论文部分内容阅读
物理多声道耳机，相比传统耳机最大的不同在于拥有多个扬声器单元。在很多读者看来，将多个扬声器单元放入小小的耳机中很不可思议。而在狭小的空间让它们协同工作，提供多声道音效也显得神奇。故此，《微型计算机》特邀硕美科多声道耳机项目工程师洪锷先生解读物理多声道耳机的技术。
MC：什么是物理多声道耳机?它与传统立体声耳机有何区别?
洪：物理多声道，即真实的多声道解码和多声道回放，而不是在回放端单纯使用两个扬声器单元，然后通过音效处理模拟多个喇叭的虚拟多声道产品。
物理多声道耳机会采用真实的多声道数字解码输出，内置最高可支持7.1声道的高性能解码芯片。出于对耳机重量、人体舒适性和实用性等方面的考虑，目前的物理多声道耳机在设计上通常只使用5.1声道，即6声道输出，分别是：前置左(FL)、前置右(FR)、中置(center)、后置左(RL)、后置右(RR)、以及低音炮(SUB-Woofer，通过震动器实现)。而传统立体声耳机只有两声道L、R，不难看出物理多声道耳机与传统立体声耳机输出的区别。
由于一般耳机没有音箱的左右声道互馈效应；左耳只能接收左声道的声音，右耳只能接收右声道的声音，缺乏单耳对两个声道的混音比较。所以我们平时使用耳机听音乐都有如下问题：人声主乐器的头中效应严重、大部分声源都无法准确定位、左右方向的声源分离明显而纵向分离不清，对侧向、后方、头顶、地下等方向的定位是无能为力的。而多声道耳机对还原声音的效果比立体声耳机更出色，输出声道发生细分的变化，声音定位更准确。
MC：如何分辨一款宣称环绕声耳机的产品是否采用了物理多声道技术?
洪：多声道技术要求录音的时候针对每个声道单独设置拾音器。5.1声道系统便足足需要5个以上完整的信号通道，每个通道将由专业的IC芯片负责独立运算。
由此来看，分辨物理多声道耳机的方法很简单。如果一款耳机宣称具备5.1或7.1环绕音效，但实际产品规格中却只有两个扬声器单元的参数，并采用了SRS或Dolby耳机技术，那么基本可以判定其并非物理多声道耳机，而是借助虚拟环绕声技术实现的虚拟多声道耳机。此外，由于5.1环绕音效需要专业的5.1硬解码IC芯片主控，因此耳机内是否带有5.1环绕音效硬解码功能的内置声卡也可作为判断的标准和依据。
MC：物理多声道耳机发声的原理是怎样的?是否也需要多声道声卡才能驱动它?
洪：能实现多声道发声的前提条件，必须需要有多声道音源。这种音源在灌录时已经以特定的录制方式对多声道的声音进行有规律有时序地灌录，即每一个声道的信号都是独立的全频信号。现在主流多声道录制技术有DTS，Dolby Digital 5.1，EAX(3D游戏用)等。对灌录音源进行还原就是解码，解码的前提条件必须与灌录的时序相一致，相位相同，不然导致声道错乱或相位延迟或反相位。就目前市面上的物理多声道耳机来说，通常会内置USB多声道输出声卡，所用芯片最高支持7.1声道解码输出，并附带3D驱动程序，以配合芯片选择适当的解码和回放模式。当然，市面上也有不带USB多声道声卡的产品，但它们需要配合用户的多声道声卡才能实现物理多声道效果。
MC：物理多声道耳机如何让多个扬声器单元在小腔体中避免干扰?
