3D音效深度探究

1、3D 音效深度探究隨著電腦的家用市場(chǎng)和游戲市場(chǎng)逐漸為人們所重視PC 已經(jīng)不再只有簡(jiǎn)單的主機(jī)、顯示器、鼠標(biāo)鍵盤三大件了，音箱也成了它最顯著的標(biāo)志。一、音效技術(shù)的發(fā)展早期，出于對(duì)電子樂器彼此交換信息的需要，MIDI 生產(chǎn)商協(xié)會(huì)（MIDIManufacturersAssociation）制MIDI80 年代開始許多計(jì)算機(jī)就已經(jīng)擁有了這些接口，不過那時(shí)計(jì)算機(jī)所扮演的角色只是音序器而已，聲卡的最主要用途便基于此了。Yamaha 公司開始讓頻率調(diào)制（FM）PC 小喇叭提供的效果相較不知要好多少倍。不過人們并沒有就此滿足，90 年代中期，波表合成的方式開始嶄露頭角。它的原理是預(yù)先對(duì)樂器聲音PC CPU 經(jīng)過

2、處理來發(fā)聲。根據(jù)處理方式的不同主要又分為軟波表和硬波表兩種。這時(shí)的聲卡已經(jīng)開始走向成熟。FM 合成和波表合成技術(shù)；內(nèi)建可控制外部的電子樂器、甚至還身兼 CD 不過為了建立臨場(chǎng)的真實(shí)感人們開始了更深層次的尋求。最初大家的注意力都集中在如何更好地再現(xiàn)音場(chǎng)的方向上，下面我們就來看看這些現(xiàn)在已經(jīng)普遍使用的方法。單聲道（Mono）所謂的單聲道就是聲音由一只音箱產(chǎn)生的效果，聽眾可以很明顯地聽出聲音的來源就是音箱所擺放的（1）立體聲系統(tǒng)需要一對(duì)音箱來完成任務(wù)，它通過調(diào)整系統(tǒng)中兩只音箱發(fā)出聲音的大小，讓我們誤認(rèn)為聲（2）（Extendedstereo）這種技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)立體聲的一種延續(xù)，通過某種算法對(duì)兩只音箱系

3、統(tǒng)中的聲音進(jìn)行處理后，過去只能（3）四聲道（Quadraphonics）實(shí)際上這也是對(duì)基本的立體聲概念進(jìn)行的擴(kuò)展，它需要的音箱數(shù)目是四只。這樣的安排可以表達(dá)在四3D （4)還是基于立體聲的概念，它在標(biāo)準(zhǔn)的四聲道系統(tǒng)中在聽眾正面增加一只音箱來覆蓋四只衛(wèi)星音箱所包 5.1 （5）如果需要更加精確定位聲音的通路，你甚至可以在聽眾的上方、下方來放置音箱，得到從上面和下面?zhèn)鱽砺曇舻男Ч＿@些所有的效果很大程度上都是通過實(shí)際音箱的擺放位置來實(shí)現(xiàn)的。不過以上的音箱設(shè)置方式只讓我們覺得置身其中，卻沒有辦法找出準(zhǔn)確方位來。于是 3D 音效閃亮登場(chǎng)了。3D 音效的理論在單個(gè)音箱系統(tǒng)中，聲音的來源總是一個(gè)位置，我們

4、一下子就能確定它的位置，而過去的多音箱系統(tǒng)，則靠同時(shí)從不同位置產(chǎn)生聲音，欺騙大腦對(duì)聲音位置的辨識(shí)。現(xiàn)在雙聲道系統(tǒng)則通過兩個(gè)不同的信號(hào)來處 理聲音，讓兩只耳朵分別接受，并誤當(dāng)作它就是從同一個(gè)位置發(fā)來的到達(dá)兩個(gè)耳朵的不同信號(hào)，從而確定 出聲音的位置。（圖 6）和立體聲不同，當(dāng)兩個(gè)外部音箱被用來傳送雙聲道效果的時(shí)候，聲音必須分別傳送到特定的耳朵里，而不是像立體聲那樣讓兩只音箱的聲音都同時(shí)到兩個(gè)耳朵。這之（7）3D 音效是非常困難的。首先，這樣的位置效果容易因聽眾位置的不同而大打折扣；其次，聽眾探明兩支音箱的準(zhǔn)確位置后，會(huì)對(duì)兩股聲音流所產(chǎn)生的位置識(shí)別感產(chǎn)生抵觸情緒。最成功的從外部聲源傳送能夠準(zhǔn)確表達(dá)聲

