雙音腔還是多聲道?娛樂耳機(jī)定位技術(shù)解析

李實(shí)

耳機(jī)作為我們?nèi)粘Ｊ褂玫囊纛l設(shè)備，其技術(shù)發(fā)展按理來說已經(jīng)非常成熟了，一般來說，人們購買耳機(jī)更多看重其音質(zhì)和便攜性等。不過，隨著娛樂內(nèi)容技術(shù)水準(zhǔn)的提升和游戲玩家的增多，一些功能特色鮮明、專門為游戲和娛樂設(shè)計(jì)的耳機(jī)和技術(shù)逐漸流行起來。雙音腔和多聲道，就是最近流行的兩種娛樂耳機(jī)優(yōu)化技術(shù)。那么，這兩類技術(shù)都有什么優(yōu)勢(shì)，誰更符合用戶的選擇呢？

多聲道耳機(jī)登場(chǎng)，更棒的影音體驗(yàn)

多聲道音箱的發(fā)展，帶給耳機(jī)發(fā)展上新的思路。既然音箱可以多聲道，那么耳機(jī)自然也可以。不過，相比音箱有足夠的空間容納更多音源，耳機(jī)在多聲道技術(shù)上的發(fā)展可謂頗為不易。為了講清楚多聲道耳機(jī)的原理，先來看看人類聽覺系統(tǒng)是如何工作的。從生理角度描述的話，人類的聽覺系統(tǒng)由左右耳、大腦以及相關(guān)神經(jīng)共同組成。外部聲音通過耳廓的集中進(jìn)入耳道，隨后由中耳的鼓膜通過震動(dòng)和聽骨鏈將聲音傳至內(nèi)耳的耳蝸，然后再由耳蝸毛細(xì)胞將聲音轉(zhuǎn)為生物電通過神經(jīng)傳給大腦，大腦解碼并獲得聲音。從這個(gè)過程來看，人類的聽覺系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)2.0系統(tǒng)。

那么，一個(gè)2.0的人類聽覺系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)聽聲辨位呢？實(shí)際上，人耳的聽聲辨位，是利用聲音的時(shí)間差、強(qiáng)度差、耳廓的遮擋效應(yīng)以及頭部的運(yùn)動(dòng)來綜合判斷的，是一個(gè)復(fù)雜的過程。舉例來說，聲音從右邊過來的時(shí)候，右耳肯定先聽到，左耳的時(shí)間要慢點(diǎn)，因此人們就可以判斷出聲音來自右邊。不過當(dāng)聲音頻率超過1500Hz的時(shí)候，波長會(huì)小于頭部尺寸的一半，因此耳朵就無法分辨是哪里來的聲音了，但好在音量還可以幫助我們區(qū)分遠(yuǎn)近，也可以勉強(qiáng)分清楚聲音的方位。此外，還有耳廓的遮擋效應(yīng)，后部的聲音由于遮擋，總會(huì)小一些，這也可以幫助判斷聲音來源。對(duì)其他的一些聲音，比如波長較長的中音，其波形可以繞過人的身體，此時(shí)就需要轉(zhuǎn)動(dòng)頭顱來尋找到聲音的方位。

從上文可以看出，人耳對(duì)聲音位置的判斷是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，并不是單一因素可以決定的，但是在很多情況下，聲音的強(qiáng)度和時(shí)間差是可以影響發(fā)聲位置判斷的，這就是多聲道耳機(jī)最根本的技術(shù)來源所在。也就是說，通過調(diào)整耳機(jī)的發(fā)聲強(qiáng)度和時(shí)間差，是可以實(shí)現(xiàn)定位模擬效果的。為了達(dá)到這樣的效果，在多聲道耳機(jī)的發(fā)展中，也出現(xiàn)了兩條道路。

第一條道路是采用更多的發(fā)聲單元并對(duì)單元的距離、擺放位置進(jìn)行一定的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音位置的模擬。在耳機(jī)上，耳機(jī)的左右半邊都可以實(shí)現(xiàn)半幅5.1音頻。一款典型的5.1聲道耳機(jī)左側(cè)有四個(gè)揚(yáng)聲器，對(duì)應(yīng)低音、前、后、中央聲道，實(shí)現(xiàn)了完整的左半側(cè)聲場(chǎng)。右側(cè)則稍微簡單一些，只有低音、中央和后置三個(gè)單元，其中前置單元的聲音也由低音喇叭發(fā)聲，這樣可以減少一個(gè)單元以節(jié)省成本。

