什么是空間音頻？它與雙耳音頻有什么關系？

在此之前，您可能已經(jīng)聽到一些關于空間音頻的信息，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？這篇文章將詳細介紹什么是空間音頻，以及為什么我們應該關注它。

音頻的歷史 

當我們不使用耳機或耳塞時，我們將從 3 個維度聆聽聲音。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。

一個多世紀以來，人們一直在追求能在任何地方模仿這種自然體驗的技術。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（即一種使用兩個麥克風錄制聲音的方法，這些麥克風可以復制人們在現(xiàn)實生活中感受到的 3D 立體聲）。因此，遠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，聲學在確定飛機方向方面起著很大的作用。每個國家/地區(qū)都有自己接收和放大噪音的獨特方法，以幫助聽到飛機發(fā)動機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，音頻是一項關鍵的戰(zhàn)爭技術。

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

如今，先進的音頻技術已集成到各種音頻應用（從音樂到游戲）的各種設備上，包括條形音箱、耳機、TWS 耳塞、汽車和 XR 設備。

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，就像聽收音機一樣，所有聲音都來自一個來源。然后，聲音播放逐漸演變?yōu)槭褂酶嗟膿P聲器，為聽眾提供更具吸引力和更全面的聲音體驗。

最早的形式是立體聲，有兩個揚聲器，然后發(fā)展成 4 個揚聲器。后來發(fā)展成 5.1、7.1 環(huán)繞聲（分別有 5 個和 7 個揚聲器，1 個播放低頻聲音的低音炮），以及大型揚聲器陣列（超過 7 個揚聲器），實現(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，但由于這些揚聲器以相同的高度環(huán)繞您，因此它只是在您周圍的一個平面上。杜比全景聲已進入音頻空間，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。 

什么是空間音頻？ 

這一功能到底有什么魅力，能讓 、Apple 和 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稱為空間音頻。盡管有人會認為，根據(jù)詞典對空間的定義（與空間有關或占據(jù)空間），任何有兩個或兩個以上揚聲器的場景都有理由被稱為“空間”。嗯… 我同意這一點。

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

Neumann KU-100 

這樣做可以為您提供與您聽到的聲音相匹配的音頻，因為麥克風位于與普通耳朵相同的位置。

為進一步了解，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，所以聲音在不同的時間到達兩只耳朵。大腦會處理和理解這一時間差，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“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。這就是頭部跟蹤組件發(fā)揮作用的地方。

在現(xiàn)實世界中，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，您聽到了后面的運動場爆發(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，但這并不會改變它的位置。 

同樣地，即使在移動后，聲音也仍保持在原位。下面的動圖顯示了雙耳音頻和頭部跟蹤雙耳音頻之間的區(qū)別。當您轉(zhuǎn)頭時，世界不會隨您一起旋轉(zhuǎn)，它還是在原來的地方。 

為什么頭部跟蹤很重要：雙耳音頻與頭部跟蹤雙耳音頻 

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

這種體驗的另一個部分是頭部相關傳輸函數(shù) (HRTF)。這類算法用于確定當聲音到達耳道并向耳道移動時如何反彈、散射和擴散。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特頭部形狀對聲音的影響，然后對聲音進行調(diào)整，以使音頻提示盡可能真實。

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，產(chǎn)生身臨其境的感受。

 來源：Charles Pao, CEVA