双音腔还是多声道?娱乐耳机定位技术解析

李实

耳机作为我们日常使用的音频设备，其技术发展按理来说已经非常成熟了，一般来说，人们购买耳机更多看重其音质和便携性等。不过，随着娱乐内容技术水准的提升和游戏玩家的增多，一些功能特色鲜明、专门为游戏和娱乐设计的耳机和技术逐渐流行起来。双音腔和多声道，就是最近流行的两种娱乐耳机优化技术。那么，这两类技术都有什么优势，谁更符合用户的选择呢？

多声道耳机登场，更棒的影音体验

多声道音箱的发展，带给耳机发展上新的思路。既然音箱可以多声道，那么耳机自然也可以。不过，相比音箱有足够的空间容纳更多音源，耳机在多声道技术上的发展可谓颇为不易。为了讲清楚多声道耳机的原理，先来看看人类听觉系统是如何工作的。从生理角度描述的话，人类的听觉系统由左右耳、大脑以及相关神经共同组成。外部声音通过耳廓的集中进入耳道，随后由中耳的鼓膜通过震动和听骨链将声音传至内耳的耳蜗，然后再由耳蜗毛细胞将声音转为生物电通过神经传给大脑，大脑解码并获得声音。从这个过程来看，人类的听觉系统实际上是一个2.0系统。

那么，一个2.0的人类听觉系统如何实现听声辨位呢？实际上，人耳的听声辨位，是利用声音的时间差、强度差、耳廓的遮挡效应以及头部的运动来综合判断的，是一个复杂的过程。举例来说，声音从右边过来的时候，右耳肯定先听到，左耳的时间要慢点，因此人们就可以判断出声音来自右边。不过当声音频率超过1500Hz的时候，波长会小于头部尺寸的一半，因此耳朵就无法分辨是哪里来的声音了，但好在音量还可以帮助我们区分远近，也可以勉强分清楚声音的方位。此外，还有耳廓的遮挡效应，后部的声音由于遮挡，总会小一些，这也可以帮助判断声音来源。对其他的一些声音，比如波长较长的中音，其波形可以绕过人的身体，此时就需要转动头颅来寻找到声音的方位。

从上文可以看出，人耳对声音位置的判断是一个复杂的系统工程，并不是单一因素可以决定的，但是在很多情况下，声音的强度和时间差是可以影响发声位置判断的，这就是多声道耳机最根本的技术来源所在。也就是说，通过调整耳机的发声强度和时间差，是可以实现定位模拟效果的。为了达到这样的效果，在多声道耳机的发展中，也出现了两条道路。

第一条道路是采用更多的发声单元并对单元的距离、摆放位置进行一定的设计，从而实现对声音位置的模拟。在耳机上，耳机的左右半边都可以实现半幅5.1音频。一款典型的5.1声道耳机左侧有四个扬声器，对应低音、前、后、中央声道，实现了完整的左半侧声场。右侧则稍微简单一些，只有低音、中央和后置三个单元，其中前置单元的声音也由低音喇叭发声，这样可以减少一个单元以节省成本。

前文提到，人耳实际上是一个彻彻底底的2.0系统，因此，所有声音在人耳的角度来看，只具有强弱、时间前后等差异，其位置合成更多地依赖于大脑。换句话来说，虽然多声道耳机可以通过更多单元以及单元位置的调整来实现，但原理上两个音频单元、通过合理的算法处理后，也应该能够呈现多声道效果。因此，人们将使用多单元呈现多声道技术的耳机称为物理多声道，而将第二条道路：依旧使用2.0单元，但依靠算法处理的多声道耳机，称为虚拟多声道耳机。

虚拟多声道耳机的算法往往是基于HRTF也就是头相关变换函数进行计算，体现在耳机上就是类似耳机都使用独立的USB声卡完成声音的计算和传输，并不使用板载或第三方声卡。从实际体验来看，采用虚拟多声道技术的耳机由于专用算法的加持，定位效果要比传统2.0声道耳机更强，在影音视频中效果表现颇为出色。比如本刊曾介绍过的Hyperx黑鹰S就使用了Dolby Headphone技术实现了声场定位，这项技术通过自带的USB声卡实现，可以手动切换开关满足不同用户需求。

根据众多用户体验来看，在支持7.1声道的影音播放中，其从7个方向袭来的各种声音可以带来远好于立体声耳机的沉浸感、代入感，说得通俗点就像用VR看电影与用显示器看电影的区别一般。但其在游戏上的应用则存在一定的问题，目前支持多声道的游戏太少，比如大热的《绝地求生》就不提供对多声道技术的支持。一些玩家甚至指出，在这些不支持多声道技术的游戏中强行开启多声道技术后，反而有可能造成定位错误。此外还有资料指出在部分多声道系统反复计算声音的算法中，会存在一定情况的失真，距离感会减弱，对要求精准的FPS游戏中有部分影响。因此有部分玩家甚至在使用7.1声道耳机游戏时会切换到立体声模式，所以多声道耳机更适合的应用暂时还是在影音播放、多声道音乐等娱乐应用，对游戏的兼容性还存在一定不足。