前文提到，人耳實(shí)際上是一個(gè)徹徹底底的2.0系統(tǒng)，因此，所有聲音在人耳的角度來看，只具有強(qiáng)弱、時(shí)間前后等差異，其位置合成更多地依賴于大腦。換句話來說，雖然多聲道耳機(jī)可以通過更多單元以及單元位置的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，但原理上兩個(gè)音頻單元、通過合理的算法處理后，也應(yīng)該能夠呈現(xiàn)多聲道效果。因此，人們將使用多單元呈現(xiàn)多聲道技術(shù)的耳機(jī)稱為物理多聲道，而將第二條道路：依舊使用2.0單元，但依靠算法處理的多聲道耳機(jī)，稱為虛擬多聲道耳機(jī)。

虛擬多聲道耳機(jī)的算法往往是基于HRTF也就是頭相關(guān)變換函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，體現(xiàn)在耳機(jī)上就是類似耳機(jī)都使用獨(dú)立的USB聲卡完成聲音的計(jì)算和傳輸，并不使用板載或第三方聲卡。從實(shí)際體驗(yàn)來看，采用虛擬多聲道技術(shù)的耳機(jī)由于專用算法的加持，定位效果要比傳統(tǒng)2.0聲道耳機(jī)更強(qiáng)，在影音視頻中效果表現(xiàn)頗為出色。比如本刊曾介紹過的Hyperx黑鷹S就使用了Dolby Headphone技術(shù)實(shí)現(xiàn)了聲場(chǎng)定位，這項(xiàng)技術(shù)通過自帶的USB聲卡實(shí)現(xiàn)，可以手動(dòng)切換開關(guān)滿足不同用戶需求。

根據(jù)眾多用戶體驗(yàn)來看，在支持7.1聲道的影音播放中，其從7個(gè)方向襲來的各種聲音可以帶來遠(yuǎn)好于立體聲耳機(jī)的沉浸感、代入感，說得通俗點(diǎn)就像用VR看電影與用顯示器看電影的區(qū)別一般。但其在游戲上的應(yīng)用則存在一定的問題，目前支持多聲道的游戲太少，比如大熱的《絕地求生》就不提供對(duì)多聲道技術(shù)的支持。一些玩家甚至指出，在這些不支持多聲道技術(shù)的游戲中強(qiáng)行開啟多聲道技術(shù)后，反而有可能造成定位錯(cuò)誤。此外還有資料指出在部分多聲道系統(tǒng)反復(fù)計(jì)算聲音的算法中，會(huì)存在一定情況的失真，距離感會(huì)減弱，對(duì)要求精準(zhǔn)的FPS游戲中有部分影響。因此有部分玩家甚至在使用7.1聲道耳機(jī)游戲時(shí)會(huì)切換到立體聲模式，所以多聲道耳機(jī)更適合的應(yīng)用暫時(shí)還是在影音播放、多聲道音樂等娛樂應(yīng)用，對(duì)游戲的兼容性還存在一定不足。

雙音腔來襲，更出色的兼容性

那還有什么技術(shù)可以幫助人們更好地實(shí)現(xiàn)聽聲辨位呢？近期由游戲硬件廠商HyperX推出的雙音腔技術(shù)很好地回答了這個(gè)問題。

HyperX是存儲(chǔ)廠商金士頓旗下的高端電競(jìng)品牌，品牌創(chuàng)立于2002年。從最初只有高性能內(nèi)存一條產(chǎn)品線，現(xiàn)已發(fā)展為擁有內(nèi)存、固態(tài)硬盤、閃存盤、游戲耳機(jī)、麥克風(fēng)、鍵盤、鼠標(biāo)、鼠標(biāo)墊、游戲主機(jī)配件等多條產(chǎn)品線，專門致力于打造高性能游戲硬件的品牌。同時(shí)其不少產(chǎn)品線都獲得很好的發(fā)展，根據(jù)官方資料，Hyperx系列游戲耳機(jī)自2014年上市以來，至今已推出7個(gè)系列共計(jì)20款產(chǎn)品，累計(jì)出貨量突破700萬套。

所謂雙音腔技術(shù)，是指耳機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的音腔。與音箱類似，耳機(jī)也是由揚(yáng)聲器、聲學(xué)腔體組成。耳機(jī)的障板、耳機(jī)耳墊以及耳機(jī)聲道形成了一個(gè)腔體。目前大部分普通耳機(jī)均采用傳統(tǒng)的單音腔設(shè)計(jì)，即在一個(gè)空間里面，輸出包含了高頻、中頻、低頻三個(gè)頻段的聲音，也就是說將三種聲音混在一起輸出，因此耳機(jī)腔體的設(shè)計(jì)對(duì)于是否能真實(shí)地還原聲音、降低噪音也是非常重要的。在一些激烈復(fù)雜的游戲中，如果存在武器聲音、腳步聲音以及語音對(duì)話的聲音同時(shí)出現(xiàn)的場(chǎng)景時(shí)，一些聲音可能就會(huì)由于其他聲音音量過大或者低音過強(qiáng)，導(dǎo)致細(xì)節(jié)丟失或者無法清晰呈現(xiàn)。

