什么是空间音频？它与双耳音频有什么关系？

在此之前，您可能已经听到一些关于空间音频的信息，但空间音频究竟是什么？这一功能到底有什么魅力，能让Google、Apple和Samsung等大公司纷纷将它集成到自己的产品中？空间音频和杜比全景声一样吗？

这篇文章将详细介绍什么是空间音频，以及为什么我们应该关注它。

音频的历史

当我们不使用耳机或耳塞时，我们将从3个维度聆听声音。声音来自四面八方（上、下、左、右、前、后和它们之间的所有方向），而我们的大脑可以破译这些声音以判断方向。

一个多世纪以来，人们一直在追求能在任何地方模仿这种自然体验的技术。1881年，一位名为Clement Ader的法国工程师发明了Théâtrophone（剧院电话），该电话使用80台送话器连接巴黎歌剧院的整个舞台。这些送话器产生了一种双耳立体声（即一种使用两个麦克风录制声音的方法，这些麦克风可以复制人们在现实生活中感受到的3D立体声）。因此，远在两公里外的歌剧爱好者都可以听到这些声音。

在第一次世界大战及第二次世界大战初期，声学在确定飞机方向方面起着很大的作用。每个国家/地区都有自己接收和放大噪音的独特方法，以帮助听到飞机发动机的声音并确定它们的方向。在现在看来，这显得有些滑稽，但显而易见的是，音频是一项关键的战争技术。

大约30年后，1972年Neumann发布了他们的第一个商用双耳录音系统，使得在各种应用中复制空间声音变得简单和一致。此后技术和方法都得到了改进，包括引入使用阵列的新技术，而非仅仅使用两个不同的麦克风，以更详细地录制给定空间中的声音。

如今，先进的音频技术已集成到各种音频应用（从音乐到游戏）的各种设备上，包括条形音箱、耳机、TWS 耳塞、汽车和XR设备。

空间音频系列树

多年来，我们聆听音频的方式也发生了变化。最初从单声道输出开始，就像听收音机一样，所有声音都来自一个来源。然后，声音播放逐渐演变为使用更多的扬声器，为听众提供更具吸引力和更全面的声音体验。

最早的形式是立体声，有两个扬声器，然后发展成4个扬声器。后来发展成5.1、7.1环绕声（分别有5个和7个扬声器，1个播放低频声音的低音炮），以及大型扬声器阵列（超过7个扬声器），实现更大的空间输出。

虽然5.1和7.1环绕声系统模拟您周围的声音，但由于这些扬声器以相同的高度环绕您，因此它只是在您周围的一个平面上。杜比全景声已进入音频空间，为您的上方和下方提供音频提示，打造更加身临其境的体验。

什么是空间音频？

这一功能到底有什么魅力，能让Google、Apple和 Samsung等大公司纷给将它集成到自己的产品中？空间音频与杜比全景声有何不同？您可能已经注意到，我从未将之前的声音体验称为空间音频。尽管有人会认为，根据词典对空间的定义（与空间有关或占据空间），任何有两个或两个以上扬声器的场景都有理由被称为“空间”。嗯… 我同意这一点。

但是，在本行业中，空间音频是指非常具体的体验类型。您还可能听到它被称为3D音频，或者Samsung将之称为360度音频。与这种体验类型对应的技术术语是头部跟踪双耳音频。我们细说一下：双耳音频是指在一个仿真头的耳朵位置用两个麦克风录音所得到的音频，就像下图所示的Neumann头。

这样做可以为您提供与您听到的声音相匹配的音频，因为麦克风位于与普通耳朵相同的位置。为进一步了解，请查看Rit Rajarshi的精彩图解：

▲来自双耳音频的音频提示

左边的鸟声传向听者的头部。但是由于人头部的一只耳朵比另一只耳朵距离声源远，所以声音在不同的时间到达两只耳朵。大脑会处理和理解这一时间差，从而为我们提供声音的相对位置。因此，将这些组件放在一起就形成了一个“声音地图”，使您置身于沉浸式空间中。这真的很酷，但它仍然不太现实。这就是头部跟踪组件发挥作用的地方。

在现实世界中，物体在您周围是静止的，声音来自于那些相对于您的头部（随后是耳朵）的位置。比如，您听到了后面的运动场爆发出欢呼声。如果您将头部向左或向右转，您就可以将听力集中到这一声音上，但这并不会改变它的位置。 

同样地，即使在移动后，声音也仍保持在原位。下图显示了双耳音频和头部跟踪双耳音频之间的区别。当您转头时，世界不会随您一起旋转，它还是在原来的地方。

这些组合构成了真正的沉浸式体验，也就是我们在行业中所称的空间音频。

这种体验的另一个部分是头部相关传输函数(HRTF)。这类算法用于确定当声音到达耳道并向耳道移动时如何反弹、散射和扩散。其中还考虑到了两耳距离。简而言之，这决定了任何给定的独特头部形状对声音的影响，然后对声音进行调整，以使音频提示尽可能真实。

通过将所有这些组件、双耳录音、HRTF和头部跟踪相结合，您可以获得完整、全面、完全沉浸式的音频体验，产生身临其境的感受。

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本文作者：Charles Pao, CEVA