得益于VR技术，一项有百年历史的音频技术正在卷土重来

去年晚些时候，一个清爽的下午，我前往曼哈顿上东区，会见了普林斯顿大学(Princeton University)机械与航天工程学教授埃德加·楚伊里(Edgar Choueiri)。Choueiri还领导着学校的3D音频和应用声学实验室，在过去的十年里，他致力于开发、应用和完善双耳录音系统——一种有百年历史的音频记录方法，可以捕捉逼真的3D音频，并保持完美的图像保真度。

在他温暖明亮的公寓里，当我坐在客厅的皮沙发上时，一对扬声器隐约出现在我面前。坐在旁边的椅子上，Choueiri在他的iPad上做了一个双耳音频演示。过了一会儿，安布尔·鲁巴斯(Amber Rubarth)的声音充满了整个房间，她用原声演唱了路易斯·阿姆斯特朗(Louis Armstrong)的《一吻定梦》(A Kiss to Build A Dream On)。房间变成了一个亲密的现场音乐场所，声音环境非常生动:鲁巴斯就在我的正前方，她的乐队成员在两边。右边的大提琴手拨动了乐器的弦。几句深情的诗句之后，左边的小提琴手抓住了我的注意力。我本能地转向那个方向。即使只有几秒钟的时间，我的大脑也会被欺骗，相信表演是真实的，而不是记录下来的。

“你能听到一只鸟飞过你的头顶。你会听到有人在你耳边窃窃私语。”

双耳唱片公司的Choueiri说:“它让你进入原本想要的准确的声场。”“你能听到一只鸟飞过你的头顶。你会听到有人在你耳边窃窃私语。如果你录制一支乐队，你会听到它和乐队演奏时的位置一模一样。”

几十年来，双耳录音一直是一个新鲜事物，在技术要求较低的方法中被忽视了。但随着Oculus Rift、索尼的Morpheus和三星的Gear等虚拟现实硬件的兴起，双耳音频正处于复兴的边缘。

双耳录音系统是独一无二的，因为它们模拟人类头部的工作。我们的解剖结构决定了我们如何理解我们听到的声音:我们的耳朵长在厚厚的头骨和海绵状的大脑两侧，我们听到的声音在不同的时间进入我们的左右耳朵。如果一只狗在我们的左耳边吠叫，吠声到达右耳需要几微秒的时间;一只耳朵里的声音也会比另一只耳朵里的声音大。此外，声波与听者的身体结构——耳廓(或外耳)、头部和躯干——以及周围的空间相互作用，产生了听者特有的变化，也就是与头部相关的传递函数。大脑仔细检查这些微小的时间和强度的听觉差异，以便以完美的精度定位声音。

传统上，录音有两种方法:单声道和立体声。单声道使用一个麦克风来接收声音，而立体声系统使用两个麦克风，彼此间隔。双耳录音将立体声方法向前推进了一步，将两个麦克风放在支架或假头两侧的耳状腔中。由于假头再现了人头的密度和形状，这些麦克风捕捉和处理声音的方式与人耳听到的完全一样，保留了听觉间的线索。这种效果最好是通过耳机体验的，在左右视角之间有明显的区别。这是一个简单的概念，但是当用高质量麦克风和同样高质量的耳机播放时，效果是可怕的:它愚弄大脑，使其相信自己听到的是第一手的声音。

这种错觉创造了三维的声音，这是不能与环绕声混淆。将这些术语互换是让声学家开心——有时甚至是烦恼——的最快方法。环绕立体声系统使用多个扬声器在听众周围创建一个360度的区域。假设你正在观看一部环绕立体声电影:你会在屏幕的一边看到爆炸，而影院另一边的扬声器会发出一连串的声音。配备了杜比Atmos(该公司最新的技术版本)的剧院，有效地包围了观众。但是，通过在任何给定的场景中准确地再现耳朵所听到的声音，双耳音频实现了一个更自然的3D声音，而无需昂贵的扬声器大军。

双耳音频的核心技术可以追溯到19世纪的法国工程师克莱门特·阿德。1881年，阿德发明了“剧院电话”，这是一种用来播放巴黎歌剧的电话传输系统。成对的麦克风系统地间隔在舞台前面，从左到右覆盖整个宽度。节目中的信号通过电话接收器传送给另一端的听众。每只耳朵上都装有一对接收器，听众可以从他们在巴黎工业宫(Palais de l’industrie)指定的展厅里听到演出。

1933年，AT&T贝尔实验室为芝加哥世界博览会带来了双耳音频。该公司的声学研究部门创造了一个机械假人，取名为奥斯卡(Oscar)，把麦克风放在它的脸颊上，放在耳朵前面。奥斯卡坐在一个玻璃房间里捕捉声音，而游客们则聚集在外面，戴着耳机听这个假人听到的声音。这项技术修正了阿德引进的经验，但两项发明都提供了较差的音质。

在第二次世界大战和之后的几十年里，双耳技术的进步面临着巨大的障碍:原始技术无法实现准确、高保真的录音。但在1973年，德国著名麦克风公司诺依曼推出了突破性的KU-80双耳录音设备。诺伊曼的迭代包括一个分离的假头，耳膜上放置麦克风——这个位置捕捉到的线索比之前的任何一个都要精确。后来三代的虚拟头部，KU-100，在1992年推出，功能全向麦克风，专业地保存空间线索和整体音质。它仍然是双耳录音的首选假头。

