如何使便攜產(chǎn)品產(chǎn)生空間音頻

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　　提示：

　　。揚(yáng)聲器數(shù)量及其間距限制了便攜立體聲系統(tǒng)的聲場。

　　?？臻g音頻試圖人工重新制造出真實(shí)世界里聆聽聲音的體驗(yàn)，或者建立一個(gè)并不實(shí)際存在的感官空間環(huán)境。

　　。使用HRTF（人頭相關(guān)傳輸函數(shù)）信息，可以對(duì)雙耳的聲音做合成，使之仿佛來自聆聽者所處空間中的任一點(diǎn)。

　　。聲學(xué)波束形成功能使音波指向某個(gè)方向，而不是揚(yáng)聲器的典型輻射模式。

　　。通過一個(gè)揚(yáng)聲器陣列提供空間立體聲，需要一種有效的串?dāng)_抑制算法。

　　。很多方法都可以提供空間音頻，但對(duì)于一臺(tái)小型便攜設(shè)備上的任何合理尺寸，它們大部分都不適用。

　　一個(gè)立體聲音響系統(tǒng)所產(chǎn)生的聲場通常受制于揚(yáng)聲器的物理位置，并且聆聽者收到的音響事件受限于兩只揚(yáng)聲器的跨度。對(duì)于便攜式的小型音響系統(tǒng)，用戶感受到的立體聲聲場非常有限，幾乎就是單聲道。為克服這一限制，可以采用空間音頻發(fā)聲技術(shù)，擴(kuò)展立體聲聲場，獲得更好的串?dāng)_抑制，并增強(qiáng)某些空間定位性能。

　　空間音頻

　　自然狀態(tài)下，在你周圍發(fā)出的聲音本身就是有空間性的。聲源是整個(gè)空間中一個(gè)小區(qū)域中的某個(gè)點(diǎn)，不過也有一些聲源是發(fā)自廣闊的區(qū)域，如地震和山崩。聲音在環(huán)境中的各個(gè)物體上反射。你聽到的是雙耳的直射聲和反射聲，通過人的一些聽覺處理后，最終辨識(shí)出聲音。你可以對(duì)處理過的聲音作出一些判斷，用一些標(biāo)志確定它們的特性，如方向、位置、響度、背景、品質(zhì)、遠(yuǎn)近、音調(diào)、豐滿還是單薄。如果有兩個(gè)或更多聲源，也可以確定每個(gè)聲源相對(duì)于耳朵接收到的全部聲音的混合特性。

　　空間音頻這個(gè)詞匯表示用電子或機(jī)械方式做聲音的重現(xiàn)，它試圖人工地重新創(chuàng)造出聲音的真實(shí)世界聆聽體驗(yàn)。另外，它還試圖用人工改變?cè)佻F(xiàn)的聲音，創(chuàng)造出一種原來可能并不存在的感受空間環(huán)境。

　　空間音頻重現(xiàn)的原理很簡單：如果到達(dá)兩個(gè)耳鼓的重現(xiàn)聲波與某個(gè)位置上的真實(shí)聲源完全相同，則你會(huì)感受到重現(xiàn)聲仿佛來自該位置的一個(gè)音源。這與該聲源是否發(fā)自其它位置無關(guān)。到達(dá)耳朵的聲音數(shù)據(jù)經(jīng)過大腦處理，最終特定出有關(guān)聲音的各方面特性。

　　HRTF

　　耳朵的HRTF（人頭相關(guān)傳輸函數(shù)）描述了你從空間某個(gè)點(diǎn)接收和處理聲音的方式。頻響HRTF描述了人體匯集聲音信號(hào)的方式，以及耳廓（或外耳）與耳道在聲音到達(dá)耳蝸前過濾信號(hào)的方式。環(huán)形對(duì)稱的外耳（或耳廓）構(gòu)成了形狀特殊的天線，使經(jīng)過位置相關(guān)和頻率相關(guān)過濾的聲音到達(dá)耳鼓，尤其是較高頻率的聲音。

　　圖1 人頭相關(guān)傳輸函數(shù)考慮了聲波在不同時(shí)間進(jìn)入人耳，并且由于兩耳距離差而有不同強(qiáng)度，從而定位空間中的聲源。

　　HRTF是對(duì)不同距離和方向所接收聲音的左耳和右耳脈沖響應(yīng)（或人頭相關(guān)脈沖響應(yīng)）靜態(tài)測量值的傅里葉變換。ILD（雙耳聲級(jí)差）和ITD（雙耳時(shí)間差）都來自每只耳朵所聽到的聲音（圖1）。

　　每個(gè)人的HRTF都有差異，因?yàn)橛袝r(shí)聽力與身體特性有明顯差別。但是，多個(gè)HRTF測量的數(shù)據(jù)庫采用了一般的分類法，如男性或女性，以及年輕人或老人，通常用于那些需要HRTF的消費(fèi)音頻應(yīng)用。這種測量可能要花很多時(shí)間，因?yàn)槿藗儾豢赡荛L時(shí)間地將自己的頭部保持在一個(gè)固定位置，因而得到的是不確定數(shù)據(jù)。于是，有些HRTF數(shù)據(jù)的創(chuàng)建者僅對(duì)仿真頭做測量，這種仿真頭是按照人類平均人頭與人耳而建立的模型，避免了頭部運(yùn)動(dòng)的誤差。

　　你的耳朵能以三個(gè)維度確定聲音的方向，前/后、上/下，以及兩側(cè)，角分辨率約為3°，另外還可以估計(jì)出距離，因?yàn)槟愕拇竽X、內(nèi)耳和外耳會(huì)使用來自一只耳朵的單音，并與兩只耳朵收聽到的立體聲（或聲差）作比較。在自然環(huán)境下，個(gè)人已經(jīng)通過多次試錯(cuò)和終身體驗(yàn)，了解了自己聲音定位能力的準(zhǔn)確度（即他們的HRTF數(shù)據(jù)），并能有效地補(bǔ)償自己身體的形態(tài)與構(gòu)成。

　　通過對(duì)現(xiàn)有聲音信號(hào)采用適當(dāng)?shù)倪^濾器，并將聲音與HRTF信息想結(jié)合，可以合成似乎來自空間中任何點(diǎn)的聲音，從而獲得專門針對(duì)每只耳朵的左、右聲道聲音。與耳機(jī)用戶所體驗(yàn)到左、右聲道分離類似，每個(gè)耳朵都只聽到它應(yīng)該聽到的聲音。比較來說，通過耳機(jī)播放的立體聲音頻信號(hào)似乎被限制在兩耳之間的一條線上。這種原立體聲和空間音頻之間的差異產(chǎn)生了3D聲，或虛擬聲。