自制3D環繞聲錄音制式與定位的可行性

劉揚　李馬科

【摘要】 ? ?自VR技術在80年代被提出發展至今，視覺3D已日趨完善。聽覺3D立體聲應用于雙聲道立體聲中的立體聲聲場擴展技術以期待達到可以模仿人耳聽感真實定位與立體相位的信號。然而現如今影院及家庭廣泛普及的所謂5.1或7.1的環繞聲并不是參照這種被人耳反相信號的真實聽感，其原理與計算公式與3D環繞聲相悖[1]。現如今，市面上已出現較“科學”的廠牌在做3D錄音前期及后期解碼的技術，但因為技術小眾，造價太高，很多錄音師選擇放棄嘗試。本此實驗嘗試利用相同的技術原理通過四只小振膜電容傳聲器輸入信號，在平臺中進行聲音解碼以達到聽感3D的效果。經過這樣的實驗及分析，通過嘗試為傳統錄音到3D錄音的民用化做了有利的數據依據與理論依據。對本專業錄音技術及未來教學方面提供更加具有方向性和理論依據性。

【關鍵詞】 ? ?3d ? ?全息 ? ?解碼 ? ?ambisonic ? ?定位

隨著VR技術（Virtual Reality 即虛擬現實技術）與全息投影技術的日漸完善，人們對聲音的需求也同步提升。3D制式的進步讓人們追逐完全真實聽感的想法變為可能。

3D格式不同于其他的多聲道環繞格式，它的傳輸通道不攜帶揚聲器信號。相反，它們包含一個獨立的揚聲器再現聲場稱為Format-B，然后解碼聽者的揚聲器設置。Format-B的組件可以被模擬成虛擬傳聲器的任何一種模式（全方位、心形、超心形，或任何關系）指向任何方向。幾個傳聲器的不同參數可以同時導出，最終解碼成立體聲或環繞聲。

虛擬的傳聲器設置是全息解碼的理論基礎，這意味著它具有恒定增益多條軸線上聲音的可能。我們所需要的聲音能夠被挑選出來，更大程度的解決了反相與聲音的掩蔽效應，并直接和實際空間多維度的反射聲混合，以達到最終的還原度。

揚聲器的信號是通過將分量信號的線性組合得到，其中每個信號是依賴相互關系的一個假想球體的表面。但在實踐中，稍微不規則的揚聲器的距離就可能會出現延遲。所以，更需要真正將解碼信號考慮到人耳在空間均衡和低頻聲音的定位機制。進一步細化聽眾的距離從揚聲器到人耳的近場補償。

3D錄音技術在二十世紀八十年代出現，發展到今天，主要運用在VR技術上。3D音頻主要是通過利用3D環繞聲錄音制式來進行錄制，再通過解碼利用3D環繞聲系統行回放。傳統的環繞聲系統，是通過一個音響的信號遞減到另一個音響信號遞增來實現，然而現實中的聲音并不只是如此，所以這時需要將經過矩陣組合的錄音制式音頻，通過Ambisonic[2] Format B進行解碼，得出一個全息音頻。

以下是市場上常用的的3D錄音傳聲器。左一的Sound-Field傳聲器，是由四個相同的

振膜組成，每一只傳聲器之間形成ortf立體聲錄音制式， Ambisonic技術通過收集若干個聲音的信號，經過算法形成一個3D的全息“場”。此類使用4個聲道的是 第一階段（First Order Ambisonic，FOA）。這種Ambisonic傳聲器上有四個心形指向的振膜，指向左前LF、左后LB、右前RF、右后RB四個方向，這4個聲道的信息被稱為Ambisonic A-Format。通過4個聲道的疊加或反相疊加，我們可以得到Format-B，如下圖所示：

它的優勢在于，每一只傳聲器的角度都經過了精密的計算，所以采樣精度也會相對較高，而且可以與便攜式錄音機配合適用，攜帶方便。它是以ortf錄音制式為基礎，拾取多個面的聲音信號，此時的格式為Format A。再通過Ambisonic Format B進行解碼，此時的聲音信號不只是有X和Y軸，更多了一個縱向的Z軸，形成了具有垂直信號的3D信號[3]。

