 在情感和生理上影響我們。

到達這里

我們今天之所以存在，很大程度上是因為我們專注的傾聽能力。例如，我們的祖先打獵 會使用聲音來跟蹤和尋找家庭或村莊的食物。使用聲音定位潛在的致命來源 以3D，身臨其境的方式使避免捕食者成為可能。我們可以感覺到某物在哪里，它有多遠 是，以及它接近的速度有多快。

沉浸式音頻是迄今為止最先進的音頻處理和傳輸系統(tǒng)。要做到正確，需要音頻 戰(zhàn)略性地處理和一系列特征明確且經(jīng)過校準(zhǔn)的低音揚聲器、揚聲器和高音揚聲器 放置以提供動態(tài)的全頻譜聆聽感覺。

盡管這樣的實現(xiàn)已經(jīng)超出了過去的普通發(fā)燒友，但電影院和 表演場所多年來一直在利用這項技術(shù)。像所有開創(chuàng)性技術(shù)一樣，它 最終找到了通往世界其他地方的路。

現(xiàn)代娛樂系統(tǒng)利用許多專用過濾器和動態(tài)處理來創(chuàng)建經(jīng)濟實惠的產(chǎn)品 適合更多預(yù)算的實施。如今，家庭影院比以往任何時候都多，尤其是在大流行期間 世界，沉浸式音頻肯定會出現(xiàn)在各地的游戲和家庭影院位置。

雖然立體聲允許基本的環(huán)繞聲功能，但最流行的環(huán)繞聲和3D音頻正在使用 今天是杜比數(shù)字 5.1 科技。這些系統(tǒng)被稱為杜比 數(shù)字、杜比定向邏輯 II、DTS、SDDS 和 THX。它們都具有六揚聲器配置（總共五個 帶寬，一個低音炮）包圍聽者（ 圖1 ）。這些環(huán)繞聲 技術(shù)首先用于電影院，這有助于推進這些系統(tǒng)并使它們更多 具有成本效益，可供大眾使用。

• 圖1： 環(huán)繞聲 5.1 使用六個填充范圍揚聲器，放置在特定的 位置，以便音頻處理工程師可以混合在空間上似乎在 聽者。這里沒有顯示的是低音揚聲器，因為它通常可以放置在任何地方。（來源：澤恩 Liew/Shutterstock.com）*

多個揚聲器由獨特的單個音頻流驅(qū)動，以便虛擬聲音的感知位置 環(huán)繞著聽眾。在這里，后左聲道和右聲道用于空間深度。左前方、右前方、 中置聲道用于橫向深度，單個低音炮分配低頻低音 整個房間。

雖然非常適合位于收聽區(qū)（或沙發(fā)）中央的單個聽眾，但每個聽眾都會 在其他任何地方體驗細微的差異。相對均勻的聲音會讓大家在 聆聽區(qū)體驗動態(tài)音頻。更重要的是，唱片藝術(shù)家正在宣傳他們的最新 CD 作為 通過提供 5.1 環(huán)繞聲軌道來沉浸式。

有趣的是，中前聲道針對語音范圍信號進行了優(yōu)化。這有助于聽眾辨別 沉浸在 3D 聲音中的對話。隨著聲音的帶寬和飽滿度變得流行，能夠 區(qū)分語音變得更具挑戰(zhàn)性，因此中置通道濾波和放大可以使對話 更容易理解。

增加一個后中央聲道將規(guī)格提高到 6.1 環(huán)繞聲（ 圖 2 ），7.1標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)取消了后中央通道，但增加了左右中通道 （ 圖3 ）。

• 圖2： 環(huán)繞聲 6.1 提供橫向揚聲器以增強音頻 隨著音頻對象從前移動到另一側(cè)和向后移動而運動。同樣，低音揚聲器的位置是任意的。這里 這與低音無關(guān)。（來源：Zern Liew/Shutterstock.com）*

7.1環(huán)繞聲技術(shù)增加了更多的揚聲器和獨特的聲道?？梢允?2.5-D 立方體或多邊形 Create 可以擴展到戰(zhàn)略位置的更多揚聲器、高音揚聲器和低音揚聲器，讓聽眾沉浸在 2D 中 和有限的 3D 音頻（ 圖 3 ）。直接在頂部或底部的東西可能有些 通過信號處理近似，但除非確認揚聲器高于和 下面。

• 圖3： 以較小角度放置更多揚聲器有助于消除音頻 可能發(fā)生的熱點，尤其是在軌道未正確混合或處理的情況下，或者如果音頻 轉(zhuǎn)換器無法正確處理環(huán)繞聲。（來源：Zern Liew/Shutterstock.com）*

