浅谈听觉维度与环绕声

我们活在一个三维的世界，也就是一个有着宽度、高度、纵深三个维度构成的立体世界，我们感受到这个世界的一切都是立体的，我们主要通过视觉和声音来辨别物体的方位和距离。人耳能辨别以头部为原点的球形范围以内的所有方位的声音。

人耳如何辨别声音方位

普通人只有两只耳朵，是如何辨别具有三个维度的空间信息的呢？——参考双耳效应的描述：人们依靠双耳间的音量差、时间差和音色差判别声音的方位。声音强弱不同时，可感受出声源与听音者之间的距离。

1、声音到两只耳朵的音量差

当声音从我们的左侧发出，那么自然是左边的耳朵听到的声音大一点，我们会感觉声音位置偏左。这也就是调音台上Pan旋钮的工作原理，当我们转动Pan旋钮的时候，其实是改变了左右两个声道的音量比例。而这里的音量差还包含直达声和反射声的比例，试想，在房间里我们坐在一对音箱面前，当我们把头向右转90度，这时候左耳可以听到音箱的直达声，右耳已经几乎听不到直达声了，右耳听到的是音箱发出经过房间墙面反射到达的声音。耳朵接收的直达声和反射声的比例也是人耳辨别声音方位的一个重要参考。

2、声音到两只耳朵的时间差

同样，当声音从一侧发出的时候，到达两只耳朵的时间是不一样的，虽然这个时间差很微小，但神经系统仍然能捕捉，用于分析声音的方位。 

3、音色差

我们的头部和身体会对声音产生一定的遮挡，而这些遮挡会导致声音的频率发生变化。由此，当一个声音在耳朵能听到的直达声范围时我们会觉得声音很清晰直接，而当声音从头顶、脚底或者后方转过来的时候会感觉声音好像被闷住了。人的身体和耳廓对声音做了一部分遮挡导致的音色变化，这个音色的变化也是人耳分析声音方位的参考。

此外，头部的转动和视觉辅助也是辨别声音位置的方式。当我们无法清晰地分辨声音方位的时候，转动头部使声音对于耳朵的方位产生变化，这时候就很容易捕捉声音的位置了，再加上视觉的辅助，我们很容易辨别声音的位置。

聊完辨别声音方位的方式，我们再来聊聊

声音的维度 

如今我们能接触到的听音设备大概就是耳机和音箱，耳机常见有入耳式耳机和头戴式耳机，所有耳机几乎都是喇叭直达耳道的，所以通常耳机只有直达声；音箱从数量来说常见有2.1、5.1、7.1、9.1、7.1.4、9.1.4等。音箱由于在真实的房间中播放，声音从音箱发出之后经过房间的桌面、墙面多次反射形成混响。而我们本身就活在一个充满混响的世界，所以音箱给我们的听感相对耳机是比较真实的。 

从声音的维度来说，耳机带来的声音是一维的，声音位置只能在两只耳朵相连的左中右这一条线上移动，也就是“头中效应”。所以当我们带上耳机听歌的时候，我们会感觉声音在左耳，或右耳，又或左右耳连接的正中间就是头部里面，就像乐队在脑袋里面演奏一样，这感觉就比较反人类了。所以耳机无法给我们正确的声场，这是耳机相较于音箱最大的缺陷之一。 

而音箱从2.1、5.1、7.1到9.1都是二维的，也就是围绕听众产生的一个扇形或圆形平面。2.1是最基本的配置，2.1指的是左右声道的全频音箱加一只低音炮。2.1的配置常见于多媒体桌面音箱、监听音箱等，2.1给人的最大声相范围仅限于左前方到右前方跨度120°。根据人耳定位声音的方式，在听2.1音箱的时候由于左右两边接收到的声音信息高度类似，跟正前方传来的声音听起来很像，所以大脑会默认声音从正前方来，而不是左右两边。声相宽度和纵深感，这是音箱和耳机听音乐最根本的区别。

5.1声道常见于家庭影院，相比2.1声道增加了后置左右环绕和中置3只音箱。这样，声相的范围是包围听众的一圈，声音可以从前方的左右60°和后方的左右120°被感知到，这时候听众会有种被声音环绕的感觉，所以从5.1声道开始就进入环绕声的世界了。

7.1声道在5.1声道的基础上增加了左右两侧的音箱，对比之下后侧的环绕音箱定位会更清晰，而9.1声道在7.1的基础上再加一组左前侧和右前侧的音箱，使得音箱的覆盖角度更全。但即使上升到9.1声道，声音依然是围绕着听众的一个圆形平面，因为所有音箱都在一个平面高度上，依然是二维。 

全景声通常是9.1.4的配置，也就是9只平面的环绕音箱，一只超低音箱，4只天空声道音箱左右两侧为一组挂在听众的前上方和后上方，此时我们可以感受到声音从前后左右上方包围的感觉，可以说是身临其境了。但全景声目前还未普及到民用，不仅搭建成本高，而且音源非常稀少，所以通常我们只能去影院感受全景声。

虽然环绕声系统使用起来非常爽，特别是在家里看电影打游戏的时候，但同时环绕声系统动辄几万的高昂售价也是让人望而却步，并且环绕声对搭建环境有比较高的要求，所以目前普及率不是很高。 

那么下一篇，我们再来聊聊用耳机就可以实现环绕声的黑科技——Waves Nx。

本文作者：MICHAEL.D

音响工程师、混音师、杭州阿珂曼传媒技术总监、广州龙维电子科技有限公司高级技术经理。