身临其境VR立体声耳机解密

技术宅

对于音乐和游戏爱好者，一款好的耳机是听音乐和玩游戏时的必配装备。不过即使是再好的耳机，因为它发出的声音像是在我们的脑袋里发出的，所以总有种不真实的感觉。而随着虚拟现实技术的发展，像杜比开发出的Atmos技术、森海塞尔开发出的AM BEO技术，它们通过模拟人脑定位声源的信号，让耳机的声音更加真实（图1）。那么这些整合虚拟现实技术的立体声耳机是怎样实现更为真实的听觉效果？让我们来看看它们的背后又有什么样的技术支撑。

VR耳机？不是显示技术

VR核心是“虚拟沉浸式体验”，它可以让用户仿佛置身于真实的物理环境中，不过目前主流的VR主要存在于视频体验中。显然VR耳机也要有类似的“沉浸式体验”，能够让用户听到最真实的音效。大家知道，传统的耳机产品声音总是固定在用户脑袋四周一个半径极小的范围内，它们与用户视觉并不联动，只会一直贴在耳朵边上。因此不管用户怎么晃动脑袋都一样，感觉并不真实，始终觉得声音只像是脑袋里发出的。

随着VR技术的发展和VR设备的普及，VR耳机应运而生。VR耳机简单地说就是整合VR技术，并且可以和VR视频设备联动的一种3D耳机。与传统耳机相比，这类耳机能够通过音频信号VR处理技术，获得类似VR视频设备那样的沉浸感。这就是VR耳机，比如森海塞尔开发出的支持AMBEO技术耳机（图2）。

沉浸式？VR耳机背后

如上所述，VR耳机一个最重要的特征就是能够给用户带来沉浸式的听觉体验。那么这种沉浸式体验又是怎样实现的？

传统立体声耳机是通过左右输出立体声实现，这种立体声音频的输出是通过左右声道声场的变化实现。它的左右声道的声场是不一样的，比如有人从舞台左边一直唱歌走到右边，你左右耳机的声音从左声道开始大，变到左声道小，然后右声道大，通过用两个耳机最大限度地实现现场音频的重放。显然这种传统立体声耳机提供的声场变化不够丰富，从声场变化的效果看几乎就是简单的上下、左右、前后的平面直线效果，无法给用户提供沉浸式的听觉体险。

为了迎合日渐普及的VR设备，耳机制造商们纷纷推出各自的VR耳机。VR耳机的核心就是对声场效果进行重建，比如森海塞尔开发出的支持AMBEO技术耳机，它可以将扬声器按照空间分布，从而将声源重建在3D空间中的任一位置，实现声源方位的重现。它的耳机内设置了多个发声单元，组成了一个3D麦克风阵列，能够配合特定算法模拟出不同的声学环境，用于营造一种仿真的可变声场。这样这些可变声场可以发出不同变化的声场效果，使得这些3D音频能够不再局限于双声道单层面立体声音场，提供更好的立体感和空间感，让用户可以享受到沉浸式的听觉体验（图3）。

另一方面，VR耳机为了能够和VR视频无缝结合，它可以与VR设备的发声单元结合。目前VR耳机硬件厂商通过为内容开发商提供SDK接口实现VR音效的整合，这样开发者就能在VR耳机上实现不同内容的声音需求，让耳机在特定的声学环境下根据状态（游戏、VR视频）的声音给用户相应的反应。

VR耳机这种反应主要是借助HRTF（头部相关传输函数）技术实现，比如在传统的FPS游戏中，通过HRTF等声音定位处理技术模拟游戏中的声音定位，并利用特定的运算方式，这样在玩家转动头部时实时计算出当前不同方向或位置声音所产生的大小和音调等，进而制造出360度立体空间声音定位的效果。举个例子，比如在游戏中玩家转头向右，那么VR耳机感知到用户的这个操作后就会让虚拟立体声场发生变化，如加强右侧声场的变化，使得用户在执行诸如转头、起身的动作时，都会觉得听觉来源和效果是不一样的，能够在VR游戏中获得和视觉效果一样的沉浸式体验（图4）。

VR音效任重道远

随着VR设备的普及，显然每个使用VR设备的朋友都希望能够获得更为真实的VR音效。虽然VR耳机技术的发展前景非常喜人，但是发展道路并不平坦。首先VR耳机的普及需要有内置3D SDK模块的支持，而SDK开发又涉及到众多的VR厂商，目前并没有一个统一的标准；其次3D/VR内容的匮乏也是阻碍因素之一。目前虽然绝大部分VR游戏都支持3D音频，但是从整体数量来看，目前那些数量有限的VR游戏显然还无法刺激大家去使用VR耳机。

目前VR耳机主要是作为VR设备的配套组件存在，要想让VR耳机自成一体独立发展起来，开发者就要将音频算法封装到实体DSP模塊中，并对算法进行功耗和性能上的优化，使得其能够独立在耳机内部电路中运行。这样即使脱离VR视频也可以让用户有沉浸式的听觉体验，这也是未来VR耳机的发展趋势。