耳机里的声音为什么会有方向感?( 二 )


Part. 2
耳机的虚拟环绕声
更加科学地讲 , 加密声音的不仅仅是耳廓 , 还有头部轮廓和肩膀等身体部位 。 由于这一系列的影响都与头部有关 , 因此这种加密方法也被研究人员称为:头相关函数(Head Related Transfer Function)[4,5] 。
头相关函数可以理解成我们头部对于声音的加密方法 , 这种加密是针对不同方位的 。 也正因为头部对于各个方向上的声音加密方式不一样 , 我们的大脑才可以解密出声音的方向 。
为了解密不同声源方位的加密方式 , 研究人员可以通过测量或者计算得到不同方向的头相关函数[4,6] , 然后组成一个数据库 。
耳机里的声音为什么会有方向感?文章插图
图片来源:Veer图库
我们戴上耳机之后 , 声音便直接经由耳道 , 被鼓膜接收了 。 失去了头部加密的过程 , 耳机内的声音听起来也就没有了方向感 。
但是 , 随着声信号处理技术的发展 , 我们可以通过在耳机内部置入电子设备 , 来模拟头部的加密过程 。 如果我们的电子设备与头相关函数的加密方法一致 , 那么经过电子设备加密之后的声音就可以被大脑解密出方位信息 , 成功地“欺骗”大脑 。
正是基于这样的思路 , 工程师们开发了基于头相关函数数据库的空间音频方法 。 他们用数字电路来模拟整个的头相关函数数据库 , 然后对耳机内的声音进行特定方向上的加密 , 这样 , 就能够让耳机内的声音听起来具有特定的方向感 。
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图片来源:百度百科
举例来说 , 在一场真实的音乐会上 , 小提琴在听众的左边45° , 钢琴在听众的右边45° , 无论是小提琴的声音 , 还是钢琴的声音 , 都能够经过听众的头部进行加密 , 现场声音听起来就有很好的方向感 。
如果线上的观众也想通过耳机获得身临其境的体验 , 那么耳机内部的数字电路可以选择左边45°的头相关函数来加密小提琴的声音 , 右边45°的头相关函数加密钢琴的声音 , 这样就能够“欺骗”大脑 , 让耳机内的声音听起来也有很好的方向感 。
由于这种声音不是从真实的空间中发出来 , 而是通过信号处理这样一种虚拟的方式“加密”出来的 , 所以被称为虚拟环绕声 。
近些年 , 随着耳机等可穿戴设备的应用越来越多 , 虚拟环绕声技术得到了大量的应用 , 也被科技公司称为沉浸式空间音频技术 。
参考文献:
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[6] 胡红梅, 周琳, 马浩, 杨飞然, 吴镇扬. 耳机虚拟声系统的外部化方法[J]. 东南大学学报(自然科学版), 2008(01): 1-5.
出品:科普中国
制作:王泰辉 (中科院声学所中科院噪声与振动重点实验室)
监制:中国科学院计算机网络信息中心
来源:重庆二三里
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