检查引证/信息源请点击：映维网
本文来自于Valve音频工程师艾米莉·丽琪维
（映维网 2019年08月13日）继深化介绍了Index头显的视场之后，Valve日前撰文探求了设备耳机和麦克风方面的规划进程。
延伸阅览：深化了解Valve Index的FOV视场规划
本文来自于音频工程师艾米莉·丽琪维（Emily Ridgway），下面是映维网的详细收拾：
Valve Index Ear Speakers是针对虚拟现实的特定体会性方针进行优化，所以它们的规划方法与传统顾客耳机有所不同。
在前期的VR试验阶段，咱们日渐发现要令VR用户暂时不再置疑体会的实在性，这不只依赖于传统游戏和电影的叙事，环境和情感引发规划方法，一起需求一种专为VR而生的生理问题处理才干。当咱们戴上头显开玩《Bugdget Cuts》时，咱们希望VR可以令大脑信任咱们的身体的确传送至了一个充溢机器人的办公室环境，而非单纯经过一个静态屏幕向咱们展现其环境。
咱们在研讨和游戏测验中发现，完成最大声响沉溺感对音频组件的规划提出了与3D追寻体系或显现面板相同的很多要求。咱们一起发现，盘绕所述要求进行规划意味着承受必定的权衡，而这会影响扬声器的方位，驱动器的分量，驱动器音膜的形状，扬声器外壳的工业规划，乃至是根本的频率呼应特征。
1. 硬件与软件
只要一起运用软件和硬才干完成令人信服的音频沉溺感。清晰硬件（音频组件）和软件（游戏，VR体会）责任之间的边界需求对VR音频管道进行全体的权衡考虑：从VR声响内容的创立方法到游戏引擎的输出方法，再到声响传输到耳朵的全进程。
在软件方面，自上世纪90年代（《消灭兵士》，《半条命》和Aureal 3D等）呈现了第一批与玩家相关的全景体会之后，音频工程师和科学家一向致力于发明令人信服的沉溺式声响内容。接下来得益于当时一代的虚拟现实，咱们现已看到空间音频技能的巨大提高的。双耳烘托和根据物理的声响仿照插件（如SteamAudio）答应开发者经过惯例立体声耳机完成更高的声响定位精度，物理准确的虚拟混响，声响遮挡，以及声响传达。考虑到当时VR范畴的最佳听音组件，咱们运用了以下常识和音频软件仿照研讨：
VR内容首要以立体方法传送：左右各一个音频通道。所述通道可以包括相关于玩家在任何给定时间凝视的方位的嵌入式双耳与HRTF音染。
咱们的外耳，头形和面部几许添加了特定的腔调特征，可以协助咱们的大脑辨认实在声响与设想声响，以及声源相关于咱们的方位（后方，上方，下方，左边，右侧等） 。
中高频声响保真度十分重要：双耳仿照依赖于音染的纤细改变（1kH-8kHz）来传达声源相关于玩家的方位。假如听音组件添加了自己模糊不清的频率音染，这将会搅扰玩家定位声响的才干；别的，人类一般对2kHZ-5kHz规划内的声响十分灵敏。假如虚拟声响的频率与咱们预期的实践状况不符，咱们更有或许将声响辨以为“不实在”。你可以比较一下经过扬声器播映或人的声响和或人在你周围说话的景象。
低频声响保真度很重要：虽然低频内容在天然界中并不常常发作，但它在VR和文娱内容中常常呈现，如音乐，隆隆声，爆破，枪声和心跳等等。低声关于传达巨细和规划感至关重要。它增强了VR的视觉沉溺感，并可以引发特定的心情暗示，如风险，孤立和内化等。所以，听力组件保持健康的低声呼应应很重要。
2. 为什么不选用耳机呢？