5、音方位的系統(tǒng)是采用 4 只音箱的配置，但很不幸即使采用了443D 聲音，并且采用4路串音消除技術(shù)。絕大多數(shù)系統(tǒng)都是使用兩路獨(dú)立的雙聲道設(shè)計(jì)，然后用立體聲來混合前置和后置音箱的發(fā)聲狀況。更有甚者是只在前置音箱采用了3D 4 聲道或環(huán)繞立體聲加以混合。我們的大腦是如何判斷聲源方位的呢？當(dāng)一個(gè)聲音位于聽眾身體一側(cè)的時(shí)候，距離更近這一邊的耳朵能夠聽到更大的聲音，而且可以提前一IAD（Interaural Amplitude Difference）ITD（Inter （8）耳朵的固有形狀實(shí)際上會(huì)增強(qiáng)或削弱不同的聲音頻率。依靠聲音位置的不同，外耳首先負(fù)責(zé)解決前后（9）聲音在環(huán)境方面的效果不但對(duì)我們確定所處

6、環(huán)境類型有很重要的提示，而且反射效果也幫助我們的大腦來判斷聲音的距離。另外，聲音被環(huán)境中建筑物等的反射和吸收，比如像墻、門等等也提供給大腦一個(gè)3D Audio效果。不過要明白，這些效果有的是由人自己的結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生而另外的則由外部結(jié)構(gòu)和環(huán)境所產(chǎn)生呢。由人體自身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的效果 Jones 的人利用一個(gè)帶有麥克風(fēng)以及內(nèi)耳通道的人頭部模型來錄音。當(dāng)這個(gè)頭被使用的時(shí)候，它的結(jié)構(gòu)影響到了聲音，用這種簡(jiǎn)單的方法，人自身的結(jié)構(gòu)對(duì)聲音的影響被紀(jì)錄3D 聲效。雖然現(xiàn)在已經(jīng)看不到這種技術(shù)的使用，但用人造頭部模型來從事人對(duì)聲音的反應(yīng)方面的研究卻依然在延續(xù)。 HRTF，簡(jiǎn)單說這就是個(gè)頭部反應(yīng)傳送函數(shù)（HeaRespons

7、e Transfer Function。要具體點(diǎn)呢，可以分成幾個(gè)主要的步驟來描述其功用。第二步：從固定的位置發(fā)出一些聲音；第四步：設(shè)計(jì)一個(gè)音頻過濾器來模仿那個(gè)效果；第五步：當(dāng)你需要模仿某個(gè)位置所發(fā)出的聲音的時(shí)候就使用上述過濾器來模仿即可。HRTF 這個(gè)概念確實(shí)為我們實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音的定位帶來了無限的好處，但實(shí)際生活中這個(gè)數(shù)據(jù)是變化多端的，畢竟每個(gè)人的頭部和耳朵的大小形狀都不完全相同。事實(shí)上，目前成功地設(shè)置 HRTF 都是一種提供給大多數(shù)人的近似值。這也就是為什么這里有這么多不同的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)它的原因了?？客獠凯h(huán)境產(chǎn)生的效果當(dāng)一個(gè)聲音被產(chǎn)生，聽眾首先聽到直接傳送過來的聲波，很短的時(shí)間間隔以后，一些經(jīng)過折