双耳音频在精选的音频录制社区中找到了一个家:这种技术在广播剧和实验性声音艺术中效果很好。与此同时，像Lou Reed、Thom Yorke和Imogen Heap这样的音乐家都尝试了双耳音频制作。最近，ASMR(自主感觉经络反应)团体一直在使用双耳录音来触发他们认为可以舒缓和镇定的身体反应。

如今，在影院电话消失近一个世纪后，投资者开始重新审视3D音频技术:索尼VR头盔项目Morpheus的原型在其开发工具包中包含一个定制的3D音频双耳解决方案。索尼美国电脑娱乐公司研发高级总监理查德•马克斯表示:“3D音频增强了一种存在感，这是我们努力通过VR中的视觉效果实现的。”“当声音与视觉刺激来自同一个方向时，虚拟体验的可信度就会大大提高。虽然可以制作纯粹的视觉VR体验，但添加3D音频会极大地放大VR体验的影响和深度。”

3D音频提供了比它的视觉对手更广泛的经验。马克斯说:“与视觉效果不同，3D音频并不局限于显示器的视场，可以呈现出‘360度的完整体验’。”“VR设计面临的最大挑战之一是，用户可以朝任何方向看，甚至可能不会在重大事件发生时看东西。”但使用3D音频提示，就有可能引导用户的注意力转向声音的方向，类似于在现场影院中使用的技术。”

曾为坎耶·韦斯特、U2乐队和Arcade Fire工作过的视频导演克里斯·米尔克，利用了双耳录音的沉浸式能力，将音乐会带到虚拟的舞台上。去年，他制作了《Hello, Again》，一部革命性的贝克演唱会VR电影。为了配合360度的视觉体验，Milk开发了一种双耳系统来产生360度的声音。他说:“如果我们要让你往各个方向看，单向声源是行不通的。”“你会回头看，但你仍然会听到，就像你在看前面一样。所以我们需要一些能够根据你所看到的视觉位置动态变化的东西。”

他巧妙地设计了一个系统，使用一个有8只耳朵的全双耳头，每90度植入4对3Dio的自由空间麦克风。随后，他又开发了一款软件，可以处理这些耳朵发出的声音，从而达到必要的效果。用VR耳机观看，耳机上的双耳声与贝克视频每一步的视觉错觉相匹配。

阿波罗工作室(Apollo Studios)总监让-帕斯卡·博多因(Jean-Pascal Beaudoin)强调了3D音频对VR体验的重要性。波多因说:“如果一个声音从你的左边清晰地传来，然后你把你的头转90度，朝那个方向看，你现在预计那个声音就在你的正前方。”“如果不是这样，而且它还在你的左边，那么你很有可能在你意识到之前就被拉出了这段经历。”

Beaudoin为Felix & Paul Studios制作的VR体验提供3D音效，Felix & Paul Studios是受三星Gear委托制作一系列360度真人动作视频的VR制作公司。博多因说:“我最感兴趣的是3D音频在讲故事、情感和互动方面的创造性可能性。”“我们只是刚刚触及融合VR媒体的表面，但每一个项目，我们都在建立一种新的语法方面取得了进展。”

尽管有潜力，双耳音频在VR内容世界中还没有广泛应用。“音频有时在内容制作中处于次要地位，”Jaunt的首席音频工程师亚当•萨默斯(Adam Somers)表示。“在视觉元素方面做了很多工作，无论是游戏还是电影，有时音频都是次要的。但谈到VR作为一种内容媒体，这种媒体从一开始就具备双耳音频的能力，让内容创造者更容易利用双耳音频，这一点非常重要。”Jaunt确保在他们的平台上创建的每一个内容中都有双耳音频的存在。

回到曼哈顿，Choueiri正在考虑另一个问题:自这项技术诞生以来，双耳音频一直被保留用于耳机收听。但是Choueiri希望通过外部扬声器系统为更广泛的受众提供这种技术。挑战在于，对于说话者来说，右耳不仅能听到各自的提示，还能接收到为左耳准备的信息。Choueiri说:“大脑会把信号弄乱，所以它不是听到3D声音，而是定位说话者。”“这就像不戴眼镜看3D电影一样。”

缓慢但肯定的是，双耳正在成为虚拟现实发展的关键

几十年来，这种令人困惑的扬声器之间的串扰一直困扰着音频社区。但是Choueiri的BACCH SP是一种过滤器，可以让一对扬声器保留听觉线索，为听众创造出3D音频的幻觉。Jawbone在过去两年利用普林斯顿大学(Princeton University)的算法，为其无线蓝牙扬声器Jambox创建了LiveAudio过滤器。加载微型扬声器与数字滤波器优化音频，以创建一个三维的经验。虽然效果很好，但体验仅限于一个最佳点——设备需要以听众为中心。当听者离开现场时，这种错觉就会立即消失。Choueiri说，该软件的一个版本BACCH-dSP应用程序，加上头部跟踪功能，可以维持这种错觉，不管听众的头部运动。这款应用计划很快在Mac OS商店上架，为笔记本电脑带来3D音频体验。

缓慢但肯定的是，双耳正在成为虚拟现实发展的关键。Oculus最新的原型产品新月湾(Crescent Bay)上个月在CES上亮相，它将双耳技术与Rift的头部跟踪技术结合起来，实现了完全的视听沉浸。虽然索尼的Morpheus项目还没有宣布该产品的最终规格，但他们对3D音频的重视是显而易见的。正如Jaunt的亚当•萨默斯(Adam Somers)所言，“双耳音频对于VR环境下的身临其境体验至关重要。我们认为音频是身临其境体验的50%。”