传统耳机擅于向每只耳朵供给直接的，与玩家相关的立体声响内容。玩家可以在虚拟国际中环顾四周，而具有声响仿照插件的3D游戏引擎将输出所需的立体声信号以传达虚拟声源的正确方位。这正是电竞选手（如《CS：GO》）挑选耳机而非前置扬声器的原因，因为耳机供给了更直接的空间声响信息。两个输出通道（L/R），两个喇叭（L/R），两只耳朵（L/R）。
但一般来说，传统音频组件很少是以声响沉溺感作为首要的规划方针。比如耳塞，中听式耳机和耳罩式耳机之类的个人组件首要是用于在不适合扬声器，而且一般能耗需求极低的设备，如智能手机，由电池功用的设备。这种听音组件的要点一般是声响阻隔，功率功率，噪声消除，以及增强的频率呼应。咱们以为，前面所述的大多数优化对当时的房间规划VR而言或许没有太大含义，因为后者的听音环境是专门的玩耍空间，呈现少数的声响走漏或许不会有太大问题。咱们一起可以获取满足的功率和频率呼应支撑。
耳机和耳塞需求触摸耳朵或盘绕耳朵。咱们发现这有时可以经过以下方法影响音频沉溺感：
将声响直接传递到耳道会绕过因耳朵和头部与实在声波相互作用而引起的天然听音进程。用户将错失耳朵，头部和个人几许形状发作的音染特征。即便音频内容是高度空间化和物理仿照，这都有或许导致相关声响似乎是幻想而成。咱们猜测，软件仿照终究可以考虑到这一点。
经过一段时间后，相关组件给耳朵施加的压力会令用户感到不适，然后影响VR的沉溺感。
有被试陈述说，耳机触摸耳朵的行为向其宣布了任何行将呈现的声响都非实在的信号。
耳罩式耳机密封耳朵会令热量集合不散，这会减损临场感。
某些耳机的音质会搅扰双耳仿照的奇妙频率音染。例如，夸张或模糊不清的中高频很或许会搅扰HRTF滤波器的奇妙性，导致游戏和VR中的定向声响感觉欠安。
3. 为什么不选用扬声器呢？
咱们一起考虑了典型立体声或盘绕声设置中的消费类扬声器和波束构成扬声器。扬声器可以绕开一系列与耳机相关的舒适问题，而且可以宣布咱们可以轻易地将其视为来自外部的声响。但它们的确为选用提出了必定的妨碍：
现有的立体声扬声器装备选用正向规划，所以声响传来的方法就像是你是一名观众并在台下赏识乐队的演奏，或许坐在沙发看电视。这关于音乐和电影而言没有什么问题，但VR和立体游戏声响内容输入是假定L/R通道可以立刻到达头部两边。
常见的5.1和7.1盘绕声体系将声响播映约束在水平音场，而VR和游戏声响内容则可以虚拟地定位在周围的任何方位。
扬声器体系需求花费时间和空间进行正确地设置，然后为VR体系发明晰额定的抵触。
扬声器要求播映器保持在一个小小的“最佳方位”以进行准确的空间播映。VR有时或许需求用户在大空间中移动。
扬声器或许会遭到实在房间的声学影响，并或许与虚拟国际的希望声学抵触。
扬声器或许会使声响感觉太远，与或许十分挨近玩家耳朵的虚拟声源方位相对立。
4. 咱们的挑选
在回忆上述一切权衡时，VR的最佳听音处理方案或许是一对超近场，全规划的耳外耳机。满足挨近耳朵以仿照玩家相对的立体耳机，而且支撑当时VR内容的输出格局，但一起满足远隔以答应耳朵和头部的音染，而且又可以处理舒适和压力问题。正是这种知道，以及幼年回忆的创意（可以在两个朝内向的高保真扬声器设置中彻底沉溺在音频体会之中），咱们创立了首个原型。
咱们首个近耳扬声器原型
5. 开展