8、射或反射（10）這里有 4 種不同的方法可以混合回響成雙聲道效果。第一種方法是對(duì)每一個(gè)反射聲源位置單獨(dú)使用HRTF 技術(shù)。比較不幸，這種效果的實(shí)現(xiàn)需要相當(dāng)大的代價(jià)。第二種是平均多個(gè)位置的反射，然后得出一個(gè)相對(duì)位置，從這里應(yīng)用 HRTF 技術(shù)。第三種方法是把反射放在一邊不處理轉(zhuǎn)而使用標(biāo)準(zhǔn)立體聲或四聲道混合技術(shù)來處理。第四種方法和前面的做法差不多，但只使用一個(gè)被平均的反射聲源?，F(xiàn)在應(yīng)用最多的方法是第二種，這時(shí)候只使用在在兩支音箱或耳機(jī)的系統(tǒng)中，而第三種則配合 4 聲道或環(huán)繞立體聲的狀況?？偨Y(jié)3D HRTFITD IAD 等現(xiàn)象是我們能體會(huì)出聲音方位感產(chǎn)生的原因。HRTF 的基礎(chǔ)上加入各種各樣的環(huán)境

9、處理過程來更真實(shí)體現(xiàn)實(shí)際效果。3D API3D 圖形技術(shù)一樣，任何上述過程被執(zhí)行都需要硬件和軟件或軟件和軟件配合來共同完成任務(wù)。這就需要一些約定俗成的語(yǔ)言用于執(zhí)行相應(yīng)的功能，也就是應(yīng)用程序接口：API。API DirectX3.0 DirectX 3D 音效方面的效果。不過真正的硬件加速方 DirectSound3D，這不單是一種已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的接口技術(shù)，而且還整合了軟件仿真等技術(shù)。DirectSound3D 已經(jīng)被開發(fā)者廣泛采用，但到目前為止他并不是我們的唯一選擇。Aureal 也提供APIA3D。 從DirectSound3DCreative EAX則和他關(guān)系密切。下面我們還是來詳細(xì)看看。Cr

10、eative的技術(shù)Creative 1997 DirectSound3D 1.0 版。最初2.0 版整合了阻塞、閉塞等特效以及通過提供單獨(dú)的控制來EAX 3.0 問世，回響的模型被進(jìn)一步完善，現(xiàn)在可以單獨(dú)控EAX 3.0 技術(shù)通過他們自己的EMU10K1 SoundBlaster LIVE 音頻處理器提供硬件加速功能，因?yàn)?EAX 是從 DirectSound3D API 上擴(kuò)展出去而得的，任何開發(fā)者都能在兼容他們的前提下提供出自己的技術(shù)。Aureal的技術(shù) 們之間有什么不同呢？當(dāng)微軟在 1996 年發(fā)布 DirectX3 的時(shí)候，他們希望開發(fā)者能夠滿足使用軟件執(zhí)行的 3D 音效被整合到API

11、 中。但其實(shí)當(dāng)時(shí)真正做的事情實(shí)在太少了。就因?yàn)檫@個(gè)原因，Aureal 抓住這個(gè)機(jī)會(huì)在 1997 年開發(fā)了 DirectSound 3D相比要好多了，加了資源管理器和高頻衰減控制功能（比如在水下發(fā)聲的效果。 3D 8 16 22KHz 48KHz，聲波追蹤技術(shù)。前兩項(xiàng)主要是加強(qiáng)而最后一項(xiàng)則屬于創(chuàng)新。Aureal 聲波追蹤技術(shù)用于跟蹤聲音從起源地到收聽者的各（11） A3D 都是獨(dú)一無二的，由此聽到的同樣一種聲音也會(huì)不一樣，這款聲卡可以通過軟件來設(shè)置不同的“耳朵3Sensaura的技術(shù)Sensaura 現(xiàn)在是一個(gè)公司的名字，但最初讓我們接觸到這個(gè)名字的還是同名的一種音頻技術(shù)。這個(gè)由EMI（百代唱片

12、公司）CRL 10 年，目前支持他的廠商主要有Yamaha、CirrusLogic ESS。Sensaura 主要有以下的關(guān)鍵性技術(shù)：通過 Sensaura 自己設(shè)計(jì)的數(shù)字耳提供 HRTF 技術(shù)，多驅(qū)動(dòng)技術(shù)（Multidriv，MacroFX FX技術(shù)。 SensauraHRTF 的方法。Aureal和Sensaura4SensauraMultidrive HRTF 3D ESS 的Canyon3D 芯片所采用。 比如回響和聲強(qiáng)改變來做到。這些技術(shù)一些和 DirectX 是結(jié)合在一起的。Sensaura 的 MacroFX 技術(shù)可以把DirectX 3 （12） DirectSound3D A