洪：物理多声道耳机会采用分体式各自独立空间位设计。即在腔体内，每声道放置的单体喇叭有独立的腔体。扬声器单元沿用户耳廓呈卫星状分布，以使用户所感受到的音效最大程度上与5.1声道音响的体验相吻合。其中，后置左右声道的扬声器单元，分别设置在耳廓后方的位置，这样经过绕射效应，声波的反射路线就可以接近后面音源发出的声音进入耳朵路径。同样道理，中央声道设置在耳廓的正上方，与中央音源发出的声波进入耳廓的折射路程接近。一般来说，我们对前置声道是较为敏感的，低频也一般认为是没用指向性的，因而在前置左右声道上采用了高品质的全频扬声器，设置在正对耳道的位置，兼顾主要声道和低频响应，让声波进入耳朵的路线最短，这样产生的效果也最明显。
除了巧妙的独立腔体设计和独特的扬声器方案，物理多声道耳机还会使用吸音绵，将反射声波尽可能吸收掉，以提升声道隔离度，避免相互干扰或串音。
MC：我们在硕美科E-95这款物理多声道耳机的音量线控器上，发现可以对每个声道进行独立调节，这是如何做到的?
洪：E-95使用的是真实5.1声道解码和回放，所以每个声道都有独立的输出线路。而在输出回路串接调节音量的电位器，就可以分别对前置，后置(环绕)，中置、低音炮的音量进行调节。
MC：对于带有USB声卡的物理多声道耳机来说，是否插上USB接口就处于5.1声道模式?还是需要另外设置?
洪：一般来说，物理多声道耳机在驱动运行状态下默认是5.1声道模式，此模式支持电影院效果及3D游戏使用。但是，用户的日常应用是种类繁多的，因此驱动程序通常允许用户按个人喜好调整3D界面内的其它声道输出设置，如头戴耳机，两声道，四声道，八声道等输出模式。
MC：我们曾经拆解过一款物理多声道耳机，发现所用的扬声器单元并没有采用统一尺寸，为什么要这样设计?
洪：以刚才提到的E-95为例，这款产品也使用了3种直径的单元，分别是27mm的震动单元，30mm的后置和中置单元，以及40mm前置单元。首先，27mm的VIB惯性震动单元设计力求以更小体积实现更好的低频反馈效果。目前该震动单元已成为了硕美科产品的标准震动单体，其它应用了低频实时动态反馈技术的耳机产品也使用到了它。它可根据游戏中场面激烈的程度计算出加速度的大小，并同步缓冲电极板的震动强度，为玩家还原出极度逼真的战地场面。其次，前置声道作为主声道输出，中置、后置(环绕)声道，作为环绕输出，再结合耳壳体积取最优方案，故作为主声道的前置选用了40mm的单体，而中置和后置就选用30mm的单体，使低音效果和动态表现更有优势，而且整体频响也更加宽广平坦。
MC：对多声道音频系统来说，中置和低音部分是比较特殊的部分(它们不是左右对称发声)，在物理多声道耳机里，这两部分是如何考虑的?
洪：在多声道录制时，中置或重低音部分是分别利用单一声道录制，在声音还原的时候，同样只有单一声道的输出，不存在立体声的问题。在声音还原时，为达到中央发声，会将左右的中置喇叭并接在一起，就可以起到中央发声的效果。低音部分的回放设计也一样。
MC：对物理多声道耳机而言，最大的设计难点在哪里?
洪：多声道耳机设计最大设计难点是腔体设计。由于要同时安置多个发声单元，如果腔体设计不当，腔体会形成短路腔，致使声道不分，各频段混沌不清，所以在腔体设计时需要实现各声道隔离。另外，由于耳机的腔体局限，定位空间没有家庭影院如此宽阔，因此合理的定位要求就成为了腔体设计中的主要难点。而经过精心设计的耳机腔体，可以有效抑制各单元之间的EMI干扰。
MC观点：对于物理多声道耳机，我们曾在《微型计算机》6月上的《品鉴三款5.1声道耳机》一文中进行过深入评测和报道。可以说，物理多声道耳机是对用户多声道应用的一个有力补充。以不受使用环境限制和不影响他人为前提来看，物理多声道耳机是目前体验多声道效果最合适的选择。当然，我们也期待物理多声道耳机能在整体重量和佩戴舒适性上能有更大突破，毕竟以现有市售产品来看，整体重量还不够轻是用户长时间使用物理多声道耳机的最大障碍。
MC：什么是物理多声道耳机?它与传统立体声耳机有何区别?
