Amadeus Acoustics公司創(chuàng)始人講述沉浸式音響的真正含義

Thorsten Rohde在擴(kuò)聲和室內(nèi)聲學(xué)領(lǐng)域活躍了30年，他是Rohde Acoustics（羅德聲學(xué)）的總經(jīng)理、Amadeus Acoustics公司的創(chuàng)始人之一，也是奧地利維也納音樂與表演藝術(shù)大學(xué)和格拉茨技術(shù)大學(xué)的聲學(xué)高級講師。今天，他向《ProAVLAsia-亞洲專業(yè)視聽》探討了沉浸式音響的真正含義。

我們?nèi)祟悷o論作為發(fā)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(gè)人都有兩個(gè)聽覺受體，并擁有以不同形式產(chǎn)生聲音的能力。得益于大腦對信號的處理，我們能夠從各個(gè)角度感知周圍的環(huán)境。此外，我們還能從各個(gè)方向發(fā)出聲音信號，然后截獲它們的反射。

Rohde Acoustics的總經(jīng)理、Amadeus Acoustics的創(chuàng)始人Thorsten Rohde

因此，無論是單聲道還是立體聲信號復(fù)制，都無法真正復(fù)制我們?nèi)祟惖摹拔锓N特有的聽覺”。因此，音頻領(lǐng)域的進(jìn)步理應(yīng)解決這一問題，努力為聽眾提供沉浸式的環(huán)繞聲系統(tǒng)。目前有多種技術(shù)解決方案能夠創(chuàng)建3D聲場，現(xiàn)在正是為這些系統(tǒng)量身打造內(nèi)容，最大限度地提高其效率和經(jīng)濟(jì)可行性的大好時(shí)機(jī)。

一個(gè)多功能空間只有在能用于各種活動(dòng)形式（從語音到電聲擴(kuò)音音樂會(huì)再到交響音樂會(huì)）時(shí)，才具有商業(yè)可行性。舉辦活動(dòng)的類型決定了多功能廳必要的聲學(xué)特性，因此必須對其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。此外，還必須能夠?qū)碜愿鱾€(gè)方向的音頻信號空間化。這不僅與單個(gè)音源有關(guān)，還與營造氛圍的音景有關(guān)，因?yàn)榉块g本身就是一種包羅萬象的聲音體驗(yàn)。

德國阿爾伯特國王劇院安裝了一個(gè)隱形的沉浸聲系統(tǒng)

如果你進(jìn)入一個(gè)房間并發(fā)出聲音，例如拍手，你就會(huì)收到一個(gè)“回應(yīng)”，這個(gè)回應(yīng)會(huì)給出房間大小和性質(zhì)的提示。只要稍加練習(xí)，即使閉著眼睛也能感受到房間的特征。每個(gè)房間都有自己的聲學(xué)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(gè)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(xiàn)在，這種聲學(xué)特征正在可以通過電子聲學(xué)和數(shù)字信號處理技術(shù)進(jìn)行操縱，這為聲音設(shè)計(jì)師開辟了全新的活動(dòng)領(lǐng)域。你可以精確創(chuàng)建或“混合”表演所需的空間。例如，一個(gè)為揚(yáng)聲器信號重放而優(yōu)化過的聲學(xué)大廳，并不適合合唱音樂或室內(nèi)交響樂。這種房間調(diào)整最簡單的方法是改變混響時(shí)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(dòng)改變自然聲場。

主動(dòng)聲學(xué)系統(tǒng)利用揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)和信號處理器等電聲元件，取代或補(bǔ)充被動(dòng)聲學(xué)中使用的吸收器、反射器和擴(kuò)散器以改變室內(nèi)聲學(xué)。最初，人們對兩種基本概念進(jìn)行了區(qū)分：直列式（in-line）和再生式（non-in-line非直列式）系統(tǒng)，主要區(qū)別在于如何處理麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器之間的反饋（圖1）。

圖1

在線系統(tǒng)使用多個(gè)指向性麥克風(fēng)，放置在聲源的臨界距離內(nèi)。由于麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器的指向性和空間隔離，環(huán)路增益盡可能低，麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器之間的反饋得以減少或避免。大廳內(nèi)的聲學(xué)變化是通過算法方法或?qū)Ⅺ溈孙L(fēng)信號與測量或生成的脈沖響應(yīng)折疊而產(chǎn)生的。因此，觀眾和表演者處于不同的聲學(xué)環(huán)境中。電聲生成的第二個(gè)房間與現(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)脫鉤，在舞臺區(qū)域沒有信號源的情況下，聆聽區(qū)域的聲學(xué)環(huán)境不會(huì)發(fā)生變化。

另一方面，再生方法（圖2）利用麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器之間的信號反饋回路來產(chǎn)生混響。麥克風(fēng)放置在聲源臨界距離之外，最好是在房間的擴(kuò)散聲場中。因此，聽眾和表演者處于相同的聲學(xué)環(huán)境中。聽眾還能與主動(dòng)產(chǎn)生的室內(nèi)聲學(xué)效果進(jìn)行互動(dòng)。

