2025年人头录音原理及解释

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简介：

本文简单介绍了环绕声基础知识，还介绍了各种双声道虚拟环绕声（多声道）的技术。最近突然对虚拟环绕声感兴趣，整理了一下相关知识。

何为环绕声
普通的立体声只能分清左右两个方向的声音，而环绕声还能让人声音的前后左右各个方位，更有空间感仿佛置身于现场。常见的环绕声主要有 5.1 声道与 7.1 声道两种，要重现环绕声也相应的需要 6 个或者 8 个音箱。

电影中最常见的环绕声格式是杜比数字和 DTS，两者是竞争对手关系，电影 DVD 中一般包含有其中一种或者两种音轨都有。此外，这两种格式也有多个不同的版本，这里就不作详细介绍。

除了这两种格式之外，部分蓝光光盘也提供 LPCM 格式的音轨，这是一种未经压缩的音频格式，体积最大。压缩后的音频解码成 PCM 格式才能播放，所以这种格式无需解码。理论上 LPCM 格式无压缩音质好，无需解码，是最理想的格式，但由于光盘容量是有限的，音频体积大会挤占视频的空间。可以计算 96kHz 采样率，24 位采样精度，7.1 声道的 LPCM 音轨每秒数据量是

96k * (24 / 8) * 8 = 2.3MB

那么一部 90 分钟的电影仅音频就占用了约 12.4 GB 空间，而单面蓝光光盘才 25GB。折中办法是无损压缩，类似于 zip 文件解压后可以 100% 还原成压缩前的文件，杜比和 DTS 都推出了相应的音频格式，分别叫杜比 TrueHD 和 DTS-HD Master Audio。这两种格式除了需要解码之外，和 LPCM 音质没有区别。

说到无损压缩我们常见的音乐中还有 APE 和 FLAC。APE 不支持多声道，FLAC 可以支持，理论上也可以用于电影光盘，但是没有商业化产品支持，所以没有得到应用。FLAC 是免费、开源的音频格式，但目前还没有电影公司采用，没有播放器、解码器以及音响设备支持。网上已有字幕组使用 FLAC 制作多声道的电影文件，目前只能在电脑上软件解码。

回放环绕声的方法：

多声道音箱。需要多个音箱，而且摆位要正确，但效果最好。
多单元耳机。多个扬声器单元放在一个耳机上，产品很少。
虚拟环绕声。经过算法处理成立体声，用普通耳机回放，下面将详细介绍。
2. 虚拟环绕声
这里只讨论把多声道音频经过算法处理变成立体声的虚拟环绕声，还有一类是把立体声音频经过算法处理使其具有空间感（很多音效宣传具有此功能）的技术，个人觉得后者无意义只能算是一种音效。

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HRTF 示意图，来源于维基百科

虚拟环绕声都是基于 HRTF（Head Related Transfer Functions）头部相关传输函数来实现的，只是各家的算法以及测量数据有差异，效果也就各不相同。关于 HRTF 引用数码多上的简单介绍：人耳在接收到音源发出的声音时，人的耳廓、耳道、头盖骨、肩部等对声波的折射、绕射和衍射以及鼓膜接收到的信息会被大脑所接受，大脑通过经验来对声音的方位进行判断。根据这一原理，通过信号处理的数学方法，我们构建了 HRTF（Head Related Transfer Functions）头部相关传输函数，根据多组的滤波器来虚拟实现人耳接收到的“位置信息”。关于 HRTF 的详细原理，数码多上同样有一篇文章 HRTF音频3D定位技术综述。有了这个基础知识，我们就可以分析各种各样的虚拟环绕声相关技术。

视频播放器集成 HRTF 插件。就是视频播放器解码完多声道音频后，再经过 HRTF 处理成立体声输出。例如 PotPlayer 里面有一个音频输出选项叫“虚拟环绕（HRTF）”，PowerDVD 也带有 Dolby Headphone 插件。
外部解码器。杜比/DTS/LPCM 等多声道音轨通过光纤或 HDMI 输出到带有虚拟环绕声处理功能的解码器播放，然后输出到耳机。例如搭载有 Dolby Headphone 的游戏耳机，索尼的 MDR-DS 系列搭载有 Virtualphones Technology 技术的耳机。
3. 总结
总的来说，靠谱的虚拟环绕声技术都是通过把原始多声道音频经过 HRTF 处理得到的，比直接 downmix 到双声道空间感要强，但感觉还是不太自然，效果最好的还是多声道音箱。如果想体验 Dolby Headphone 的效果，这篇文章里面提供有在线试听 5.1 channel audio through ordinary headphones using MPC-HC。

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