Amadeus Acoustics公司創始人講述沉浸式音響的真正含義

Thorsten Rohde在擴聲和室內聲學領域活躍了30年，他是Rohde Acoustics（羅德聲學）的總經理、Amadeus Acoustics公司的創始人之一，也是奧地利維也納音樂與表演藝術大學和格拉茨技術大學的聲學高級講師。今天，他向《ProAVLAsia-亞洲專業視聽》探討了沉浸式音響的真正含義。

我們人類無論作為發送方還是接收方都擁有一種沉浸式的影響力。這種影響遍及各種感官層面，其中尤以聽覺感知最為顯著。通常情況下，我們每個人都有兩個聽覺受體，并擁有以不同形式產生聲音的能力。得益于大腦對信號的處理，我們能夠從各個角度感知周圍的環境。此外，我們還能從各個方向發出聲音信號，然后截獲它們的反射。

Rohde Acoustics的總經理、Amadeus Acoustics的創始人Thorsten Rohde

因此，無論是單聲道還是立體聲信號復制，都無法真正復制我們人類的“物種特有的聽覺”。因此，音頻領域的進步理應解決這一問題，努力為聽眾提供沉浸式的環繞聲系統。目前有多種技術解決方案能夠創建3D聲場，現在正是為這些系統量身打造內容，最大限度地提高其效率和經濟可行性的大好時機。

一個多功能空間只有在能用于各種活動形式（從語音到電聲擴音音樂會再到交響音樂會）時，才具有商業可行性。舉辦活動的類型決定了多功能廳必要的聲學特性，因此必須對其進行相應的調整。此外，還必須能夠將來自各個方向的音頻信號空間化。這不僅與單個音源有關，還與營造氛圍的音景有關，因為房間本身就是一種包羅萬象的聲音體驗。

德國阿爾伯特國王劇院安裝了一個隱形的沉浸聲系統

如果你進入一個房間并發出聲音，例如拍手，你就會收到一個“回應”，這個回應會給出房間大小和性質的提示。只要稍加練習，即使閉著眼睛也能感受到房間的特征。每個房間都有自己的聲學特征，由幾何形狀和家具布置而成。我們可以感受到來自邊界表面的各個方向的聲音反射，并以此來判斷房間的響度、清晰度、包圍感和親切感。

現在，這種聲學特征正在可以通過電子聲學和數字信號處理技術進行操縱，這為聲音設計師開辟了全新的活動領域。你可以精確創建或“混合”表演所需的空間。例如，一個為揚聲器信號重放而優化過的聲學大廳，并不適合合唱音樂或室內交響樂。這種房間調整最簡單的方法是改變混響時間，但這只是開始；首先，你需要理解什么是自然聲場，以及如何主動改變自然聲場。

主動聲學系統利用揚聲器、麥克風和信號處理器等電聲元件，取代或補充被動聲學中使用的吸收器、反射器和擴散器以改變室內聲學。最初，人們對兩種基本概念進行了區分：直列式（in-line）和再生式（non-in-line非直列式）系統，主要區別在于如何處理麥克風和揚聲器之間的反饋（圖1）。

圖1

在線系統使用多個指向性麥克風，放置在聲源的臨界距離內。由于麥克風和揚聲器的指向性和空間隔離，環路增益盡可能低，麥克風和揚聲器之間的反饋得以減少或避免。大廳內的聲學變化是通過算法方法或將麥克風信號與測量或生成的脈沖響應折疊而產生的。因此，觀眾和表演者處于不同的聲學環境中。電聲生成的第二個房間與現有的建筑結構脫鉤，在舞臺區域沒有信號源的情況下，聆聽區域的聲學環境不會發生變化。

另一方面，再生方法（圖2）利用麥克風和揚聲器之間的信號反饋回路來產生混響。麥克風放置在聲源臨界距離之外，最好是在房間的擴散聲場中。因此，聽眾和表演者處于相同的聲學環境中。聽眾還能與主動產生的室內聲學效果進行互動。