圖2

如今的系統(tǒng)通常以混合方式使用這兩種概念。在再生概念中，被動(dòng)空間和主動(dòng)空間通過反饋回路混合，新產(chǎn)生的組合空間與被動(dòng)聲學(xué)相連。由于再生概念的傳聲器放置在擴(kuò)散聲場中，因此只能調(diào)整后期混響時(shí)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(xué)現(xiàn)象的原因，并在很大程度上決定了音樂廳的品質(zhì)。許多系統(tǒng)將傳聲器信號與生成的或測量的脈沖響應(yīng)進(jìn)行合成。

至于混音概念，除了現(xiàn)有房間幾何形狀產(chǎn)生的被動(dòng)反射之外，以這種方式產(chǎn)生的反射模式也會(huì)重現(xiàn)，從而與被動(dòng)聲學(xué)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(fù)雜脈沖響應(yīng)的輸入信號經(jīng)過了很好的房間處理，但它們?nèi)匀煌ㄟ^單只揚(yáng)聲器進(jìn)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(gè)房間營造出自然的聲場是多么困難。

此外，在現(xiàn)有的被動(dòng)空間上又增加了一個(gè)主動(dòng)生成的空間，這有可能產(chǎn)生不自然的雙重空間。因此，只能對相應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)行非常微弱的調(diào)節(jié)，使被動(dòng)空間傾向于掩蓋雙重聲學(xué)，從而導(dǎo)致衰減曲線出現(xiàn)“拐點(diǎn)”，即所謂的雙斜率。如果在反饋之前有足夠的增益來達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度，結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生可聽見的聲學(xué)偽影。

其他系統(tǒng)則使用根據(jù)房間現(xiàn)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(dòng)聲學(xué)系統(tǒng)中的幾何概念描述了一種混合系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)有建筑的三維模型生成所有主動(dòng)反射。聲源由均勻分布的麥克風(fēng)拾取，并對其位置進(jìn)行分析。圖3顯示了這種系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（紅色和綠色點(diǎn)狀麥克風(fēng)以及與揚(yáng)聲器相關(guān)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(guān)的矢量模型創(chuàng)建的。間隔均勻的揚(yáng)聲器被映射到墻壁表面以重現(xiàn)指定的主動(dòng)反射。

圖3

反射可以根據(jù)其空間和能量分布、密度和音色進(jìn)行控制。除了來自聲源的直達(dá)聲，分布式麥克風(fēng)網(wǎng)格產(chǎn)生的所有反射聲也會(huì)被捕獲。系統(tǒng)開始產(chǎn)生漫反射聲場，該聲場也取決于實(shí)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(jìn)行操作（圖4）。

圖4

現(xiàn)在我們已經(jīng)熟悉了這些工具，但要為表演者和觀眾創(chuàng)造難忘的聲音體驗(yàn)，還需要聲音設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造力。圖5顯示了主觀聲學(xué)參數(shù)，這些參數(shù)可用于描述大廳中的聲音印象和聽眾的喜好。這些參數(shù)基于美國聲學(xué)專家、麻省理工學(xué)院前教授Leo Beranek和阿爾托大學(xué)電氣工程學(xué)院的Tapio Lokki的研究成果。有大量關(guān)于音樂廳聲學(xué)的文獻(xiàn)描述了這些主觀參數(shù)。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(shí)強(qiáng)烈的包裹感。為了讓所有聽眾都能獲得滿意的體驗(yàn)，必須對清晰度、親切感、包圍感和音量等參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。主動(dòng)、訓(xùn)練有素的聆聽還不能輕易被取代！在房間內(nèi)使用主動(dòng)聲學(xué)技術(shù)之前，必須先了解藝術(shù)家和聽眾各自的需求和偏好?，F(xiàn)在，聲音設(shè)計(jì)師的任務(wù)是創(chuàng)造性地、專業(yè)地運(yùn)用主動(dòng)聲學(xué)來滿足這些需求。

圖5

當(dāng)然，這種系統(tǒng)也可用于3D音頻應(yīng)用。獨(dú)立的信號輸入可將3D音頻空間化，用于現(xiàn)場活動(dòng)或沉浸式體驗(yàn)。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(chǔ)上，現(xiàn)場信號或預(yù)先錄制的內(nèi)容可以在3D 空間內(nèi)連續(xù)移動(dòng)。理想情況下，3D音頻與主動(dòng)聲學(xué)同時(shí)且獨(dú)立地工作。

如今，我們擁有各種系統(tǒng)和工具，可用于創(chuàng)建沉浸式和環(huán)繞式聆聽體驗(yàn)?，F(xiàn)在是聲音設(shè)計(jì)師不僅要開始使用環(huán)繞式揚(yáng)聲器系統(tǒng)播放錄制或現(xiàn)場信號，還要為特定活動(dòng)“混音”整個(gè)房間的時(shí)候了。主動(dòng)聲學(xué)和沉浸式音頻為難忘而動(dòng)人的時(shí)刻創(chuàng)造了沉浸式聲學(xué)體驗(yàn)。