如何用声音打造三维空间

1877年,托马斯·A·爱迪生(Thomas Alva Edison)发明留声机,人类终于能将无形的声音“存储”起来并在其它场合播放。如何还原现场,成为驱动声音技术发展的核心动力——单声道、立体声、环绕声、杜比全景声……都是综合利用硬件、软件,模拟更具现场感听觉体验的技术方案。

在进一步讨论前,我们需要先理解一个概念——声道。声道(Sound Channel) 是指声音在录制/播放时,在不同空间位置采集/回放的相互独立的音频信号,一个声道绝大部分情况下由1个或多个扬声器呈现。

初期音响设备只有一个声道,单声道音乐听起来就像隔壁正在演奏的交响乐,声音通过墙上的一个洞传到听众所在房间,音色单薄、没有空间感,这种感觉也被称为“钥匙孔效应”。

为了突破局限,更适合人耳声学原理的双声道技术很快出现。双声道在空间内放置两个(组)互成一定角度的扬声器,每个(组)扬声器单独由一个声道提供差异化的信号,通过两个声道的配合,将声音的维度提升至一维(提升立体感),声音的真实感有了显著提升。

在此基础上,更多扬声器被加入到系统中以实现更多声道。用户熟悉的5.1声道正是以听众为中心,在中置、左前、右前、左环绕、右环绕位置安置扬声器,并以1个重低音扬声器辅助,营造声音的二维体验(提升环绕感)。中置声道营造亲临感;左/右前置声道播营造空间感;左/右环绕声道营造环绕感;重低音声道则进一步烘托整体氛围。

另外,通过顶置扬声器声音将扩展至三维空间,会更符合人在自然中聆听世界的方式,如5.1.4声道便是在5.1声道基础上叠加4个顶置扬声器(天空声道)而来。

细心的用户会发现,按照环绕声的逻辑,5.1声道的扬声器布置方案在听众后方尚有空缺。7.1声道在5.1声道基础上增加了双路后环绕声道,以听众为中心,建立一套前后相对平衡的声场(提升纵深感)。搭配4个定置扬声器,7.1.4声道便能为声场中的听众带来更饱满的3D沉浸式杜比全景声体验。

杜比全景声声场示意

在硬件设备不断丰富的同时,软件技术与内容生态也在持续发展。许多用户所熟悉的“杜比音效”就是高品质音频技术方案的代表。其发明公司由杜比博士(R.M.Dolby)在1965年创立的杜比实验室发展而来,先后推出了杜比降噪系统、杜比环绕声、杜比全景声系统等多项技术,在内容制作、传输和播放环节得到了广泛应用,成为行业标杆。

同时,针对汽车座舱复杂的声学特性(狭小空间与众多反射面让多个扬声器在工作时,直达声、反射声的互相干扰非常严重),为了让汽车座舱内呈现准确的声音成像,以Dirac为代表的声学公司利用数字算法,开始为汽车品牌提供车型专属的数字化解决方案。