圖2

如今的系統通常以混合方式使用這兩種概念。在再生概念中，被動空間和主動空間通過反饋回路混合，新產生的組合空間與被動聲學相連。由于再生概念的傳聲器放置在擴散聲場中，因此只能調整后期混響時間。此外，將傳聲器放置在離聲源更近的位置的直列式概念也能影響早期反射模式，而早期反射模式是造成許多聲學現象的原因，并在很大程度上決定了音樂廳的品質。許多系統將傳聲器信號與生成的或測量的脈沖響應進行合成。

至于混音概念，除了現有房間幾何形狀產生的被動反射之外，以這種方式產生的反射模式也會重現，從而與被動聲學解耦。其效果類似于打開幾扇通向額外混響室的門，盡管具有復雜脈沖響應的輸入信號經過了很好的房間處理，但它們仍然通過單只揚聲器進行重放。這更像是通過一扇或多扇敞開的門聆聽大廳的聲音，可想而知，要在整個房間營造出自然的聲場是多么困難。

此外，在現有的被動空間上又增加了一個主動生成的空間，這有可能產生不自然的雙重空間。因此，只能對相應的系統進行非常微弱的調節，使被動空間傾向于掩蓋雙重聲學，從而導致衰減曲線出現“拐點”，即所謂的雙斜率。如果在反饋之前有足夠的增益來達到相應的強度，結果就會產生可聽見的聲學偽影。

其他系統則使用根據房間現有幾何形狀生成的幾何反射模式，并有針對性地改變其屬性。主動聲學系統中的幾何概念描述了一種混合系統，該系統根據現有建筑的三維模型生成所有主動反射。聲源由均勻分布的麥克風拾取，并對其位置進行分析。圖3顯示了這種系統的基本結構（紅色和綠色點狀麥克風以及與揚聲器相關的矢量；VM=矢量矩陣，MDR=多通道混響）。反射是使用與聲源位置相關的矢量模型創建的。間隔均勻的揚聲器被映射到墻壁表面以重現指定的主動反射。

圖3

反射可以根據其空間和能量分布、密度和音色進行控制。除了來自聲源的直達聲，分布式麥克風網格產生的所有反射聲也會被捕獲。系統開始產生漫反射聲場，該聲場也取決于實際空間的幾何形狀，并由矢量矩陣提供。通過改變局部矢量，可以對空間幾何形狀進行操作（圖4）。

圖4

現在我們已經熟悉了這些工具，但要為表演者和觀眾創造難忘的聲音體驗，還需要聲音設計師的創造力。圖5顯示了主觀聲學參數，這些參數可用于描述大廳中的聲音印象和聽眾的喜好。這些參數基于美國聲學專家、麻省理工學院前教授Leo Beranek和阿爾托大學電氣工程學院的Tapio Lokki的研究成果。有大量關于音樂廳聲學的文獻描述了這些主觀參數。有趣的是，有些聽眾喜歡清晰、親切的音響效果，而有些聽眾則喜歡大音量時強烈的包裹感。為了讓所有聽眾都能獲得滿意的體驗，必須對清晰度、親切感、包圍感和音量等參數進行相應的調整。主動、訓練有素的聆聽還不能輕易被取代！在房間內使用主動聲學技術之前，必須先了解藝術家和聽眾各自的需求和偏好?，F在，聲音設計師的任務是創造性地、專業地運用主動聲學來滿足這些需求。

圖5

當然，這種系統也可用于3D音頻應用。獨立的信號輸入可將3D音頻空間化，用于現場活動或沉浸式體驗。音頻對象可以在房間中以3D空間定位并清晰可聞。在3D房間模型的基礎上，現場信號或預先錄制的內容可以在3D 空間內連續移動。理想情況下，3D音頻與主動聲學同時且獨立地工作。

如今，我們擁有各種系統和工具，可用于創建沉浸式和環繞式聆聽體驗。現在是聲音設計師不僅要開始使用環繞式揚聲器系統播放錄制或現場信號，還要為特定活動“混音”整個房間的時候了。主動聲學和沉浸式音頻為難忘而動人的時刻創造了沉浸式聲學體驗。