3D音效深度探究

1、3D 音效深度探究随着电脑的家用市场和游戏市场逐渐为人们所重视PC 已经不再只有简单的主机、显示器、鼠标键盘三大件了，音箱也成了它最显著的标志。一、音效技术的发展早期，出于对电子乐器彼此交换信息的需要，MIDI 生产商协会（MIDIManufacturersAssociation）制MIDI80 年代开始许多计算机就已经拥有了这些接口，不过那时计算机所扮演的角色只是音序器而已，声卡的最主要用途便基于此了。Yamaha 公司开始让频率调制（FM）PC 小喇叭提供的效果相较不知要好多少倍。不过人们并没有就此满足，90 年代中期，波表合成的方式开始崭露头角。它的原理是预先对乐器声音PC CPU 经过

2、处理来发声。根据处理方式的不同主要又分为软波表和硬波表两种。这时的声卡已经开始走向成熟。FM 合成和波表合成技术；内建可控制外部的电子乐器、甚至还身兼 CD 不过为了建立临场的真实感人们开始了更深层次的寻求。最初大家的注意力都集中在如何更好地再现音场的方向上，下面我们就来看看这些现在已经普遍使用的方法。单声道（Mono）所谓的单声道就是声音由一只音箱产生的效果，听众可以很明显地听出声音的来源就是音箱所摆放的（1）立体声系统需要一对音箱来完成任务，它通过调整系统中两只音箱发出声音的大小，让我们误认为声（2）（Extendedstereo）这种技术是对传统立体声的一种延续，通过某种算法对两只音箱系

3、统中的声音进行处理后，过去只能（3）四声道（Quadraphonics）实际上这也是对基本的立体声概念进行的扩展，它需要的音箱数目是四只。这样的安排可以表达在四3D （4)还是基于立体声的概念，它在标准的四声道系统中在听众正面增加一只音箱来覆盖四只卫星音箱所包 5.1 （5）如果需要更加精确定位声音的通路，你甚至可以在听众的上方、下方来放置音箱，得到从上面和下面传来声音的效果。这些所有的效果很大程度上都是通过实际音箱的摆放位置来实现的。不过以上的音箱设置方式只让我们觉得置身其中，却没有办法找出准确方位来。于是 3D 音效闪亮登场了。3D 音效的理论在单个音箱系统中，声音的来源总是一个位置，我们

4、一下子就能确定它的位置，而过去的多音箱系统，则靠同时从不同位置产生声音，欺骗大脑对声音位置的辨识。现在双声道系统则通过两个不同的信号来处 理声音，让两只耳朵分别接受，并误当作它就是从同一个位置发来的到达两个耳朵的不同信号，从而确定 出声音的位置。（图 6）和立体声不同，当两个外部音箱被用来传送双声道效果的时候，声音必须分别传送到特定的耳朵里，而不是像立体声那样让两只音箱的声音都同时到两个耳朵。这之（7）3D 音效是非常困难的。首先，这样的位置效果容易因听众位置的不同而大打折扣；其次，听众探明两支音箱的准确位置后，会对两股声音流所产生的位置识别感产生抵触情绪。最成功的从外部声源传送能够准确表达声

5、音方位的系统是采用 4 只音箱的配置，但很不幸即使采用了443D 声音，并且采用4路串音消除技术。绝大多数系统都是使用两路独立的双声道设计，然后用立体声来混合前置和后置音箱的发声状况。更有甚者是只在前置音箱采用了3D 4 声道或环绕立体声加以混合。我们的大脑是如何判断声源方位的呢？当一个声音位于听众身体一侧的时候，距离更近这一边的耳朵能够听到更大的声音，而且可以提前一IAD（Interaural Amplitude Difference）ITD（Inter （8）耳朵的固有形状实际上会增强或削弱不同的声音频率。依靠声音位置的不同，外耳首先负责解决前后（9）声音在环境方面的效果不但对我们确定所处

6、环境类型有很重要的提示，而且反射效果也帮助我们的大脑来判断声音的距离。另外，声音被环境中建筑物等的反射和吸收，比如像墙、门等等也提供给大脑一个3D Audio效果。不过要明白，这些效果有的是由人自己的结构所产生而另外的则由外部结构和环境所产生呢。由人体自身结构产生的效果 Jones 的人利用一个带有麦克风以及内耳通道的人头部模型来录音。当这个头被使用的时候，它的结构影响到了声音，用这种简单的方法，人自身的结构对声音的影响被纪录3D 声效。虽然现在已经看不到这种技术的使用，但用人造头部模型来从事人对声音的反应方面的研究却依然在延续。 HRTF，简单说这就是个头部反应传送函数（HeaRespons

7、e Transfer Function。要具体点呢，可以分成几个主要的步骤来描述其功用。第二步：从固定的位置发出一些声音；第四步：设计一个音频过滤器来模仿那个效果；第五步：当你需要模仿某个位置所发出的声音的时候就使用上述过滤器来模仿即可。HRTF 这个概念确实为我们实现对声音的定位带来了无限的好处，但实际生活中这个数据是变化多端的，毕竟每个人的头部和耳朵的大小形状都不完全相同。事实上，目前成功地设置 HRTF 都是一种提供给大多数人的近似值。这也就是为什么这里有这么多不同的技术来实现它的原因了。靠外部环境产生的效果当一个声音被产生，听众首先听到直接传送过来的声波，很短的时间间隔以后，一些经过折

