身臨其境VR立體聲耳機解密

技術宅

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

VR耳機？不是顯示技術

VR核心是“虛擬沉浸式體驗”，它可以讓用戶仿佛置身于真實的物理環境中，不過目前主流的VR主要存在于視頻體驗中。顯然VR耳機也要有類似的“沉浸式體驗”，能夠讓用戶聽到最真實的音效。大家知道，傳統的耳機產品聲音總是固定在用戶腦袋四周一個半徑極小的范圍內，它們與用戶視覺并不聯動，只會一直貼在耳朵邊上。因此不管用戶怎么晃動腦袋都一樣，感覺并不真實，始終覺得聲音只像是腦袋里發出的。

隨著VR技術的發展和VR設備的普及，VR耳機應運而生。VR耳機簡單地說就是整合VR技術，并且可以和VR視頻設備聯動的一種3D耳機。與傳統耳機相比，這類耳機能夠通過音頻信號VR處理技術，獲得類似VR視頻設備那樣的沉浸感。這就是VR耳機，比如森海塞爾開發出的支持AMBEO技術耳機（圖2）。

沉浸式？VR耳機背后

如上所述，VR耳機一個最重要的特征就是能夠給用戶帶來沉浸式的聽覺體驗。那么這種沉浸式體驗又是怎樣實現的？

傳統立體聲耳機是通過左右輸出立體聲實現，這種立體聲音頻的輸出是通過左右聲道聲場的變化實現。它的左右聲道的聲場是不一樣的，比如有人從舞臺左邊一直唱歌走到右邊，你左右耳機的聲音從左聲道開始大，變到左聲道小，然后右聲道大，通過用兩個耳機最大限度地實現現場音頻的重放。顯然這種傳統立體聲耳機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。

為了迎合日漸普及的VR設備，耳機制造商們紛紛推出各自的VR耳機。VR耳機的核心就是對聲場效果進行重建，比如森海塞爾開發出的支持AMBEO技術耳機，它可以將揚聲器按照空間分布，從而將聲源重建在3D空間中的任一位置，實現聲源方位的重現。它的耳機內設置了多個發聲單元，組成了一個3D麥克風陣列，能夠配合特定算法模擬出不同的聲學環境，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（圖3）。

另一方面，VR耳機為了能夠和VR視頻無縫結合，它可以與VR設備的發聲單元結合。目前VR耳機硬件廠商通過為內容開發商提供SDK接口實現VR音效的整合，這樣開發者就能在VR耳機上實現不同內容的聲音需求，讓耳機在特定的聲學環境下根據狀態（游戲、VR視頻）的聲音給用戶相應的反應。

VR耳機這種反應主要是借助HRTF（頭部相關傳輸函數）技術實現，比如在傳統的FPS游戲中，通過HRTF等聲音定位處理技術模擬游戲中的聲音定位，并利用特定的運算方式，這樣在玩家轉動頭部時實時計算出當前不同方向或位置聲音所產生的大小和音調等，進而制造出360度立體空間聲音定位的效果。舉個例子，比如在游戲中玩家轉頭向右，那么VR耳機感知到用戶的這個操作后就會讓虛擬立體聲場發生變化，如加強右側聲場的變化，使得用戶在執行諸如轉頭、起身的動作時，都會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（圖4）。

VR音效任重道遠

隨著VR設備的普及，顯然每個使用VR設備的朋友都希望能夠獲得更為真實的VR音效。雖然VR耳機技術的發展前景非常喜人，但是發展道路并不平坦。首先VR耳機的普及需要有內置3D SDK模塊的支持，而SDK開發又涉及到眾多的VR廠商，目前并沒有一個統一的標準；其次3D/VR內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，但是從整體數量來看，目前那些數量有限的VR游戲顯然還無法刺激大家去使用VR耳機。

目前VR耳機主要是作為VR設備的配套組件存在，要想讓VR耳機自成一體獨立發展起來，開發者就要將音頻算法封裝到實體DSP模塊中，并對算法進行功耗和性能上的優化，使得其能夠獨立在耳機內部電路中運行。這樣即使脫離VR視頻也可以讓用戶有沉浸式的聽覺體驗，這也是未來VR耳機的發展趨勢。