洪：物理多声道，即真实的多声道解码和多声道回放，而不是在回放端单纯使用两个扬声器单元，然后通过音效处理模拟多个喇叭的虚拟多声道产品。
物理多声道耳机会采用真实的多声道数字解码输出，内置最高可支持7.1声道的高性能解码芯片。出于对耳机重量、人体舒适性和实用性等方面的考虑，目前的物理多声道耳机在设计上通常只使用5.1声道，即6声道输出，分别是：前置左(FL)、前置右(FR)、中置(center)、后置左(RL)、后置右(RR)、以及低音炮(SUB-Woofer，通过震动器实现)。而传统立体声耳机只有两声道L、R，不难看出物理多声道耳机与传统立体声耳机输出的区别。
由于一般耳机没有音箱的左右声道互馈效应；左耳只能接收左声道的声音，右耳只能接收右声道的声音，缺乏单耳对两个声道的混音比较。所以我们平时使用耳机听音乐都有如下问题：人声主乐器的头中效应严重、大部分声源都无法准确定位、左右方向的声源分离明显而纵向分离不清，对侧向、后方、头顶、地下等方向的定位是无能为力的。而多声道耳机对还原声音的效果比立体声耳机更出色，输出声道发生细分的变化，声音定位更准确。
MC：如何分辨一款宣称环绕声耳机的产品是否采用了物理多声道技术?
洪：多声道技术要求录音的时候针对每个声道单独设置拾音器。5.1声道系统便足足需要5个以上完整的信号通道，每个通道将由专业的IC芯片负责独立运算。
由此来看，分辨物理多声道耳机的方法很简单。如果一款耳机宣称具备5.1或7.1环绕音效，但实际产品规格中却只有两个扬声器单元的参数，并采用了SRS或Dolby耳机技术，那么基本可以判定其并非物理多声道耳机，而是借助虚拟环绕声技术实现的虚拟多声道耳机。此外，由于5.1环绕音效需要专业的5.1硬解码IC芯片主控，因此耳机内是否带有5.1环绕音效硬解码功能的内置声卡也可作为判断的标准和依据。
MC：物理多声道耳机发声的原理是怎样的?是否也需要多声道声卡才能驱动它?
洪：能实现多声道发声的前提条件，必须需要有多声道音源。这种音源在灌录时已经以特定的录制方式对多声道的声音进行有规律有时序地灌录，即每一个声道的信号都是独立的全频信号。现在主流多声道录制技术有DTS，Dolby Digital 5.1，EAX(3D游戏用)等。对灌录音源进行还原就是解码，解码的前提条件必须与灌录的时序相一致，相位相同，不然导致声道错乱或相位延迟或反相位。就目前市面上的物理多声道耳机来说，通常会内置USB多声道输出声卡，所用芯片最高支持7.1声道解码输出，并附带3D驱动程序，以配合芯片选择适当的解码和回放模式。当然，市面上也有不带USB多声道声卡的产品，但它们需要配合用户的多声道声卡才能实现物理多声道效果。
MC：物理多声道耳机如何让多个扬声器单元在小腔体中避免干扰?
