Create immersive 3D sound for the virtual world

    图1：5.1环绕声使用五个放置在特定位置的全频扬声器和一个重低音扬声器。音频处理工程师可以通过混音，让听众感觉到声音似乎在他们周围移动。重低音扬声器通常可以放在任意位置。（图源：Zern Liew/Shutterstock.com）

    在这样的系统中，多个扬声器都由独立的音频流驱动，让听众可以感受到虚拟的声音环绕在自己周围。其中，左后和右后声道负责空间深度；左前、右前和前中置声道负责横向深度；重低音扬声器负责整个空间的低频声音。

    对于处在收听区域（也就是沙发）中央的单个听众而言，这样的配置是理想的。在多人收听的情况下，不同位置的听众体验上会有细微差异，但总体而言是相对一致的，每个人都可以感受到声音的移动。现在，已经有一些录音师在新唱片中提供了5.1环绕声音轨，并以“沉浸式”来进行宣传。

    一个有趣的事实是，前中置声道针对语音范围的声音进行了优化，这有助于听众在沉浸于3D音效的同时依然能够分辨人物对话。在丰富、浑厚的声音越来越受追捧的情况下，分辨人声会变得更加困难。通过中置声道的过滤和放大，听众便更容易听清人物对话。

    在5.1环绕声基础上，如果取消左后和右后声道，改为左环绕、右环绕和后中置声道，便可升级为6.1环绕声（图2）；如果在6.1环绕声基础上取消后中置声道，改为左后和右后声道，则成为7.1环绕声（图3）。

    图4：有一句老话叫“多多益善”。许多艺人都喜欢在现场配备一大堆扬声器和功放，这在大型户外演出中也许是必要的，但你真的希望把整面墙都挂满扬声器吗？在某些情况下，你是不是更希望体验到更好的音效，而不是更大的音量？（图源：tommistock/Shutterstock.com）

面向对象的音频

  

    沉浸式音频的最新实践来自杜比全景声 (Dolby Atmos)，它最初是为影院应用而设计的。迄今为止，已有近5000家影院经过改造，通过64个扬声器带来这种全新听觉体验。该技术支持由多达128个声道组成的大型阵列，这些声道可以使用全频、低音、重低音和高音单元。

    与传统音频不同的是，杜比全景声（及其竞争对手索尼360）采用了“音频对象”的概念。视听接收器 (AVR) 将自动适配扬声器的数量、类型和位置，并对每个音频对象的频谱构成、振幅位置、速度和方向进行处理。不过，“音频对象”并不仅仅包含声音本身，它还带有各种元数据，帮助对象音频渲染器 (OAR) 让对象移动起来。在128个声道中，10个用于环境效果，余下的118个可用于音频对象。

    这些声道并不一定对应于特定的扬声器。声道信息和声音对象是对应的，对象音频可以进行处理，并与其他对象音频相结合，最终以适当的音量分配到各个扬声器。整个过程均由AVR借助元数据来实时处理信号，并进行实时混音和分配。

    可以想见，这样的技术绝不像立体声那样，只要随手放两台扬声器就可以实现。对于杜比全景声以及许多其他环绕声和3D音响系统，扬声器在放好位置后还必须进行校准，才能共同呈现出精确的声场。杜比全景声还有适用于家庭影院的方案，但并不会用到全部128个声道。这种家用方案采用的应该是34个扬声器的配置。

    杜比全景声并不是完全新鲜的事物。2012年，洛杉矶的一家影院举办了一部迪士尼电影的首映式，这是该技术的首次实际应用。从那时起，大型影院、IMAX、天文馆、音乐剧、戏剧和其他音响应用都积极采用这项技术，使之成为了新电影和活动事实上的音频拾取标准。杜比全景声还通过天花板上的扬声器来构建完整的声音半球，不仅能够使声音真正从上方发出，还让实时处理变得更加容易。

    曾几何时，杜比全景声对普通发烧友而言过于复杂和昂贵，但现在它对于有足够空间和预算的发烧友而言，已经成为让朋友们惊叹的必备配置，拉风指数五颗星。

    如果你已经在其他环绕声技术上耗费了大量银子，那么也可以入手一个杜比全景声转换器，然后继续使用现有的扬声器和功放。不过，你一定不会止步于此，至少你肯定希望配备天花板扬声器。该转换器可以将杜比5.1转换为17扬声器的7.4.1环绕声配置。

    值得注意的是，杜比全景声还可以通过条形音箱而非环绕扬声器来实现。各种形式的条形音箱技术正越来越受到欢迎。降低成本、简化设置、降低功耗、减少电缆和缩小尺寸等明显的优势推动了这项技术的发展。

    相控阵垂直条形音箱已经证明了它们能够以良好的清晰度和分离度模拟完整的音频频谱。使用它们的音乐人会告诉你，带有6英寸扬声器的条形音箱柱可为重低音扬声器应用提供相当于18英寸扬声器的清晰度。这应该足够引起一些人的注意了。因此，水平条形音箱和基于条形音箱的混合系统（包括远程扬声器）在许多家庭影院和工作室中都很受欢迎。

    条形音箱的顶部扬声器和侧边扬声器使声音在墙壁和天花板表面反射，让听众感到它似乎来自上方和背后。现代感十足的特斯拉Model 3就将前置条形音箱技术作为其15扬声器音频系统的一部分，从而将环绕声和沉浸式音频作为一项卖点。关闭Model 3的后置扬声器，启用带有信号处理和混响的沉浸式音频模式，便可以体验到这项功能，那些尝试过的人都坚信声音是从后面传来的。不过它的实际反馈毁誉参半，许多人都不喜欢这样的音效。测评师的观点也呈现出两极化倾向，不少都提到了不同类型的音乐适合或者不适合条形音箱式的沉浸式方案。这是有道理的，因为声音再现的质量离不开录音师的混音技术。条形音箱能够在这种场景中成功落地，意味着准确、带有上下方向的沉浸式音箱技术在没有地板和天花板扬声器的情况下也几乎都能实现。

拾取和渲染

    诸如游戏之类的沉浸式视频体验，使用的是一种完全创造出来的环境，由具有表面渲染和指定物理属性的3D结构组成。真实的视频片断可以被捕获并以数字方式拼接在一起，形成一个包括上下影像的全景。

    沉浸式的体验，例如在国家公园中散步，可以整合丰富的视觉效果，而音频则可以通过对预先录制的片段进行组合来合成或创建出来。这些片段可以在3D音响系统中进行拾取，并用作沉浸式体验的一部分。就像由头部追踪控制的视频一样，音频也必须由头部追踪来控制。例如，在你面对一条潺潺小溪时，所听到的声音与背对它时会有显著区别。如果没有通过头部追踪来控制声音，沉浸式体验就会大打折扣。

    好在，你不必为沉浸式的目的而自己发明3D音频拾取方案。诸如森海塞尔 (Sennheiser) 等知名音频厂商利用分段轴和数字工具，制造出了专业的真正全向麦克风，以拾取高度定向的声音（图5）。AMBEO VR Mic包含多个敏感的宽频谱麦克风元件，并采用环绕声配置。DearVR MICRO处理软件可以渲染定向音频以提供标准环绕声配置。