双音腔来袭，更出色的兼容性

那还有什么技术可以帮助人们更好地实现听声辨位呢？近期由游戏硬件厂商HyperX推出的双音腔技术很好地回答了这个问题。

HyperX是存储厂商金士顿旗下的高端电竞品牌，品牌创立于2002年。从最初只有高性能内存一条产品线，现已发展为拥有内存、固态硬盘、闪存盘、游戏耳机、麦克风、键盘、鼠标、鼠标垫、游戏主机配件等多条产品线，专门致力于打造高性能游戏硬件的品牌。同时其不少产品线都获得很好的发展，根据官方资料，Hyperx系列游戏耳机自2014年上市以来，至今已推出7个系列共计20款产品，累计出货量突破700万套。

所谓双音腔技术，是指耳机内部有两个独立的音腔。与音箱类似，耳机也是由扬声器、声学腔体组成。耳机的障板、耳机耳垫以及耳机声道形成了一个腔体。目前大部分普通耳机均采用传统的单音腔设計，即在一个空间里面，输出包含了高频、中频、低频三个频段的声音，也就是说将三种声音混在一起输出，因此耳机腔体的设计对于是否能真实地还原声音、降低噪音也是非常重要的。在一些激烈复杂的游戏中，如果存在武器声音、脚步声音以及语音对话的声音同时出现的场景时，一些声音可能就会由于其他声音音量过大或者低音过强，导致细节丢失或者无法清晰呈现。

鉴于单音腔技术存在一些缺陷，因此人们就在考虑是否将不同频段的声音分开在不同的音腔中呈现，这就是双音腔技术。以本刊介绍过的Hyperx Cloud Alpha阿尔法游戏耳机为例，这款耳机拥有两个音腔，其中一个音腔负责传播高频与中频声音，另一个音腔则只输出低频声音，将低频部分的输出与高、中频分离开来，从而减少低频对其他两种频段声音的影响。从HyperX提供的官方数据来看，Cloud Alpha阿尔法耳机在总谐波失真（Total HarmonicDistor tion）测试中，大幅降低了在低频和高频部分的失真表现，比原来的单音腔设计Cloud耳机要好上很多，能为听者呈现出更清晰的音色。除了这款产品外，近期HyperX推出的Cloud Mix天际也采用了双音腔技术，并且还加入了APT-X蓝牙无线连接，实现了几乎无延迟的无线连接。

从实际效果来看，相比传统的耳机而言，双音腔技术的确能够带来更为清晰的定位，多种声音的干扰也被大幅度降低—耳机可以干脆地将脚步声、枪声，以及子弹打在物体上的声音区分开来，几类声音互不干扰，不会因为出现枪声就听不见脚步声，或者因为队友在附近频繁移动，脚步声“淹没”其他声音的现象。同时玩家可以轻松判断枪声、脚步声、车辆发动机声音的左右方位，提前预估危险，整体效果相比传统耳机有明显的提升，更适合《APEX英雄》、《绝地求生》这类音源复杂、混合度高的游戏。更值得一提的是，由于双音腔技术是通过内部的物理设计来降低干扰，提高定位清晰度，其本身并不涉及任何的处理和算法，因此其游戏兼容性极为出色，能够支持任何游戏。

娱乐游戏两不误，多声道和双音腔你爱谁？

从本文的介绍来看，耳机在经过漫长的发展后，呈现出更多的技术和更好的体验。多声道技术在影音娱乐上有独特的优势，但是在游戏方面还需要进一步加强兼容性和适配度。双音腔技术通过巧妙而独特的物理设计另辟蹊径，实现了干扰降低的同时，不仅加强了声音的定位，没有任何游戏兼容性问题，同时还加强了耳机低音的下潜力度，中高音的通透性与清晰度，在音乐上的表现也要更加出色一些，实现了娱乐、游戏两不误。更为重要的是，目前双音腔技术非常成熟，就像前面展示的那样，有多款实际产品已经上市，根据厂商的透露，未来还有多款产品将在今年陆续上市。对于这类通过巧妙设计，就能快速达成实用效果的技术，我们认为是非常值得推广的，为此本刊也特地对Hyperx研发的双音腔技术颁发《微型计算机》技术创新奖，希望厂商能多多开发类似技术，更快捷、更方便地带给玩家更好的游戏体验。