8、射或反射（10）这里有 4 种不同的方法可以混合回响成双声道效果。第一种方法是对每一个反射声源位置单独使用HRTF 技术。比较不幸，这种效果的实现需要相当大的代价。第二种是平均多个位置的反射，然后得出一个相对位置，从这里应用 HRTF 技术。第三种方法是把反射放在一边不处理转而使用标准立体声或四声道混合技术来处理。第四种方法和前面的做法差不多，但只使用一个被平均的反射声源。现在应用最多的方法是第二种，这时候只使用在在两支音箱或耳机的系统中，而第三种则配合 4 声道或环绕立体声的状况。总结3D HRTFITD IAD 等现象是我们能体会出声音方位感产生的原因。HRTF 的基础上加入各种各样的环境

9、处理过程来更真实体现实际效果。3D API3D 图形技术一样，任何上述过程被执行都需要硬件和软件或软件和软件配合来共同完成任务。这就需要一些约定俗成的语言用于执行相应的功能，也就是应用程序接口：API。API DirectX3.0 DirectX 3D 音效方面的效果。不过真正的硬件加速方 DirectSound3D，这不单是一种已经标准化的接口技术，而且还整合了软件仿真等技术。DirectSound3D 已经被开发者广泛采用，但到目前为止他并不是我们的唯一选择。Aureal 也提供APIA3D。 从DirectSound3DCreative EAX则和他关系密切。下面我们还是来详细看看。Cr

10、eative的技术Creative 1997 DirectSound3D 1.0 版。最初2.0 版整合了阻塞、闭塞等特效以及通过提供单独的控制来EAX 3.0 问世，回响的模型被进一步完善，现在可以单独控EAX 3.0 技术通过他们自己的EMU10K1 SoundBlaster LIVE 音频处理器提供硬件加速功能，因为 EAX 是从 DirectSound3D API 上扩展出去而得的，任何开发者都能在兼容他们的前提下提供出自己的技术。Aureal的技术 们之间有什么不同呢？当微软在 1996 年发布 DirectX3 的时候，他们希望开发者能够满足使用软件执行的 3D 音效被整合到API

11、 中。但其实当时真正做的事情实在太少了。就因为这个原因，Aureal 抓住这个机会在 1997 年开发了 DirectSound 3D相比要好多了，加了资源管理器和高频衰减控制功能（比如在水下发声的效果。 3D 8 16 22KHz 48KHz，声波追踪技术。前两项主要是加强而最后一项则属于创新。Aureal 声波追踪技术用于跟踪声音从起源地到收听者的各（11） A3D 都是独一无二的，由此听到的同样一种声音也会不一样，这款声卡可以通过软件来设置不同的“耳朵3Sensaura的技术Sensaura 现在是一个公司的名字，但最初让我们接触到这个名字的还是同名的一种音频技术。这个由EMI（百代唱片

12、公司）CRL 10 年，目前支持他的厂商主要有Yamaha、CirrusLogic ESS。Sensaura 主要有以下的关键性技术：通过 Sensaura 自己设计的数字耳提供 HRTF 技术，多驱动技术（Multidriv，MacroFX FX技术。 SensauraHRTF 的方法。Aureal和Sensaura4SensauraMultidrive HRTF 3D ESS 的Canyon3D 芯片所采用。 比如回响和声强改变来做到。这些技术一些和 DirectX 是结合在一起的。Sensaura 的 MacroFX 技术可以把DirectX 3 （12） DirectSound3D A

13、PIA3D 1.x。4Qsound 的技术Qsound Labs 公司成立于 1988 年，致力于研发 PC 系统的音效技术。目前他们最新的技术是能够进行 Q3D EAX 兼容。Qxpander也是过去应用较多的产品，它主要对立体声的功能提供了不少扩展。它通过一个经过优化的QMDV 能够解码矩阵环绕立体声，Q123 能够把单声道的效果扩5 QMSS则用于管理多音箱的运算法则。四、 声卡芯片介绍CREATIVE系列。 （ES137X）这一系列由 ENSONIQ 公司研发并推出，故而原本芯片代号的前缀为“E MIDI ES137X 系列效果还不错。三维音效1370 DS3D、软件模拟A3D 1.0

14、 EAX，可以模拟支持4 音箱输出。推出时间较早，比较明显的缺陷是不支持多音频流回放。EMU 10K1EMU 10K1 拥有 1000MIPS 的数据运算能力，可以提供强大的音效处理能力。由于它率先采用了 8 点DSP 数据转换的一个高峰。在三维音效处理方面，EMU 10K1虽然HRTF MIDI Aureal系列Aureal 公司是美国老牌的音频处理芯片的研发生产厂家， 目前在市场上 的主流产品包括 VortexAU8820 GS 音色库和两种特殊效果处理器。说到缺点，似乎此芯片在处理各类声音时的CPU 占用率较高。在国内市场上最为常见的 Vortex2AU8830 576 种声音合成器、支

