雙音腔還是多聲道?娛樂耳機定位技術解析

李實

耳機作為我們日常使用的音頻設備，其技術發展按理來說已經非常成熟了，一般來說，人們購買耳機更多看重其音質和便攜性等。不過，隨著娛樂內容技術水準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計的耳機和技術逐漸流行起來。雙音腔和多聲道，就是最近流行的兩種娛樂耳機優化技術。那么，這兩類技術都有什么優勢，誰更符合用戶的選擇呢？

多聲道耳機登場，更棒的影音體驗

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

那么，一個2.0的人類聽覺系統如何實現聽聲辨位呢？實際上，人耳的聽聲辨位，是利用聲音的時間差、強度差、耳廓的遮擋效應以及頭部的運動來綜合判斷的，是一個復雜的過程。舉例來說，聲音從右邊過來的時候，右耳肯定先聽到，左耳的時間要慢點，因此人們就可以判斷出聲音來自右邊。不過當聲音頻率超過1500Hz的時候，波長會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分遠近，也可以勉強分清楚聲音的方位。此外，還有耳廓的遮擋效應，后部的聲音由于遮擋，總會小一些，這也可以幫助判斷聲音來源。對其他的一些聲音，比如波長較長的中音，其波形可以繞過人的身體，此時就需要轉動頭顱來尋找到聲音的方位。

從上文可以看出，人耳對聲音位置的判斷是一個復雜的系統工程，并不是單一因素可以決定的，但是在很多情況下，聲音的強度和時間差是可以影響發聲位置判斷的，這就是多聲道耳機最根本的技術來源所在。也就是說，通過調整耳機的發聲強度和時間差，是可以實現定位模擬效果的。為了達到這樣的效果，在多聲道耳機的發展中，也出現了兩條道路。

第一條道路是采用更多的發聲單元并對單元的距離、擺放位置進行一定的設計，從而實現對聲音位置的模擬。在耳機上，耳機的左右半邊都可以實現半幅5.1音頻。一款典型的5.1聲道耳機左側有四個揚聲器，對應低音、前、后、中央聲道，實現了完整的左半側聲場。右側則稍微簡單一些，只有低音、中央和后置三個單元，其中前置單元的聲音也由低音喇叭發聲，這樣可以減少一個單元以節省成本。

前文提到，人耳實際上是一個徹徹底底的2.0系統，因此，所有聲音在人耳的角度來看，只具有強弱、時間前后等差異，其位置合成更多地依賴于大腦。換句話來說，雖然多聲道耳機可以通過更多單元以及單元位置的調整來實現，但原理上兩個音頻單元、通過合理的算法處理后，也應該能夠呈現多聲道效果。因此，人們將使用多單元呈現多聲道技術的耳機稱為物理多聲道，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，稱為虛擬多聲道耳機。

虛擬多聲道耳機的算法往往是基于HRTF也就是頭相關變換函數進行計算，體現在耳機上就是類似耳機都使用獨立的USB聲卡完成聲音的計算和傳輸，并不使用板載或第三方聲卡。從實際體驗來看，采用虛擬多聲道技術的耳機由于專用算法的加持，定位效果要比傳統2.0聲道耳機更強，在影音視頻中效果表現頗為出色。比如本刊曾介紹過的Hyperx黑鷹S就使用了Dolby Headphone技術實現了聲場定位，這項技術通過自帶的USB聲卡實現，可以手動切換開關滿足不同用戶需求。

根據眾多用戶體驗來看，在支持7.1聲道的影音播放中，其從7個方向襲來的各種聲音可以帶來遠好于立體聲耳機的沉浸感、代入感，說得通俗點就像用VR看電影與用顯示器看電影的區別一般。但其在游戲上的應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》就不提供對多聲道技術的支持。一些玩家甚至指出，在這些不支持多聲道技術的游戲中強行開啟多聲道技術后，反而有可能造成定位錯誤。此外還有資料指出在部分多聲道系統反復計算聲音的算法中，會存在一定情況的失真，距離感會減弱，對要求精準的FPS游戲中有部分影響。因此有部分玩家甚至在使用7.1聲道耳機游戲時會切換到立體聲模式，所以多聲道耳機更適合的應用暫時還是在影音播放、多聲道音樂等娛樂應用，對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