我們應(yīng)該注意，來自立體聲捕獲的源轉(zhuǎn)換器可以處理立體聲音頻信號以創(chuàng)建 合成多揚聲器環(huán)繞聲信號。這演示了數(shù)字信號處理如何分離 源位置主要來自立體聲源。最好的解決方案是在3D麥克風(fēng)中捕獲聲音 配置，然后以相同的 3D 揚聲器配置播放。然而，這是繁瑣和困難的， 當(dāng)信號處理做出良好的近似時，大多數(shù)不會達到這些水平。

這始終是最好的方法嗎？信號處理能否用更少的聲音欺騙我們敏銳發(fā)展的聽覺 揚聲器，還是我們會繼續(xù)創(chuàng)造聲音的墻壁和天花板？

• 圖4： 越多越好。表演者習(xí)慣了過高的 揚聲器和放大器。在大型戶外環(huán)境中，這可能是必要的。但是你真的想要墻嗎 聲音？或者在某些時候，您是否意識到更好的聲音比更大的聲音更好？（資料來源： Tommistock/Shutterstock.com）*

面向?qū)ο蟮囊纛l

沉浸式音頻的最新實現(xiàn)來自杜比全景聲（Dolby Atmos），專為劇院設(shè)計 應(yīng)用。到目前為止，已經(jīng)對近5，000個劇院進行了改造，以使用64個揚聲器來利用這一點 最新的音頻聆聽體驗。因此，它支持多達 128 個通道的廣泛陣列，并且可以 配備全帶寬、低頻低音揚聲器和低音炮，以及高頻高音揚聲器。

與常規(guī)音頻不同，Atmos（以及競爭對手索尼） 360標(biāo)準(zhǔn)）使用音頻對象的概念。視聽接收器 （AVR） 將自動知道 揚聲器的數(shù)量、類型和位置，并對每個音頻對象的頻譜進行處理 化妝、振幅位置、速度和方向。但是，它不僅僅是音頻。對象包含元數(shù)據(jù) 這有助于對象音頻呈現(xiàn)器 （OAR） 使對象處于運動狀態(tài)。在 128 個通道中，有 10 個用于 環(huán)境詞干和其他 118 個可用于音頻對象。

并非每個通道都是揚聲器。聲道信息對應(yīng)對象，對象音頻可處理和 與其他對象音頻組合，以適當(dāng)?shù)募墑e定向到每個揚聲器。這取決于 AVR 使用元數(shù)據(jù)實時處理信號，以執(zhí)行聲音的實時混合和分配。

可以想象，它不像立體聲，您只需放置幾個揚聲器，然后就可以 聽。對于 Atmos 和許多環(huán)繞聲和 3D 音響系統(tǒng)，必須放置揚聲器，然后校準(zhǔn)為 音景的準(zhǔn)確部分。普通家庭不會使用所有128個頻道。標(biāo)準(zhǔn)似乎是一個 用于家庭影院實施的 34 揚聲器布置。

Atmos不是全新的。它于2012年在洛杉磯的一家劇院首次用于迪士尼電影首映式。 從那時起，大型劇院、IMAX、天文館、音樂劇、戲劇和其他聲音應(yīng)用推動了它的發(fā)展。 成為用于為新電影和活動捕獲音頻的事實標(biāo)準(zhǔn)。Atmos還使用天花板揚聲器來 創(chuàng)建完整的聲音半球，使其更容易實時處理，同時提供來自上方的聲音。

曾經(jīng)，Atmos對于普通發(fā)燒友來說過于精致和昂貴，但現(xiàn)在它正在進入 對于有空間和預(yù)算讓他們的朋友贊嘆不已的愛好者來說，這是擁有的領(lǐng)域。它也相當(dāng)高 在極客指數(shù)上。

如果您已經(jīng)為其他環(huán)繞聲技術(shù)咬緊牙關(guān)，則可以獲得杜比全景聲轉(zhuǎn)換器 并仍然使用您現(xiàn)有的揚聲器和放大器。但是，您將需要更多，包括天花板揚聲器。 轉(zhuǎn)換器將采用杜比 5.1 并通過 17 揚聲器環(huán)繞聲 7.4.1 實現(xiàn)進行轉(zhuǎn)換。

值得注意的是，環(huán)繞揚聲器的另一種方法是條形音箱。條形音箱技術(shù) 各種形式越來越受歡迎。降低成本、設(shè)置簡單、功耗更低、 更少的電纜和更小的尺寸推動了這項技術(shù)的發(fā)展，即使我們向前發(fā)展也是如此。

相控陣垂直條形音箱已經(jīng)證明了它們能夠很好地模擬完整的音頻頻譜 清晰和分離。使用它們的音樂家會告訴您帶有六英寸揚聲器的條形音箱柱 為低音炮應(yīng)用提供 18 英寸揚聲器的聲音清晰度。這應(yīng)該引起一些人的注意。作為一個 因此，水平條形音箱和基于條形音箱的混合系統(tǒng)（包括遠程揚聲器）受到許多人的歡迎 家庭影院和工作室。

