虚拟环绕声的工作原理

虚拟环绕声系统利用了扬声器、声波和听力．扬声器本质上是一个可以改变的装置电冲动到声音。它用a来做膈膜--一种快速来回移动的圆锥体，与它旁边的空气相撞或相离。当隔膜向外移动时，它会产生一个压缩，或空气中的高压区域。当它向后移动时，会创建一个稀疏，或低压区。您可以了解更多的细节演讲者是如何工作的．

压缩和稀薄是运动的结果空气颗粒。当颗粒互相推动时，它们产生更高压力的区域。这些颗粒也按压它们旁边的分子。当颗粒移开时，它们在从相邻颗粒中拉出时产生较低压力的区域。以这种方式，按压和稀疏通过空气作为a纵波。

当这种高压区域的浪潮到达你的耳朵时，有几件事会发生一些事情，让你把它视为声音。波浪反射了Pinna，或者你耳朵的外锥。耳朵的这一部分也被称为耳廓。声音也传播到你的耳道,它在哪里移动你的身体鼓膜，或者耳膜。这引发了一个连锁反应，涉及到你耳朵内的许多微小结构。最终，压力波的振动到达你的身体耳蜗神经,将它们以神经冲动的形式传送到大脑。你的大脑将这些冲动解读为声音。How Hearing Works (Hearing .htm)有更多关于你耳朵内部结构的信息，以及如何感知声音。

你的大脑的解释过程可以让你理解声音的含义。如果声音是一系列口语单词，你可以把它们组合成一个可以理解的句子。如果声音是一首歌，你可以解释歌词，体验音调和节奏，并决定你是否喜欢听到的内容。你还可以记住你以前听过同样的歌还是类似的歌。

除了允许你解释声音，你的大脑也使用很多耳朵线索帮你弄清楚它是从哪来的。这并不总是你想的事情，甚至不是你有意识地意识到的事情。但是能够定位声音的来源是一项重要的技能。这种能力帮助动物找到食物，躲避捕食者，找到同类。能够辨别声音来自哪里还能帮助你判断是否有人跟踪你，门外的敲门声是你的还是邻居的。

这些线索和声波的物理特性是虚拟环绕声的核心。接下来我们将更详细地研究它们。

大多数人都有过这样的经历:坐在一个非常安静的房间里，比如考试时的教室里，突然一声意想不到的噪音打破了寂静，比如零钱从某人的口袋里掉了出来。通常，人们会立即把头转向声音的来源。转向声音似乎是一种本能——在一瞬间，你的大脑决定了声音的位置。即使你只能用一只耳朵听，这也是事实。

一个人确定声音的位置的能力来自大脑的声音属性的分析。一个属性与右耳听到的声音与左耳听到的声音之间有关。另一个与声波和头部和身体之间的相互作用有关。在一起，这些是大脑用来弄清楚声音来自哪里的耳鸣。

想象一下，在我们安静的教室里，硬币掉到了你右边的地板上。因为声音以物理波的形式在空气中传播——这个过程需要时间——它到达你右耳的时间比到达你左耳的时间短几分之一秒。此外，当声音传到你的左耳时，它会变得更安静。这种音量的降低是因为声波的自然消散，也因为你的头部吸收并反射了一点声音。你左右耳的音量差是双耳水平差（ILD）。延迟是最重要的内部时间差（ITD）。

时间和水平的差异让你的大脑清楚地知道声音是从你的左边还是右边发出的。然而，这些差异并不能说明声音是来自你的上方还是下方。这是因为改变声音的高度会影响声音到达你耳朵的路径，但不会影响你左右耳朵听到的声音的差异。此外，如果你只依靠时间和水平的差异，就很难判断声音是从你前面还是后面发出的。这是因为，在某些情况下，这些声音可以产生相同的ild和过渡段。尽管声音来自不同的地方差异你耳朵里听到的还是一样的。ILD和ITD在一个从耳朵向外延伸的锥形区域内是相同的，该区域称为耳廓混乱的锥体。

