裸眼3D全息技術 讓聲音觸手可及

•圖片說明:世界首部3D歌劇去年在德國首演。整臺演出最特別的是沒有樂隊在現場伴奏，伴奏音樂是事先錄制好的，經由后期合成之后，通過三維全息技術把伴奏定位到觀眾席的座位之間。
 


    中國內首個3D全息音頻實驗室日前落戶虹口區的廣中路，其主要任務，就是研究與開發3D全息聲音技術。這是目前世界上最具革命性的聲音還原技術，同類實驗室在全球范圍內也不多見。日前，記者實地走訪了這家實驗室—— 三維全息技術 讓聲音觸手可及因為電影，3D全景影像技術如今已經是家喻戶曉。不過，你知道什么是3D全息聲音技術嗎？

    不同于以往的立體聲、環繞聲概念，所謂3D全息聲音技術，就是通過音箱排列而成的陣列來對聲音進行還原，重現最自然、最真實的聲場環境。舉個最簡單的例子：在3D電影里，常常會出現物體從銀幕飛到觀眾眼前的鏡頭，但與此同時，物體飛行時發出的聲音卻沒能跟著一起“飛”過來。而3D全息聲音技術要做到的，就是當物體飛到你眼前甚至砸在你臉上時，聲音也同時在最近處響起——就像生活中的真實場景一樣。這是目前世界上最為先進與成熟的聲音還原技術。

    把燈關掉之后，只聽得音樂聲——不，準確說來，是一般聽覺無法達到的那種對聲音、甚至對極微的細語之聲的還原。這種技術可以讓大喊或細語圍在你的身邊一圈圈打轉，可以迅速貼近你的耳邊，然后可以感覺到飄遠的距離感。

    記者走進這間位于五樓的實驗室。大約35平方米大小的房間里，排列著94個蛋形音箱——看上去很像理發店里燙頭發用的罩子。這些音箱分成上、中、下三層分布在房間四周，目的是確?？臻g中上下、前后和左右三個維度里的所有聲像位置都能得到準確呈現。

工程師為記者現場播放了幾首用3D全息聲音技術制作與合成的音樂作品。第一首叫《鬼魂》，把燈關掉之后，只聽得音樂聲——不，準確說來，是如鬼魅般或大喊或細語的聲音圍在記者身邊一圈圈打轉，然后迅速貼近記者的右耳邊，耳語幾聲之后又突然飄遠。接下來是一段名為《熱帶雨林》的作品，鼓點聲先在實驗室門外響起，然后由遠及近，從門縫中傳進來，連帶著土著人的喊叫聲一起慢慢靠近記者身邊，仿佛只要睜開眼睛，就能看見土著人在眼前舞蹈。

    另一首作品，則是一段合唱表演。實驗室瞬間消失，記者仿佛真的置身于劇場當中，甚至不是坐在觀眾席上，而是坐在舞臺上，與合唱演員只有幾步之遙——這種感覺與音量大小無關，而是一種逼真的距離感。

  基于惠更斯理論基礎上的波場合成，是3D全息聲音的核心技術，這也是一種全新的聲音回放技術。

   關于3D全息聲音技術，有一個問題不能不提：作為一種最新的聲音還原技術，它和原來的立體聲、環繞聲技術有什么區別？

    首先，從環繞聲的效果來看，3D全息聲音技術實現的是真正的3D環繞聲。理論上說，只有用無數多的聲道和音箱才能真實還原現場環境聲的聲場和聲像定位；但在實際應用中，要做到“無數多”是不可能的。所以從上世紀70年代開始，人們發明出了從4聲道到11聲道等數量不等的環繞聲制式。它們有一個共同特點：無論聲道數量是多少，所有音箱的位置都處于同一個水平面上，也就是說，它們只能表現出前后和左右這兩個維度的聲像位置。而SWD-IOSONO實驗室里的94聲道環繞聲，是目前為止最接近理想的環繞聲格式——94只音箱由下至上分3層排列在聽眾席周圍，因此可以表現空間三個維度的聲像位置和移動效果，稱得上是真正的3D環繞聲制式。這也是目前世界上其他一些同類實驗室采用的環繞聲格式。

