将会介绍为什么单纯地通过肉耳聆听三维音效和通过耳机聆听会是两种截然不同的体验,以及你该如何弥合两者的差距。

在本文中,映维网将会介绍为什么单纯地通过肉耳聆听三维音效和通过耳机聆听会是两种截然不同的体验,以及你该如何弥合两者的差距。

空间音效的感知是一个复杂的现象。它结合了声学声波与房间或空间之间的相互作用,与我们头部和耳朵的相互作用,中耳和内耳以及音频神经的反应,最后还有大脑对声音场景的认知和解释。

通过耳机来感知声音则是一种完全不同的体验。如果把立体声耳机 vs 扬声器作为例子,我们就会发现有以下几个主要的区别:

1. 信道串号:立体声魔法

当我们在听左/右配置的扬声器时,来自左扬声器的信号会到达我们的左耳和右耳,并且与来自右扬声器的输入相加;当我们在耳机上听到相同的内容时,左耳只接收左声道,右耳接收右声道。

信道串号

2. 滤波与延迟

在通过空气传播并在到达鼓膜之前,由于我们头部和耳朵的尺寸和形状、声波会经历滤波和延迟效应。波峰会在不同时间,并以不同频率形状到达耳朵。延迟和滤波器将取决于声音产生的角度。在使用耳机时,这种滤波和延迟效果基本上会被绕过,信号几乎会直接“插入”我们的鼓膜(取决于耳机类型)。

耳朵滤波:跟方向相关的频率变化

3. 早期反射

在现实世界中,甚至是“最干净”的录音棚,来自扬声器的直接声音并非是到达耳朵的唯一东西。声波会通过弹离墙壁和其他物理对象与房间相互作用,从而产生来自多个方向的多个高度相关的信号。这些被称为早期反射,然后它们还会经历基于到达方向的滤波和延迟效应。我们大脑会使用相对于直接源的这些早期反射的增益、到达时间和方向,以估计源的距离以及聆听空间的尺寸和声学特性。当然,耳机是不会产生任何这些现象,只有声音信号会传输至耳朵,同时无任何显示这会怎样与物理环境相互作用。

早期反射

4. 头部运动

由于所有上述现象取决于声音的方向,所以即使对头部出现轻微的移动也会导致完整的音频场景向相反方向移动,因为外部世界不会随着头部的移动而移动。现在,这个线索与其他任何线索一样重要,也许更为重要。我们的大脑对变化高度敏感,它会记住声音的原本的位置和现在的位置,并使用这些信息来定位静态外部信源。在使用耳机时,因为音频场景会随着头部不断移动,所以会与大脑先前对声源位置的任何假设产生冲突。

头部运动

以上所有都是大脑使用的重要线索,并会不断地判断声源的位置。我们的大脑不是一位轻率的决策者,并不容易愚弄。经过数百年时间的进化,大脑定位声源的能力有了长足的进步。通过声音来判断捕食者可能潜伏的位置或是猎物的方向对生存而言尤为重要。当声音线索产生冲突时,大脑就会变得困惑,直到它最终放弃定位声源的尝试,而我们大脑中的音频场景也会崩溃。

这就是通过耳机聆听声音的体验。因为帮助我们定位空间中声源的声音线索发生缺失,我们听到的声音就好像来源于头部。我们听到的所有元素都在耳朵—头部—耳朵这条二维线上推挤,而不是头部以外的三维空间。

扬声器设置下的三维立体图像

普通耳机设置下的平面立体图像

普通耳机的这种“平面”体验可能会导致几个负面影响:

  • 错误或丢失空间图像:对于耳机,我们或是不能感知,又或是会误解艺术家想要传达的空间意图。以披头士乐队的歌曲《A Day in the Life》为例,声乐从右声道,左侧的钢琴开始。然后在第一节里,它们会逐渐靠拢,直到在第二节完全相融。这对听觉体验而言来说十分重要,在扬声器设置下我们可以于听觉空间中听到正常发生的转换。但“平面”耳机不能准确地还原这种效果,从而极大地影响聆听体验。
  • 错误的混音决定:当你在耳机上混合音频时,矛盾的空间声音线索会导致频率或相位差。这可能会导致录音师做出不正确或夸张的方程式,和(或)混音决定。
  • 听觉疲劳:由于大脑不习惯这种类型的感觉,耳机所产生的内耳体验可能会导致听觉疲劳。因为大脑会不断地试图理解空间音频场景,但由于音频线索的缺失或矛盾,这会使大脑一直处于混乱状态。
  • 环绕声的缺失:你实际上不可能在普通耳机上创建环绕声,主要是因为它们不能表现出聆听着背后的源的环绕图像。

为弥补从外部来源聆听声音和通过耳机聆听声音之间的差距,很多创业公司开发了3D音频技术(比如Waves Nx),通过算法将所有上述丢失的线索插入到信号中,以说服大脑声音是来自空间中的虚拟扬声器。

借助3D技术,耳机可实现3D立体图像

耳机通过Nx技术实现3D环绕图像

3D音频技术通过巧妙的方法实现了这一切,仅添加所需的关键和全局声音线索来重建空间3D音频图像,无需修改或着色声音。3D音频技术会优化滤波器和环境声以创建透明声音的空间,可最小化频率变化,使得所有变化被感知为与空间相关,而不是均值化。通过根据用户头部运动来调整声音,耳机可实现3D感知,同时不会对频响产生太大的变化。