盲耳和过渡段盲耳要求人们双耳都能听，但单耳听不见的人通常仍然可以确定声音的来源。这是因为大脑可以利用声音在一只耳朵表面的反射来尝试定位声音的来源。

当声波到达人的身体时，它会被人的头和肩膀反射回来。它也会在人的外耳的弯曲表面反射。每一次反射都会对声波产生微妙的变化。反射波相互干扰，导致部分波变大或变小，改变声音的音量或质量。这些变化被称为头部相关传递函数（HRTF）。与ILD和ITDS不同，声音的高度或其从上方或下方击中耳朵的角度影响其身体表面的反射。反射也取决于声音是否来自身体前面或后面的声音。

HRTF对波的形状有微妙但复杂的影响。大脑解释波的形状上的这些差异，利用它们找到声音的来源。在下一节中，我们将了解研究人员是如何研究这一现象并将其用于创建虚拟环绕声系统的。

一个人的耳朵的耳廓有很多表面可以反射声波。大多数这些表面都是弯曲的。有些人可能会将声音引导到耳朵中的其他表面，在到达鼓膜之前，使波在达到鼓膜前以多次反弹。与一个人的脸部，头部，头发和躯干的互动也很复杂。试图用手隔离和测量这些反射几乎是不可能的。因此，科学家使用声源，大量麦克风和计算机程序研究了与头相关的传输功能（HRTF）。

在某些情况下，研究人员在参与者的身体表面安装了微型麦克风。在另一些项目中，他们使用了逼真的人体模型，精确地描绘出人体的皮肤、软骨和身体比例。一个这样的人体模型是诺尔斯声学研究电子人体模型(或称KEMAR)，它已被用于诸如麻省理工学院媒体实验室等实验室的HRTF研究。

这些麦克风只有一个功能——捕捉声音。然后，计算机可以分析不同起源点的声音的细微差别，或者单个声音与身体不同部位相互作用的方式。最终，这些信息会导致算法或一组算法。该算法本质上是一组规则，描述了HRTF和其他因素改变声波形状的方式。将该算法应用于另一个声波也会改变其形状，使其具有与第一个声波在与人体相互作用后相同的特性。

像这样的算法是虚拟环绕声系统的核心。发生了什么:

换句话说，这个过程将耳朵提示应用于声波，让你的大脑欺骗，以解释声音，好像它来自五个来源而不是两个来源。

除了声波与人体的相互作用之外，虚拟环绕声扬声器还使用许多工具和技术来创建5.1通道声的错觉。一些系统，特别是数字音响处理系统，物理地反射房间墙壁的声波。在这种情况下，一些声音似乎来自你身后，因为它是在头部后面的墙壁上弹跳。这样的系统通常要求您提供房间的尺寸或使用麦克风校准扬声器。否则，反射可能发生在错误的角度或错误的地方。

许多双扬声器系统也合并了串音消除. 这基本上是创造性地使用相消干涉为了消除你应该用左耳和你应该听到的声音之间的声音之间的不希望的干扰。这使得你的耳朵不太可能拿起彼此的提示，破坏了五位扬声器声音的幻觉。

算法和串扰消除协议需要计算机处理器的帮助，通常在接收机/放大器中找到。该设备包括一个声音处理芯片，可以将算法应用到声波的实时。和其他放大器一样，它从一个源接收声音信息，比如卫星盒或DVD播放机。在将信号发送到扬声器之前，它会应用算法并对音量或音质进行任何其他调整。在一些系统中，这种接收器/放大器被内置到扬声器单元中。

虚拟环绕立体声系统最大的缺点是其沉浸式效果是一种错觉，而不是多个扬声器的产品。保持这种错觉需要你坐在正确的位置，直视电视屏幕。向左或向右移动得太远甜点会扰乱真实环绕声的感觉，将你置于定向声场之外。有时，声音从房间的一边移动到另一边，或从你的前面移动到你的后面，似乎被打断或听起来不自然。由于声波本身只来自两个扬声器，所以声场的功率和影响往往小于一个完整的扬声器。

此外，如果你正在购买虚拟环绕立体声系统，还有几点需要记住:

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