13、PIA3D 1.x。4Qsound 的技術(shù)Qsound Labs 公司成立于 1988 年，致力于研發(fā) PC 系統(tǒng)的音效技術(shù)。目前他們最新的技術(shù)是能夠進(jìn)行 Q3D EAX 兼容。Qxpander也是過去應(yīng)用較多的產(chǎn)品，它主要對(duì)立體聲的功能提供了不少擴(kuò)展。它通過一個(gè)經(jīng)過優(yōu)化的QMDV 能夠解碼矩陣環(huán)繞立體聲，Q123 能夠把單聲道的效果擴(kuò)5 QMSS則用于管理多音箱的運(yùn)算法則。四、 聲卡芯片介紹CREATIVE系列。 （ES137X）這一系列由 ENSONIQ 公司研發(fā)并推出，故而原本芯片代號(hào)的前綴為“E MIDI ES137X 系列效果還不錯(cuò)。三維音效1370 DS3D、軟件模擬A3D 1.0

14、 EAX，可以模擬支持4 音箱輸出。推出時(shí)間較早，比較明顯的缺陷是不支持多音頻流回放。EMU 10K1EMU 10K1 擁有 1000MIPS 的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可以提供強(qiáng)大的音效處理能力。由于它率先采用了 8 點(diǎn)DSP 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的一個(gè)高峰。在三維音效處理方面，EMU 10K1雖然HRTF MIDI Aureal系列Aureal 公司是美國(guó)老牌的音頻處理芯片的研發(fā)生產(chǎn)廠家， 目前在市場(chǎng)上 的主流產(chǎn)品包括 VortexAU8820 GS 音色庫(kù)和兩種特殊效果處理器。說到缺點(diǎn)，似乎此芯片在處理各類聲音時(shí)的CPU 占用率較高。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上最為常見的 Vortex2AU8830 576 種聲音合成器、支

15、持反射和其他效果（合唱、延遲、扭曲等）。支持 A3D 1.0、2.0、3.0 加速，支持DirectSoundDirectSound3DEAX Sound Blaster Pro。10 EQ均衡器，4MB 8MB DIAMOND MX300 使Vortex2 AU8830芯片。ESS系列ESS公司在聲卡芯片領(lǐng)域非常出名，長(zhǎng)久以來，它都以物美價(jià)廉、兼容性較好而著稱。ESS MAESTROI（1948）1948 ESSPCI 聲卡芯片，MIDI DLS64 復(fù)音的波表合成器。在三維音效上它采用Spatializar 3D 技術(shù)，可以提供硬件加速Direct SoundDirect Sound 3D

16、的A3D 1.0 標(biāo)準(zhǔn)。ESS MAESTRO（1968）ESS MAESTROESSPCI 1948 1968 芯片采用了先進(jìn)的 32 位線程處理技術(shù)，這樣的好處是大大降低了聲卡放音時(shí)的 CPU 占用率。其次它還采用了數(shù)據(jù)緩存技術(shù)WaveCach，充分發(fā)揮了PCI 總線大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，使得總體成本得以進(jìn)一步下降。同時(shí)還提供了兩路立體聲音頻輸出的支持。在三維音效方面它采用了 Sensaura 技術(shù)。在同價(jià)位的產(chǎn)品中看，MAESTROCPU 占用率很值得稱道。 1978）Canyon3D ESS公司的新作，它是款4.1 的系統(tǒng)。利用Sensaura MultiDrive 技術(shù)（為4 聲道進(jìn)

17、行了優(yōu) MIDI 合成方面還是需要改進(jìn)。YAMAHA 系列 YMF7XX MIDI 合成能力。獨(dú)特的 物理模型合成技術(shù)，使其樂器的音色非常逼真。724 6MB 192 復(fù)音的合85db SensauraDSDS3DDSM A3D1.0、EAX 1.0SB LinkDOS 發(fā)音毫無問題。對(duì)于入門級(jí)的聲卡也是不錯(cuò)的選擇。目前新近問YMF744 4 DVD SPDIF OUT SPDIF IN 功能。YSS912最新 Yamaha 推出了 YSS912 聲音處理器，支持杜比數(shù)碼技術(shù)、 DTS 和 Dolby Pro 邏輯?？山獯aDolby Digital、Dolby Pro LogicDTS；支持6