关于第一个原型，咱们将两个小型全频桌面扬声器驱动器贴在滑板头盔的旁边面，然后将一个旧款Vive绑在头盔外面。扬声器由接入HTC Vive耳机插孔的USB和音频输出功用。当咱们答应自己的耳朵和头部天然地解说声响时，这个粗糙的原型在演示声响沉溺感和外化提高方面的体现十分测色。沉溺感难以进行定量丈量，所以在这个阶段，咱们依托来自搭档和被试的定性反应来描绘原型与一对KOSS Porta Pro中听式耳机的声响差异。实践的反应十分喜爱于扬声器，而咱们以为值得持续推动这种规划。但咱们遇到了几个问题：
低声呼应十分有限。
因为佩带头盔的方法或在VR中移动会导致扬声器方位的细微改变，然后导致音量，频率呼应和声响平衡呈现明显改变。
分量和巨细。扬声器太重（每个70克），与咱们完成更轻更舒适的头显方针不共同。这或许是咱们前期最为重视的问题。
声响走漏。
对耳机驱动器的试验
为处理体重问题，咱们测验运用耳机驱动器而非扬声器驱动器。虽然它们更轻，更省电，但当远离耳朵时，其无法供给满足的音量。咱们早已知道状况会是这样，但听到声响沉溺感与原理耳朵间隔 vs 频率呼应 vs音量之间的权衡十分风趣。
磁性平面近耳耳机概念
咱们想知道耳机驱动要多大才干开端满足咱们的音量和频率呼应要求。为了寻觅答案，咱们与开发了一对磁性平面耳机的Audeze进行了攀谈。成果听起来令人难以置信，但Valve Index的出产方针无法支撑其分量，尺度和本钱。
首个根据“Hummingbirds”的扬声器
咱们回到将扬声器驱动器作为咱们推动规划的根底。前期音频研制的优势之一是，咱们可以独立于Valve Index头显体系作业。在机械工程师的协助下，咱们构建了一个独立的耳机外形。在这个环境中，咱们可以快速迭代低声呼应，调谐，声响中听方向，耳朵间隔，以及扬声器驱动器A/B测验评价。
这是首个经过3D打印的耳机原型，咱们内部将其称为“Hummingbirds（蜂鸟）”。
搭载小型，全频，传统活塞扬声器的Hummingbirds。
之所以构建这种色彩斑斓的Hummingbirds，咱们是为了评价不同品种的小型全频扬声器驱动器。到目前为止，咱们一向在从头运用整个消费类扬声器和耳机体系。购买和评价现成的组件需求咱们开端构建音频子体系的根底：扩音器，音频芯片，DSP（数字信号处理）和麦克风。与此一起，咱们越来越挨近耳朵间隔，旋转，分量，扬声器尺度和频率呼应之间的发货方针。
首对选用Tectonic的BMR驱动的Hummingbirds
咱们在驱动评价阶段遇到了BMR（Balance Mode Radiator）驱动，而且立刻注意到数个优势：它们削减了因为扬声器误定位而引起的音染；几乎在咱们的分量方针规划内；在高中频规划内有着十分优异的频率呼应（对双耳仿照很重要），而且比传统扬声器驱动薄得多。咱们开端与Tectonic协作规划一款用作耳机扬声器的定制驱动。
咱们内部越来越重视耳塞式扬声器的声响走漏问题，以及它们会令放进来多少外部声响。为了确认这对用户的影响，咱们构建了20多台Hummingbirds，并供搭档在家测验。没有人想要偿还借出的Hummingbirds。这是一个好现象，而且游戏测验反应十分活跃。被试评论道，不借出耳朵和添加的声响沉溺感可以抵消外部声响进入和/或内部声响走漏所引起的问题。咱们决议持续这种规划，但时间紧记所述的问题。
Mr. HATS
5. 产品
