如何使便携产品产生空间音频

道内声音的附加处理是有必要的，它可以消除或减少串扰效应，并考虑到聆听者所处位置对声音的可能影响，包括扬声器的角度与距离；不同年龄、性别或种族的耳朵灵敏度与形状；头部与躯干的尺寸与质量；以及所处物理环境，包括是否存在反射或吸收材料。所有这些因素都决定了一名聆听者能否以及如何精确地判断出一个声源位置。因此，用于扬声系统的空间音频创建技术还必须包括声学波束形成。

声学波束形成

扬声器音频重现中的声学波束形成是指将音频波指向某个方向的能力，而不是扬声器一般的辐射模式。理想的扬声器是一种处于无限反射板中的活塞式声源组，它的辐射模式取决相对于扬声器振膜半径的重现频率。声音波束的角度与扬声器活塞半径和声音波长之比有关。在低频时，扬声器的声音均匀地散播在扬声器前的所有方向上。因此，可以在屋子前面的几乎任意地方放置低音炮，而能从屋子中的任何地方听到相同质量的低音。

随着频率的提高，扬声器前的辐射模式越来越集中，逐渐成为围绕一根垂直于扬声器表面轴线的狭窄的锥形。在锥形内声压级最强，而在锥形外则快速跌落。在一部高保真音箱前，两边来回移动聆听高频声，就可以测得这种效应。

另外，实际扬声器都处于相对较小的有限箱体内，而不是无限反射板。箱体边缘会产生声波的衍射，从而导致更加复杂的辐射模式。如果将扬声器置于一个开放的地方，只要聆听位置处于与扬声器前立面垂直的轴线上，就可以正确地听到所有重现频率。

如果扬声器放在室内，则聆听位置就不再那么关键，因为墙壁和家具都会以各种角度反射声波。尽管反射便于人们从各种位置的聆听，但由于反射来自不同时间，携带了不同的原信号强度，因此获得的声音缺乏清晰度。

极端情况下的声学波束成形方法尝试将扬声器的声音能量指向室内环境中的某个角度。单扬声器的声学波束成形是困难的，因此一般应用都要使用两个或更多的扬声器。采用多只扬声器也可以通过声波能量的结合与破坏，创造出某种方向样式。

在一个多扬声器阵列中，阵列的大小与形状也使某种定向样式成为可能。阵列通常是线性的，但也可以是2维阵列，如曲线、平面、圆，或这些类型的组合（图3）。一般来说，在较高频下更容易实现和辨别出空间效果。不过，一个有良好低频响应的大型阵列与扬声器也能在低频端做出很好的方向性控制。

图3 用扬声器阵列波束成形技术，声波在期望的空间位置上产生有益的干涉。

阵列的尺寸与形状部分地决定了实现所需空间效果要采用的技术。另外一个因素是阵列建立的目的。例如，画中画功能可以让两个观看者看两个电视频道，但如果你想为电视机前端坐的几个人都仿真出一个5.1环绕声环境，就需要其它的技术。实际情况是，一个空间音频系统可能必须同时支持两种方法，并且可能还有一些其它方法，消费者才能有愉悦的聆听体验，而与电视节目的模式无关。

波束成形技术

机械的波束成形器是靠扬声器物理尺寸与位置来产生所需要的空间效果，而电子波束成形器则采用DSP，先对信号做处理，再将音频信号提供给扬声器。根据不同应用，可以将这些方法结合使用。

电子波束成形技术最初开发用于雷达应用。它在音频中的首次应用出现在话筒阵列中，用于捕捉语音和音频。这一领域中多年来的大量应用产生了音频波束成形算法。

话筒阵列波束成形的基本概念是：单独调节阵列中每个单元所接收信号的相位与波幅，使联合输出可以获得某个方向上的最大信噪比。这个概念类似于采用带通滤波方式，在频域中提取所需信号。但对话筒阵列的波束成形，工作是发生在空间域，通带可以配置为各个方向。现在已有很多广为报道的波束成形技术，对某一技术的选择通常取决于应用的要求与约束。

虽然音频波束成形广泛应用于音频信号的捕获，但它的音频回放中的使用却相对有限。一个主要的原因是，立体声系统一直能提供相对良好的性能，对很多应用来说，没必要使用两只以上的扬声器。但是，现在不断缩小的便携设备机械部件给立体声回放带来了重大挑战。例如，由于扬声器尺寸减小导致输出音量的损失，以及由于扬声器间距窄小而导致立体声像的模糊不清，都是问题。

平板电视越做越薄，严重限制了扬声器锥体的振动，从而降低了输出音量等级以及音频质量。克服这些限制的一种方法是使用一个小扬声器阵列，以增加整体音量，并使用音频波束成形技术做出一个更好的声常很多其它方法也可以通过扬声器阵列系统创造出空间音频，如WFS（波场综合）和现场立体声，但它们通常都需要十几到数百只扬声器和大量的空间。因此，它们一般用于剧院和听音室，