那還有什么技術可以幫助人們更好地實現聽聲辨位呢？近期由游戲硬件廠商HyperX推出的雙音腔技術很好地回答了這個問題。

HyperX是存儲廠商金士頓旗下的高端電競品牌，品牌創立于2002年。從最初只有高性能內存一條產品線，現已發展為擁有內存、固態硬盤、閃存盤、游戲耳機、麥克風、鍵盤、鼠標、鼠標墊、游戲主機配件等多條產品線，專門致力于打造高性能游戲硬件的品牌。同時其不少產品線都獲得很好的發展，根據官方資料，Hyperx系列游戲耳機自2014年上市以來，至今已推出7個系列共計20款產品，累計出貨量突破700萬套。

所謂雙音腔技術，是指耳機內部有兩個獨立的音腔。與音箱類似，耳機也是由揚聲器、聲學腔體組成。耳機的障板、耳機耳墊以及耳機聲道形成了一個腔體。目前大部分普通耳機均采用傳統的單音腔設計，即在一個空間里面，輸出包含了高頻、中頻、低頻三個頻段的聲音，也就是說將三種聲音混在一起輸出，因此耳機腔體的設計對于是否能真實地還原聲音、降低噪音也是非常重要的。在一些激烈復雜的游戲中，如果存在武器聲音、腳步聲音以及語音對話的聲音同時出現的場景時，一些聲音可能就會由于其他聲音音量過大或者低音過強，導致細節丟失或者無法清晰呈現。

鑒于單音腔技術存在一些缺陷，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，這就是雙音腔技術。以本刊介紹過的Hyperx Cloud Alpha阿爾法游戲耳機為例，這款耳機擁有兩個音腔，其中一個音腔負責傳播高頻與中頻聲音，另一個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，從而減少低頻對其他兩種頻段聲音的影響。從HyperX提供的官方數據來看，Cloud Alpha阿爾法耳機在總諧波失真（Total HarmonicDistor tion）測試中，大幅降低了在低頻和高頻部分的失真表現，比原來的單音腔設計Cloud耳機要好上很多，能為聽者呈現出更清晰的音色。除了這款產品外，近期HyperX推出的Cloud Mix天際也采用了雙音腔技術，并且還加入了APT-X藍牙無線連接，實現了幾乎無延遲的無線連接。

從實際效果來看，相比傳統的耳機而言，雙音腔技術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—耳機可以干脆地將腳步聲、槍聲，以及子彈打在物體上的聲音區分開來，幾類聲音互不干擾，不會因為出現槍聲就聽不見腳步聲，或者因為隊友在附近頻繁移動，腳步聲“淹沒”其他聲音的現象。同時玩家可以輕松判斷槍聲、腳步聲、車輛發動機聲音的左右方位，提前預估危險，整體效果相比傳統耳機有明顯的提升，更適合《APEX英雄》、《絕地求生》這類音源復雜、混合度高的游戲。更值得一提的是，由于雙音腔技術是通過內部的物理設計來降低干擾，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，耳機在經過漫長的發展后，呈現出更多的技術和更好的體驗。多聲道技術在影音娛樂上有獨特的優勢，但是在游戲方面還需要進一步加強兼容性和適配度。雙音腔技術通過巧妙而獨特的物理設計另辟蹊徑，實現了干擾降低的同時，不僅加強了聲音的定位，沒有任何游戲兼容性問題，同時還加強了耳機低音的下潛力度，中高音的通透性與清晰度，在音樂上的表現也要更加出色一些，實現了娛樂、游戲兩不誤。更為重要的是，目前雙音腔技術非常成熟，就像前面展示的那樣，有多款實際產品已經上市，根據廠商的透露，未來還有多款產品將在今年陸續上市。對于這類通過巧妙設計，就能快速達成實用效果的技術，我們認為是非常值得推廣的，為此本刊也特地對Hyperx研發的雙音腔技術頒發《微型計算機》技術創新獎，希望廠商能多多開發類似技術，更快捷、更方便地帶給玩家更好的游戲體驗。