它的缺點在于角度不可調，由于四個傳聲器的振膜是已經固定的，所以當我們需要調整四個振膜的角度時是不可行的，并且，如果其中一個振膜損壞，那么整只傳聲器就因此無法工作。

自制3D錄音制式，首先我們得準備4只型號一樣的傳聲器，如se1a，和相對應的麥夾，如圖：

將麥克固定在麥架后，mic A，mic B，mic C ，mic D ，相互形成ORTF制式如圖所示：

這樣，一個簡單的自制Format-A制式傳聲器完成。與市面生產的Format-A 傳聲器相比，自制的Format-A 傳聲器可調性更高，但這也是它的缺陷，自制的3D錄音制式的精確度低于Format-A傳聲器，所以需要我們不斷得去調整角度，盡管如此，我們依然能利用自制的3D錄音制式錄制出Format-A的音頻，通過Format-B解碼形成3D立體環繞聲。

自制的3D錄音制式，與Format-A錄音制式相比，攜帶不方便，我們自制3D錄音制式時，需要注意的是，四個傳聲器的型號要相同，四個傳聲器所使用的麥夾，信號線，增益也要相同，也就是說，這四個傳聲器相關的變量[4]必須是一模一樣的。

自制3D環繞聲錄音制式所錄制的音頻，可以通過B-Format解碼成各種各樣的環繞聲系統，如5.1，7.1等立體聲系統。

虛擬的傳聲器設置是全息解碼的理論基礎。這意味著它具有恒定增益多條軸線上聲音的可能[5]。我們所需要的聲音能夠被提取出來，更大程度的解決了反相和聲音的掩蔽效應，并直接和實際實踐多維度的反射聲混合，以達到最終的還原度。

自制3D傳聲器越多，能拾取到聲音的精度就越高，同理，回放3D錄音制式拾取的聲音信號，音箱越多，則回放地更精確。自制的3D傳聲器，可以在Format-A的制式中進行改良，使自制3D錄音制式更加地精確的3D環繞聲。雖然自制的3D環繞聲錄音制式由于無法達到工業標準化并不能與專業的Format-A錄音傳聲器媲美，但是自制3D環繞聲錄音制式和定位是可行的，它們形成的球面是一樣的，同樣最后也可以使用Format-B去解碼生成全息環繞聲信號。

3D環繞聲在當代運用越來越廣泛，且發展迅速，包括VR游戲，電影院等也用到了3D全息的技術。未來3D環繞聲也還會讓人們與電影或者游戲形成交互，人們不再是被已經設定好的劇情去欣賞一部電影或玩一部游戲，而是通過3D全息技術、“捆綁”視覺與聽覺去選擇自己感興趣的劇情，致使人們的娛樂方式逐漸從共享變成了個享。研究3D的錄音制式與回放系統，符合時代的發展的需求，在有限的條件下我們依然可以自制一個3D環繞聲錄音制式，去還原真實的場景。

參考文獻

[1]Alexander， Robert Charles （2008）. Michael Gerzon： Beyond Psychoacoustics. Dora ?Media Productions. ISBN 978-0-9560160-0-3. OCLC 663423066.

[2] 3D Sound Field Recording with Higher Order Ambisonics Objective Measurements and Validation of Spherical Microphone. Authors： Bertet， Stéphanie; Daniel， Jér?me; Moreau， Sébastien Publication Date： May 1， 2006

[3]M. Noisternig， T. Musil， A. Sontacchi， and R. H?ldrich. A 3D real time Rendering Engineer for binaural Sound Reproduction. In ICAD， vol- ume 9， pages 107-110， 2003.

[4] D. Menzies. W-panning and O-format， tools for object spatialization. In Proceedings of the 22nd International Conference of the AES on Virtual Synthetic and Entertainment Audio， Espoo， Fin- land， 2002.

[5] Warusfel， O. Listen hrtf database. http：//recherche.ircam.fr/equipes/ salles/listen/index.html， 2003.

劉揚：1994.07;女;民族：漢;籍貫：安徽省淮北市;學歷：碩士; ? 研究方向：新媒體藝術。