耳机里的声音为什么会有方向感？(2)

　　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。

　　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。

　　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：

　　[1] 俞胜锋。 基于脑电的双耳听觉定位的初步研究[D]。 华南理工大学， 2019。

　　[2] 黄劲文， 杨飞然， 杨军。 头部跟踪器的虚拟声源定位系统[J]。 网络新媒体技术，2019，8（02）：28-35。

　　[3] Blauert J。 Spatial hearing： the psychophysics of human sound localization[M]。 MIT press， 1997。

　　[4] 杨飞然。 头相关传递函数测试新方法[J]。 应用声学， 2014， 33（03）： 263。

　　[5] 谢菠荪。 头相关传输函数与虚拟听觉[M]。 国防工业出版社， 2008。

　　[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。