上下增強了這一點，側(cè)向揚聲器使聲音反射到墻壁和天花板上 表面，似乎來自聽眾的上方或后面?，F(xiàn)代特斯拉Model 3使用前部 條形音箱技術(shù)作為其 15 揚聲器音頻系統(tǒng)的一部分，以吹捧環(huán)繞聲和身臨其境的音頻功能。轉(zhuǎn) 關(guān)閉 Model 3 的后置揚聲器，并通過信號處理和混響進入沉浸式音頻模式，以顯示其 能力。那些嘗試過這種咒罵聲音的人是從后面?zhèn)鱽淼?。反饋好壞參半，很多人不喜歡 效果。評論家贊揚和批評這項技術(shù)，許多評論家提到不同的 音樂類型有效，不適用于條形音箱風(fēng)格的沉浸式實現(xiàn)。這是有道理的，因為 再現(xiàn)的質(zhì)量將取決于錄音工程師的混音技術(shù)。這里的進步將意味著 精確的上下沉浸式聲音技術(shù)幾乎無需落地揚聲器即可實現(xiàn)。

捕獲與渲染

沉浸式視頻體驗（如游戲）在大多數(shù)情況下使用創(chuàng)建的環(huán)境。這些是 3D 結(jié)構(gòu) 具有表面渲染和指定的物理屬性?？梢圆东@和數(shù)字化的真實視頻條帶 拼接在一起以形成包含上方和下方圖像的全景視圖。

身臨其境的體驗（例如在國家公園中漫步）可以集成豐富的視覺效果，并且可以 通過預(yù)先錄制的剪輯的組合合成或創(chuàng)建。它們可以以3D聲音進行音頻捕獲 系統(tǒng)并用作沉浸式體驗的一部分。就像由頭部跟蹤控制的視頻一樣，音頻必須 也可以通過頭部跟蹤控制。例如，面對潺潺的小溪聽起來與面對潺潺的小溪大不相同。 遠離它，如果聲音沒有跟蹤，就會缺乏身臨其境的體驗。

幸運的是，您不必發(fā)明自己的 3D 音頻捕獲來達到身臨其境的目的。音頻領(lǐng)導(dǎo)者喜歡 Sennheiser使用分段軸和數(shù)字工具捕捉專業(yè)真正的全向麥克風(fēng) 高度定向的聲音（ 圖5 ）。AMBEO VR 麥克風(fēng)包含多個易感寬帶 環(huán)繞聲配置中的麥克風(fēng)元件。DearVR微處理軟件可以渲染 定向音頻以饋送標(biāo)準(zhǔn)環(huán)繞聲配置。

• 圖5： 沉浸式音頻捕捉技術(shù)，如Sennheiser AMBEO VR 麥克風(fēng)允許數(shù)字音頻引擎根據(jù)極坐標(biāo)大小和方向呈現(xiàn)音景。 數(shù)字求和可以創(chuàng)建組合不同距離的多個聲源的復(fù)合音頻。 （來源：森海塞爾）*

為此，音頻引擎需要知道您的頭部方向和運動。使用耳機，這很容易 今天的標(biāo)準(zhǔn)。頭部跟蹤內(nèi)置于視頻渲染。但是如何創(chuàng)建一個身臨其境的頭部 使用僅限于兩只耳朵的耳機的基于位置的音頻系統(tǒng)？微型揚聲器可以放置在 耳朵周圍的耳機，模仿環(huán)繞聲體驗。對于大多數(shù)應(yīng)用，立體聲就足夠了， 但它不會與真實的環(huán)繞聲處于同一水平。

非娛樂應(yīng)用

雖然大多數(shù)沉浸式音頻和視頻技術(shù)將用于娛樂，但也有專業(yè)的 使用。例如，產(chǎn)品設(shè)計工程可以從沉浸式技術(shù)（視頻和音頻）中受益。從 從視頻角度來看，可以虛擬地構(gòu)建、渲染和 檢查。像噴氣發(fā)動機這樣的沉浸式生成組件可以被構(gòu)造、推入和檢查 查看齒輪和渦輪機是否對齊。世界另一端的維修技術(shù)人員可以通過 工廠專家沉浸在制造環(huán)境中。

即使是沉浸式音頻在工程應(yīng)用中也很有幫助。設(shè)計汽車的工程團隊可以傾聽 到發(fā)動機和變速箱噪聲的渲染模擬。內(nèi)部環(huán)境控制，如氣流， 振動和振蕩可以從虛擬設(shè)計中提取。窗戶可以設(shè)計和測試為： 消除當(dāng)我們以正確的方式搖下車窗時仍然發(fā)生在新車上的砰砰聲振蕩 以合適的速度定位。

在所有情況下，沉浸式體驗都包括音頻。但是，并非每種情況都需要環(huán)繞聲，并且 模擬環(huán)繞聲可能就足夠了，至少在有人解決在 雙耳耳機。