鑒于單音腔技術(shù)存在一些缺陷，因此人們就在考慮是否將不同頻段的聲音分開在不同的音腔中呈現(xiàn)，這就是雙音腔技術(shù)。以本刊介紹過的Hyperx Cloud Alpha阿爾法游戲耳機(jī)為例，這款耳機(jī)擁有兩個(gè)音腔，其中一個(gè)音腔負(fù)責(zé)傳播高頻與中頻聲音，另一個(gè)音腔則只輸出低頻聲音，將低頻部分的輸出與高、中頻分離開來，從而減少低頻對(duì)其他兩種頻段聲音的影響。從HyperX提供的官方數(shù)據(jù)來看，Cloud Alpha阿爾法耳機(jī)在總諧波失真（Total HarmonicDistor tion）測(cè)試中，大幅降低了在低頻和高頻部分的失真表現(xiàn)，比原來的單音腔設(shè)計(jì)Cloud耳機(jī)要好上很多，能為聽者呈現(xiàn)出更清晰的音色。除了這款產(chǎn)品外，近期HyperX推出的Cloud Mix天際也采用了雙音腔技術(shù)，并且還加入了APT-X藍(lán)牙無線連接，實(shí)現(xiàn)了幾乎無延遲的無線連接。

從實(shí)際效果來看，相比傳統(tǒng)的耳機(jī)而言，雙音腔技術(shù)的確能夠帶來更為清晰的定位，多種聲音的干擾也被大幅度降低—耳機(jī)可以干脆地將腳步聲、槍聲，以及子彈打在物體上的聲音區(qū)分開來，幾類聲音互不干擾，不會(huì)因?yàn)槌霈F(xiàn)槍聲就聽不見腳步聲，或者因?yàn)殛?duì)友在附近頻繁移動(dòng)，腳步聲“淹沒”其他聲音的現(xiàn)象。同時(shí)玩家可以輕松判斷槍聲、腳步聲、車輛發(fā)動(dòng)機(jī)聲音的左右方位，提前預(yù)估危險(xiǎn)，整體效果相比傳統(tǒng)耳機(jī)有明顯的提升，更適合《APEX英雄》、《絕地求生》這類音源復(fù)雜、混合度高的游戲。更值得一提的是，由于雙音腔技術(shù)是通過內(nèi)部的物理設(shè)計(jì)來降低干擾，提高定位清晰度，其本身并不涉及任何的處理和算法，因此其游戲兼容性極為出色，能夠支持任何游戲。

娛樂游戲兩不誤，多聲道和雙音腔你愛誰？

從本文的介紹來看，耳機(jī)在經(jīng)過漫長的發(fā)展后，呈現(xiàn)出更多的技術(shù)和更好的體驗(yàn)。多聲道技術(shù)在影音娛樂上有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是在游戲方面還需要進(jìn)一步加強(qiáng)兼容性和適配度。雙音腔技術(shù)通過巧妙而獨(dú)特的物理設(shè)計(jì)另辟蹊徑，實(shí)現(xiàn)了干擾降低的同時(shí)，不僅加強(qiáng)了聲音的定位，沒有任何游戲兼容性問題，同時(shí)還加強(qiáng)了耳機(jī)低音的下潛力度，中高音的通透性與清晰度，在音樂上的表現(xiàn)也要更加出色一些，實(shí)現(xiàn)了娛樂、游戲兩不誤。更為重要的是，目前雙音腔技術(shù)非常成熟，就像前面展示的那樣，有多款實(shí)際產(chǎn)品已經(jīng)上市，根據(jù)廠商的透露，未來還有多款產(chǎn)品將在今年陸續(xù)上市。對(duì)于這類通過巧妙設(shè)計(jì)，就能快速達(dá)成實(shí)用效果的技術(shù)，我們認(rèn)為是非常值得推廣的，為此本刊也特地對(duì)Hyperx研發(fā)的雙音腔技術(shù)頒發(fā)《微型計(jì)算機(jī)》技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)，希望廠商能多多開發(fā)類似技術(shù)，更快捷、更方便地帶給玩家更好的游戲體驗(yàn)。