18、 AC97 4 通道聲音；24bit DAC 105dB；數(shù)字音頻接收；兼容于A3D 1.0 和 DirectSound3D API。一般也配備USS912 音頻 DSP 芯片。雖然它不支持Aureal Turtle BeachDSP 支持多達(dá)七種環(huán)境效果：教堂、爵士樂、禮堂、迪斯科舞廳、實(shí)況轉(zhuǎn)播、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)和劇場(chǎng)等，實(shí)在品質(zhì)非凡。五、 聲卡的選購(gòu)就一款聲卡而言，音頻處理芯片的地位是不言而喻的。選聲卡首先要選擇音頻處理芯片。一般說創(chuàng)新AurealYAMAHA 在MIDI 方面很有一套。 API 的支持和體現(xiàn)；兼容能力，DOS 兼容性。 100200 元。對(duì)普通用戶，了解聲卡的做工也很重要，最簡(jiǎn)單易

19、行的是看電路板的外觀。一般來說，元件排列整齊、焊點(diǎn)干凈、板子厚實(shí)的，做工不會(huì)差到哪里去。另外看金手指也大致可以看得出：好的卡金手指鍍的是真金，金色很純，亮晶晶的；不太好的卡金手指往往顏色比較淡，色澤也不好。六、 關(guān)于音箱音箱的擺放對(duì)系統(tǒng)的效果很重要。在只有兩只音箱的情況下，最佳位置是讓音箱放在顯示器的兩側(cè)，離顯示器的距離相等，而且最好能和你的耳朵保持水平或指向耳部。確保和聲卡的連接部分是“Line i這樣可避免使用聲卡內(nèi)部放大線路，對(duì)音質(zhì)的還原和噪音的降低有很多好處。另外在音箱的前方最好不要有其他東西，阻礙到聲波的傳送。擺放好之后，你可以試著播放CD，如果放置位置正確，你應(yīng)該感覺得出聲音應(yīng)該在

20、兩支音箱之間主要是顯示器的方位產(chǎn)生。4 音箱的擺放方法，前置兩支的擺放方法沒有變化，而后面則和前面兩支一起構(gòu)成矩形，讓聽眾位于其中部。也許你還需要讓后面的音箱離你遠(yuǎn)一點(diǎn)，增強(qiáng)距離感。當(dāng)然他們最好也和耳朵在一個(gè)水平面上，如果不能至少要指向耳朵。5 聲道的系統(tǒng)中，中置音箱最好擺放在顯示器的頂部。而獨(dú)立的低音單元只要放在接近你的角落就可以了。一般低音單元不要開得太大聲，只要效果足夠就行。然后呢，你需要進(jìn)入設(shè)置面板，打開多媒體選項(xiàng)。確保你的聲卡在音頻欄中作為首選設(shè)備使用，并在 “僅使用首選設(shè)備”前打上鉤。在回放的一項(xiàng)的高級(jí)屬性里面設(shè)置正確的揚(yáng)聲器配置。讓硬件加速功能全 （14WindowsSoundBlaster Live 會(huì)有環(huán)繞音箱的控制項(xiàng)目。注意調(diào)節(jié)音量的時(shí)候不要貪圖大聲，一般好的系統(tǒng)更注意動(dòng)態(tài)效果，而不是弄得人昏昏沉沉的音量。七、 聲卡發(fā)展的趨勢(shì)真正投入到主流市場(chǎng)的聲卡發(fā)展到今天已經(jīng)問世了有近十年的時(shí)間。從 SOUND BLASTER 標(biāo)準(zhǔn)的建 位立體聲盛行，三維定位音效出現(xiàn)；MIDI FM 合成發(fā)展到波表合成等等都勾勒出聲卡的發(fā)展歷程。未來聲卡將走向何方，PC 的聲音處理在未來是個(gè)什么樣子呢？整合的趨勢(shì)主板集成視頻、音頻芯片早已不是新聞了，最近這股風(fēng)似乎越刮越猛。原因十分簡(jiǎn)單，這樣做可以節(jié)約