洪：物理多声道耳机会采用分体式各自独立空间位设计。即在腔体内，每声道放置的单体喇叭有独立的腔体。扬声器单元沿用户耳廓呈卫星状分布，以使用户所感受到的音效最大程度上与5.1声道音响的体验相吻合。其中，后置左右声道的扬声器单元，分别设置在耳廓后方的位置，这样经过绕射效应，声波的反射路线就可以接近后面音源发出的声音进入耳朵路径。同样道理，中央声道设置在耳廓的正上方，与中央音源发出的声波进入耳廓的折射路程接近。一般来说，我们对前置声道是较为敏感的，低频也一般认为是没用指向性的，因而在前置左右声道上采用了高品质的全频扬声器，设置在正对耳道的位置，兼顾主要声道和低频响应，让声波进入耳朵的路线最短，这样产生的效果也最明显。
除了巧妙的独立腔体设计和独特的扬声器方案，物理多声道耳机还会使用吸音绵，将反射声波尽可能吸收掉，以提升声道隔离度，避免相互干扰或串音。
MC：我们在硕美科E-95这款物理多声道耳机的音量线控器上，发现可以对每个声道进行独立调节，这是如何做到的?
洪：E-95使用的是真实5.1声道解码和回放，所以每个声道都有独立的输出线路。而在输出回路串接调节音量的电位器，就可以分别对前置，后置(环绕)，中置、低音炮的音量进行调节。
MC：对于带有USB声卡的物理多声道耳机来说，是否插上USB接口就处于5.1声道模式?还是需要另外设置?
洪：一般来说，物理多声道耳机在驱动运行状态下默认是5.1声道模式，此模式支持电影院效果及3D游戏使用。但是，用户的日常应用是种类繁多的，因此驱动程序通常允许用户按个人喜好调整3D界面内的其它声道输出设置，如头戴耳机，两声道，四声道，八声道等输出模式。
MC：我们曾经拆解过一款物理多声道耳机，发现所用的扬声器单元并没有采用统一尺寸，为什么要这样设计?
洪：以刚才提到的E-95为例，这款产品也使用了3种直径的单元，分别是27mm的震动单元，30mm的后置和中置单元，以及40mm前置单元。首先，27mm的VIB惯性震动单元设计力求以更小体积实现更好的低频反馈效果。目前该震动单元已成为了硕美科产品的标准震动单体，其它应用了低频实时动态反馈技术的耳机产品也使用到了它。它可根据游戏中场面激烈的程度计算出加速度的大小，并同步缓冲电极板的震动强度，为玩家还原出极度逼真的战地场面。其次，前置声道作为主声道输出，中置、后置(环绕)声道，作为环绕输出，再结合耳壳体积取最优方案，故作为主声道的前置选用了40mm的单体，而中置和后置就选用30mm的单体，使低音效果和动态表现更有优势，而且整体频响也更加宽广平坦。
MC：对多声道音频系统来说，中置和低音部分是比较特殊的部分(它们不是左右对称发声)，在物理多声道耳机里，这两部分是如何考虑的?
洪：在多声道录制时，中置或重低音部分是分别利用单一声道录制，在声音还原的时候，同样只有单一声道的输出，不存在立体声的问题。在声音还原时，为达到中央发声，会将左右的中置喇叭并接在一起，就可以起到中央发声的效果。低音部分的回放设计也一样。
MC：对物理多声道耳机而言，最大的设计难点在哪里?
洪：多声道耳机设计最大设计难点是腔体设计。由于要同时安置多个发声单元，如果腔体设计不当，腔体会形成短路腔，致使声道不分，各频段混沌不清，所以在腔体设计时需要实现各声道隔离。另外，由于耳机的腔体局限，定位空间没有家庭影院如此宽阔，因此合理的定位要求就成为了腔体设计中的主要难点。而经过精心设计的耳机腔体，可以有效抑制各单元之间的EMI干扰。
MC观点：对于物理多声道耳机，我们曾在《微型计算机》6月上的《品鉴三款5.1声道耳机》一文中进行过深入评测和报道。可以说，物理多声道耳机是对用户多声道应用的一个有力补充。以不受使用环境限制和不影响他人为前提来看，物理多声道耳机是目前体验多声道效果最合适的选择。当然，我们也期待物理多声道耳机能在整体重量和佩戴舒适性上能有更大突破，毕竟以现有市售产品来看，整体重量还不够轻是用户长时间使用物理多声道耳机的最大障碍。