引言
Thorsten Rohde在扩声和室内声学领域活跃了30年，他是Rohde Acoustics（罗德声学）的总经理、Amadeus Acoustics公司的创始人之一，也是奥地利维也纳音乐与表演艺术大学和格拉茨技术大学的声学高级讲师。今天，他向《ProAVLAsia-亚洲专业视听》探讨了沉浸式音响的真正含义。
我
们人类无论作为发送方还是接收方都拥有一种沉浸式的影响力。这种影响遍及各种感官层面，其中尤以听觉感知最为显著。通常情况下，我们每个人都有两个听觉受体，并拥有以不同形式产生声音的能力。得益于大脑对信号的处理，我们能够从各个角度感知周围的环境。此外，我们还能从各个方向发出声音信号，然后截获它们的反射。
Rohde Acoustics的总经理、Amadeus Acoustics的创始人Thorsten Rohde
因此，无论是单声道还是立体声信号复制，都无法真正复制我们人类的“物种特有的听觉”。因此，音频领域的进步理应解决这一问题，努力为听众提供沉浸式的环绕声系统。目前有多种技术解决方案能够创建3D声场，现在正是为这些系统量身打造内容，最大限度地提高其效率和经济可行性的大好时机。
一个多功能空间只有在能用于各种活动形式（从语音到电声扩音音乐会再到交响音乐会）时，才具有商业可行性。举办活动的类型决定了多功能厅必要的声学特性，因此必须对其进行相应的调整。此外，还必须能够将来自各个方向的音频信号空间化。这不仅与单个音源有关，还与营造氛围的音景有关，因为房间本身就是一种包罗万象的声音体验。
德国阿尔伯特国王剧院安装了一个隐形的沉浸声系统
如果你进入一个房间并发出声音，例如拍手，你就会收到一个“回应”，这个回应会给出房间大小和性质的提示。只要稍加练习，即使闭着眼睛也能感受到房间的特征。每个房间都有自己的声学特征，由几何形状和家具布置而成。我们可以感受到来自边界表面的各个方向的声音反射，并以此来判断房间的响度、清晰度、包围感和亲切感。
现在，这种声学特征正在可以通过电子声学和数字信号处理技术进行操纵，这为声音设计师开辟了全新的活动领域。你可以精确创建或“混合”表演所需的空间。例如，一个为扬声器信号重放而优化过的声学大厅，并不适合合唱音乐或室内交响乐。这种房间调整最简单的方法是改变混响时间，但这只是开始；首先，你需要理解什么是自然声场，以及如何主动改变自然声场。
主动声学系统利用扬声器、麦克风和信号处理器等电声元件，取代或补充被动声学中使用的吸收器、反射器和扩散器以改变室内声学。最初，人们对两种基本概念进行了区分：直列式（in-line）和再生式（non-in-line非直列式）系统，主要区别在于如何处理麦克风和扬声器之间的反馈（图1）。
图1
在线系统使用多个指向性麦克风，放置在声源的临界距离内。由于麦克风和扬声器的指向性和空间隔离，环路增益尽可能低，麦克风和扬声器之间的反馈得以减少或避免。大厅内的声学变化是通过算法方法或将麦克风信号与测量或生成的脉冲响应折叠而产生的。因此，观众和表演者处于不同的声学环境中。电声生成的第二个房间与现有的建筑结构脱钩，在舞台区域没有信号源的情况下，聆听区域的声学环境不会发生变化。
另一方面，再生方法（图2）利用麦克风和扬声器之间的信号反馈回路来产生混响。麦克风放置在声源临界距离之外，最好是在房间的扩散声场中。因此，听众和表演者处于相同的声学环境中。听众还能与主动产生的室内声学效果进行互动。
图2
如今的系统通常以混合方式使用这两种概念。在再生概念中，被动空间和主动空间通过反馈回路混合，新产生的组合空间与被动声学相连。由于再生概念的传声器放置在扩散声场中，因此只能调整后期混响时间。此外，将传声器放置在离声源更近的位置的直列式概念也能影响早期反射模式，而早期反射模式是造成许多声学现象的原因，并在很大程度上决定了音乐厅的品质。许多系统将传声器信号与生成的或测量的脉冲响应进行合成。
至于混音概念，除了现有房间几何形状产生的被动反射之外，以这种方式产生的反射模式也会重现，从而与被动声学解耦。其效果类似于打开几扇通向额外混响室的门，尽管具有复杂脉冲响应的输入信号经过了很好的房间处理，但它们仍然通过单只扬声器进行重放。这更像是通过一扇或多扇敞开的门聆听大厅的声音，可想而知，要在整个房间营造出自然的声场是多么困难。
此外，在现有的被动空间上又增加了一个主动生成的空间，这有可能产生不自然的双重空间。因此，只能对相应的系统进行非常微弱的调节，使被动空间倾向于掩盖双重声学，从而导致衰减曲线出现“拐点”，即所谓的双斜率。如果在反馈之前有足够的增益来达到相应的强度，结果就会产生可听见的声学伪影。
其他系统则使用根据房间现有几何形状生成的几何反射模式，并有针对性地改变其属性。主动声学系统中的几何概念描述了一种混合系统，该系统根据现有建筑的三维模型生成所有主动反射。声源由均匀分布的麦克风拾取，并对其位置进行分析。图3显示了这种系统的基本结构（红色和绿色点状麦克风以及与扬声器相关的矢量；VM=矢量矩阵，MDR=多通道混响）。反射是使用与声源位置相关的矢量模型创建的。间隔均匀的扬声器被映射到墙壁表面以重现指定的主动反射。
图3
反射可以根据其空间和能量分布、密度和音色进行控制。除了来自声源的直达声，分布式麦克风网格产生的所有反射声也会被捕获。系统开始产生漫反射声场，该声场也取决于实际空间的几何形状，并由矢量矩阵提供。通过改变局部矢量，可以对空间几何形状进行操作（图4）。
图4
现在我们已经熟悉了这些工具，但要为表演者和观众创造难忘的声音体验，还需要声音设计师的创造力。图5显示了主观声学参数，这些参数可用于描述大厅中的声音印象和听众的喜好。这些参数基于美国声学专家、麻省理工学院前教授Leo Beranek和阿尔托大学电气工程学院的Tapio Lokki的研究成果。有大量关于音乐厅声学的文献描述了这些主观参数。有趣的是，有些听众喜欢清晰、亲切的音响效果，而有些听众则喜欢大音量时强烈的包裹感。为了让所有听众都能获得满意的体验，必须对清晰度、亲切感、包围感和音量等参数进行相应的调整。主动、训练有素的聆听还不能轻易被取代！在房间内使用主动声学技术之前，必须先了解艺术家和听众各自的需求和偏好。现在，声音设计师的任务是创造性地、专业地运用主动声学来满足这些需求。
图5
当然，这种系统也可用于3D音频应用。独立的信号输入可将3D音频空间化，用于现场活动或沉浸式体验。音频对象可以在房间中以3D空间定位并清晰可闻。在3D房间模型的基础上，现场信号或预先录制的内容可以在3D 空间内连续移动。理想情况下，3D音频与主动声学同时且独立地工作。
如今，我们拥有各种系统和工具，可用于创建沉浸式和环绕式聆听体验。现在是声音设计师不仅要开始使用环绕式扬声器系统播放录制或现场信号，还要为特定活动“混音”整个房间的时候了。主动声学和沉浸式音频为难忘而动人的时刻创造了沉浸式声学体验。
www.amadeus-acoustics.com