15、持反射和其他效果（合唱、延迟、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公司在声卡芯片领域非常出名，长久以来，它都以物美价廉、兼容性较好而著称。ESS MAESTROI（1948）1948 ESSPCI 声卡芯片，MIDI DLS64 复音的波表合成器。在三维音效上它采用Spatializar 3D 技术，可以提供硬件加速Direct SoundDirect Sound 3D

16、的A3D 1.0 标准。ESS MAESTRO（1968）ESS MAESTROESSPCI 1948 1968 芯片采用了先进的 32 位线程处理技术，这样的好处是大大降低了声卡放音时的 CPU 占用率。其次它还采用了数据缓存技术WaveCach，充分发挥了PCI 总线大容量数据传输的优点，使得总体成本得以进一步下降。同时还提供了两路立体声音频输出的支持。在三维音效方面它采用了 Sensaura 技术。在同价位的产品中看，MAESTROCPU 占用率很值得称道。 1978）Canyon3D ESS公司的新作，它是款4.1 的系统。利用Sensaura MultiDrive 技术（为4 声道进

17、行了优 MIDI 合成方面还是需要改进。YAMAHA 系列 YMF7XX MIDI 合成能力。独特的 物理模型合成技术，使其乐器的音色非常逼真。724 6MB 192 复音的合85db SensauraDSDS3DDSM A3D1.0、EAX 1.0SB LinkDOS 发音毫无问题。对于入门级的声卡也是不错的选择。目前新近问YMF744 4 DVD SPDIF OUT SPDIF IN 功能。YSS912最新 Yamaha 推出了 YSS912 声音处理器，支持杜比数码技术、 DTS 和 Dolby Pro 逻辑。可解码Dolby Digital、Dolby Pro LogicDTS；支持6

18、 AC97 4 通道声音；24bit DAC 105dB；数字音频接收；兼容于A3D 1.0 和 DirectSound3D API。一般也配备USS912 音频 DSP 芯片。虽然它不支持Aureal Turtle BeachDSP 支持多达七种环境效果：教堂、爵士乐、礼堂、迪斯科舞厅、实况转播、运动场和剧场等，实在品质非凡。五、 声卡的选购就一款声卡而言，音频处理芯片的地位是不言而喻的。选声卡首先要选择音频处理芯片。一般说创新AurealYAMAHA 在MIDI 方面很有一套。 API 的支持和体现；兼容能力，DOS 兼容性。 100200 元。对普通用户，了解声卡的做工也很重要，最简单易

19、行的是看电路板的外观。一般来说，元件排列整齐、焊点干净、板子厚实的，做工不会差到哪里去。另外看金手指也大致可以看得出：好的卡金手指镀的是真金，金色很纯，亮晶晶的；不太好的卡金手指往往颜色比较淡，色泽也不好。六、 关于音箱音箱的摆放对系统的效果很重要。在只有两只音箱的情况下，最佳位置是让音箱放在显示器的两侧，离显示器的距离相等，而且最好能和你的耳朵保持水平或指向耳部。确保和声卡的连接部分是“Line i这样可避免使用声卡内部放大线路，对音质的还原和噪音的降低有很多好处。另外在音箱的前方最好不要有其他东西，阻碍到声波的传送。摆放好之后，你可以试着播放CD，如果放置位置正确，你应该感觉得出声音应该在

20、两支音箱之间主要是显示器的方位产生。4 音箱的摆放方法，前置两支的摆放方法没有变化，而后面则和前面两支一起构成矩形，让听众位于其中部。也许你还需要让后面的音箱离你远一点，增强距离感。当然他们最好也和耳朵在一个水平面上，如果不能至少要指向耳朵。5 声道的系统中，中置音箱最好摆放在显示器的顶部。而独立的低音单元只要放在接近你的角落就可以了。一般低音单元不要开得太大声，只要效果足够就行。然后呢，你需要进入设置面板，打开多媒体选项。确保你的声卡在音频栏中作为首选设备使用，并在 “仅使用首选设备”前打上钩。在回放的一项的高级属性里面设置正确的扬声器配置。让硬件加速功能全 （14WindowsSoundBlaster Live 会有环绕音箱的控制项目。注意调节音量的时候不要贪图大声，一般好的系统更注意动态效果，而不是弄得人昏昏沉沉的音量。七、 声卡发展的趋势真正投入到主流市场的声卡发展到今天已经问世了有近十年的时间。从 SOUND BLASTER 标准的建 位立体声盛行，三维定位音效出现；MIDI FM 合成发展到波表合成等等都勾勒出声卡的发展历程。未来声卡将走向何方，PC 的声音处理在未来是个什么样子呢？整合的趋势主板集成视频、音频芯片早已不是新闻了，最近这股风似乎越刮越猛。原因十分简单，这样做可以节约