身臨其境VR立體聲耳機(jī)解密

技術(shù)宅

對(duì)于音樂和游戲愛好者，一款好的耳機(jī)是聽音樂和玩游戲時(shí)的必配裝備。不過即使是再好的耳機(jī)，因?yàn)樗l(fā)出的聲音像是在我們的腦袋里發(fā)出的，所以總有種不真實(shí)的感覺。而隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，像杜比開發(fā)出的Atmos技術(shù)、森海塞爾開發(fā)出的AM BEO技術(shù)，它們通過模擬人腦定位聲源的信號(hào)，讓耳機(jī)的聲音更加真實(shí)（圖1）。那么這些整合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的立體聲耳機(jī)是怎樣實(shí)現(xiàn)更為真實(shí)的聽覺效果？讓我們來看看它們的背后又有什么樣的技術(shù)支撐。

VR耳機(jī)？不是顯示技術(shù)

VR核心是“虛擬沉浸式體驗(yàn)”，它可以讓用戶仿佛置身于真實(shí)的物理環(huán)境中，不過目前主流的VR主要存在于視頻體驗(yàn)中。顯然VR耳機(jī)也要有類似的“沉浸式體驗(yàn)”，能夠讓用戶聽到最真實(shí)的音效。大家知道，傳統(tǒng)的耳機(jī)產(chǎn)品聲音總是固定在用戶腦袋四周一個(gè)半徑極小的范圍內(nèi)，它們與用戶視覺并不聯(lián)動(dòng)，只會(huì)一直貼在耳朵邊上。因此不管用戶怎么晃動(dòng)腦袋都一樣，感覺并不真實(shí)，始終覺得聲音只像是腦袋里發(fā)出的。

隨著VR技術(shù)的發(fā)展和VR設(shè)備的普及，VR耳機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。VR耳機(jī)簡單地說就是整合VR技術(shù)，并且可以和VR視頻設(shè)備聯(lián)動(dòng)的一種3D耳機(jī)。與傳統(tǒng)耳機(jī)相比，這類耳機(jī)能夠通過音頻信號(hào)VR處理技術(shù)，獲得類似VR視頻設(shè)備那樣的沉浸感。這就是VR耳機(jī)，比如森海塞爾開發(fā)出的支持AMBEO技術(shù)耳機(jī)（圖2）。

沉浸式？VR耳機(jī)背后

如上所述，VR耳機(jī)一個(gè)最重要的特征就是能夠給用戶帶來沉浸式的聽覺體驗(yàn)。那么這種沉浸式體驗(yàn)又是怎樣實(shí)現(xiàn)的？

傳統(tǒng)立體聲耳機(jī)是通過左右輸出立體聲實(shí)現(xiàn)，這種立體聲音頻的輸出是通過左右聲道聲場的變化實(shí)現(xiàn)。它的左右聲道的聲場是不一樣的，比如有人從舞臺(tái)左邊一直唱歌走到右邊，你左右耳機(jī)的聲音從左聲道開始大，變到左聲道小，然后右聲道大，通過用兩個(gè)耳機(jī)最大限度地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場音頻的重放。顯然這種傳統(tǒng)立體聲耳機(jī)提供的聲場變化不夠豐富，從聲場變化的效果看幾乎就是簡單的上下、左右、前后的平面直線效果，無法給用戶提供沉浸式的聽覺體險(xiǎn)。

為了迎合日漸普及的VR設(shè)備，耳機(jī)制造商們紛紛推出各自的VR耳機(jī)。VR耳機(jī)的核心就是對(duì)聲場效果進(jìn)行重建，比如森海塞爾開發(fā)出的支持AMBEO技術(shù)耳機(jī)，它可以將揚(yáng)聲器按照空間分布，從而將聲源重建在3D空間中的任一位置，實(shí)現(xiàn)聲源方位的重現(xiàn)。它的耳機(jī)內(nèi)設(shè)置了多個(gè)發(fā)聲單元，組成了一個(gè)3D麥克風(fēng)陣列，能夠配合特定算法模擬出不同的聲學(xué)環(huán)境，用于營造一種仿真的可變聲場。這樣這些可變聲場可以發(fā)出不同變化的聲場效果，使得這些3D音頻能夠不再局限于雙聲道單層面立體聲音場，提供更好的立體感和空間感，讓用戶可以享受到沉浸式的聽覺體驗(yàn)（圖3）。

另一方面，VR耳機(jī)為了能夠和VR視頻無縫結(jié)合，它可以與VR設(shè)備的發(fā)聲單元結(jié)合。目前VR耳機(jī)硬件廠商通過為內(nèi)容開發(fā)商提供SDK接口實(shí)現(xiàn)VR音效的整合，這樣開發(fā)者就能在VR耳機(jī)上實(shí)現(xiàn)不同內(nèi)容的聲音需求，讓耳機(jī)在特定的聲學(xué)環(huán)境下根據(jù)狀態(tài)（游戲、VR視頻）的聲音給用戶相應(yīng)的反應(yīng)。

VR耳機(jī)這種反應(yīng)主要是借助HRTF（頭部相關(guān)傳輸函數(shù)）技術(shù)實(shí)現(xiàn)，比如在傳統(tǒng)的FPS游戲中，通過HRTF等聲音定位處理技術(shù)模擬游戲中的聲音定位，并利用特定的運(yùn)算方式，這樣在玩家轉(zhuǎn)動(dòng)頭部時(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前不同方向或位置聲音所產(chǎn)生的大小和音調(diào)等，進(jìn)而制造出360度立體空間聲音定位的效果。舉個(gè)例子，比如在游戲中玩家轉(zhuǎn)頭向右，那么VR耳機(jī)感知到用戶的這個(gè)操作后就會(huì)讓虛擬立體聲場發(fā)生變化，如加強(qiáng)右側(cè)聲場的變化，使得用戶在執(zhí)行諸如轉(zhuǎn)頭、起身的動(dòng)作時(shí)，都會(huì)覺得聽覺來源和效果是不一樣的，能夠在VR游戲中獲得和視覺效果一樣的沉浸式體驗(yàn)（圖4）。

VR音效任重道遠(yuǎn)

隨著VR設(shè)備的普及，顯然每個(gè)使用VR設(shè)備的朋友都希望能夠獲得更為真實(shí)的VR音效。雖然VR耳機(jī)技術(shù)的發(fā)展前景非常喜人，但是發(fā)展道路并不平坦。首先VR耳機(jī)的普及需要有內(nèi)置3D SDK模塊的支持，而SDK開發(fā)又涉及到眾多的VR廠商，目前并沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；其次3D/VR內(nèi)容的匱乏也是阻礙因素之一。目前雖然絕大部分VR游戲都支持3D音頻，但是從整體數(shù)量來看，目前那些數(shù)量有限的VR游戲顯然還無法刺激大家去使用VR耳機(jī)。

目前VR耳機(jī)主要是作為VR設(shè)備的配套組件存在，要想讓VR耳機(jī)自成一體獨(dú)立發(fā)展起來，開發(fā)者就要將音頻算法封裝到實(shí)體DSP模塊中，并對(duì)算法進(jìn)行功耗和性能上的優(yōu)化，使得其能夠獨(dú)立在耳機(jī)內(nèi)部電路中運(yùn)行。這樣即使脫離VR視頻也可以讓用戶有沉浸式的聽覺體驗(yàn)，這也是未來VR耳機(jī)的發(fā)展趨勢。