咱们现在有测验成果优异，而且在咱们的保真度，本钱和规划方针规划内的耳机扬声器子体系。咱们开端将耳机规划与头显兼并。在头显环境中开端丈量音频子体系的功用变得十分重要。经过准确丈量，咱们可以渐进式改进和辨认音频子体系中的问题。咱们一开端选用了“Mr.HATS”模型进行频率呼应丈量。外表的蓝色胶带标记了头显在模型的切当方位，然后保证前期丈量可以保持共同。
Index BMR驱动在消声室中的频率呼应图
为了最大化音质，咱们每天都会丈量和改进频率呼应和低声扩展。Valve尽力运用EQ调音和算法来改进低声扩展，而Tectonic则致力于经过优化扬声器驱动自身来改进低声。两边尽力的结合使得咱们可以完成并逾越咱们的音质和低声呼应方针。
BMR驱动的极坐标呼应图和声压级图说明晰音质在各个扬声器驱动方位的共同性。
经过运用BMR驱动，咱们可以保证共同的音质，无需音染（即便扬声器在头部旁边面稍微错位）。这是因为BMR共同的发声方法。在低频时，它们体现得像传统扬声器。电信号进入，整个音膜前后移动并追寻信号的形状。但真实的魔法发作在更高的频率。当声响的波长类似于音膜巨细时（> 3kHz），传统的驱动将开端进入“分化”形式，导致音膜曲折和动摇，并在频率呼应中发作十分尖利的峰值。BMR从资料，质量和仿照等方面精心规划了音膜。根本上， 即便它们与BMR扬声器没有彻底对齐，其都可以保证的你耳朵一直可以接纳完好的声响信息。
经过机械方法削减声响走漏
别的，Tectonic可以经过机械方法削减声响走漏。因为Valve Index扬声器驱动对外打开，来自前侧的压力可以与来自后侧的压力相互作用，而且互相异相。但驱动自身供给了必定程度的“挡板”。根本来说，关于任何扬声器驱动，其外径有助于防止来自前侧的压力与后侧压力相遇，但这只要在声波波长小于驱动直径的挡板时才有用。当波长大于驱动直径时，来自前侧的压力将直接与来自后侧的压力相互作用，而且发作激烈抵消。驱动的总直径约为5厘米，这意味着大约3kHz以上不存在抵消。但正如咱们所知，在这个频率之上的音频内容会越来越少。大多数音频内容都低于3kHz，这是抵消最为激烈的区间。Tectonic首席技能官提姆·怀特维尔（Tim Whitwell）指出：“佩带耳机的用户耳朵十分挨近于驱动（近场），因为来自前方的压力比后方更挨近耳朵，所以用户不会感知到抵消。”
6. 麦克风
咱们的方针是装备高质量的麦克风，然后支撑直播者和多人游戏体会。但因为选用了耳机扬声器规划，咱们估计麦克风功用将成为一项艰巨的应战。令咱们惊奇的是，成果并非如此。因为耳机的几个共同功用，咱们可以防止在麦克风信号上运用很多的噪声消除DSP，然后可以将麦克风流的采样率保持在48kHz。下面是一系列有助于构建高质量麦克风输入的功用：
双麦克风阵列可以缩小方向呼应，并专心于信号（用户嘴巴）和消除其他外来噪音。双向麦克风阵列将拾音器聚集于用户嘴巴，并扫除任何外部声响。
与传统扬声器比较，BMR驱动的“挡板”削减了外部噪音搅扰。
扬声器和麦克风的声学规划可以大大削减非线性声学反应途径。玩家自己的头部吸收BMR扬声器的大部分初始声能。
高SNR麦克风和音频途径。
优质的麦克风和声学密封。
动态紧缩传入的音频。
7. 最终的主意
一切的研讨，迭代和反应使得咱们信任Valve Index的耳机规划可以尽或许地挨近于最佳权衡平衡，以及专门为房间规划VR音频规划的功用。咱们对音频体会感到十分满足。当然，咱们尚有更多需求学习的当地，以及存在很大的提高空间。