    不過，如果以為3D全息聲音技術和立體聲、環繞聲的區別只是音箱數量，那就錯了。相比于立體聲和環繞聲，3D全息聲音技術對聲音的還原范圍更廣，可以說實現了全覆蓋。大自然中，存在著三種最基本的聲波傳播方式：球面波、平面波和柱面波。某個聲源點——比如房間里的一個人——發出的聲音，是以球面波傳播的，聲音有具體的來源，傳播距離比較近；當聲音傳播距離比較遠時，就產生了平面波，這時對于同處于一個區域里的人來說，只能辨別聲音的方向，而無法分辨出具體的位置；至于柱形波，則是物體在快速運動時形成的聲波，比如高鐵、賽車以及火箭。無論是立體聲還是環繞聲，都只能對以球面波傳播的聲音進行還原，無法表現出聲音的速度感和距離感，而3D全息聲音技術能夠把三種不同聲波傳播的聲音全部還原出來，不僅能夠將每一個的聲像點在聽眾的周圍重現，而且能夠在房間內，房間外和頭頂的任意方向，將聲音對象準確地定位在三維空間中，讓聲音觸手可及。

    為什么3D全息聲音技術能做到這一點？在回答這個問題之前，不妨先認識一個人：惠更斯。這個荷蘭人是歷史上最著名的物理學家之一，早在17世紀，他就提出了著名的惠更斯理論：在波的傳播過程中，總可以找到同位相各點的幾何位置，這些點的軌跡是一個等位相面，叫做波面；惠更斯用次波的假設來闡述波的傳播現象，提出任何時刻波面上的每一點都可作為次波的波源，各自發出球面次波；在以后的任何時刻，所有這些次波面的包絡面形成整個波在該時刻的新波面。

雖然惠更斯很早就提出了這一理論，但直到近十年來，隨著電腦計算能力的大幅度提高，以該理論為基礎的3D全息聲音才得以真正出現。3D全息聲音的核心技術叫做波場合成，是一種全新的聲音回放技術。聲波在空間的分布狀態稱為波場，波場合成使用音箱（揚聲器）陣列，通過一系列電腦的復雜計算，可以合成出任意時刻和任意地點的波場。這就好像三維電影，是把畫面分成一層一層之后，利用三維技術重新進行合成和呈現一樣，三維聲音也可以看做是把聲音細分成很多波段，然后分配給不同的音箱來合成與呈現。比如簡單的一個“哈——”，就可能被分解成“呵”和“啊”，由不同的音箱來組合之后依次傳遞。音箱越多，音箱的陣列越密集，聲音定位越精確，比如利用3D全息聲音技術，可以非常細膩地還原出蚊子在耳邊嗡嗡叫的聲音。也就是說，通過波場合成進行聲音的回放，整個聲場的分布是精確真實地合成出來的。

    定位，是3D全息聲音技術中一個非常突出的特點。使用立體聲和環繞聲設備，人們聽到的聲音不會離開音箱，也就是說，聲音源的位置不會發生改變，所以就有劇場里的“黃金座位”一說；但3D全息聲音技術依靠波場合成原理，就可以讓聲音出現在空間里的任何地方——就拿飛機聲來說，立體聲和環繞聲只能還原出飛機繞行的聲音，但利用波場合成原理，3D全息聲音技術可以做到讓飛機的聲音出現在空間里的任何地方——也就是說，可以讓飛機的聲音真正隨著其飛行軌跡而動。再進一步說，3D全息聲音技術甚至可以把聲音準確地定位在并排而坐的兩個人中間，以至于一個人會感到聲音出現在自己左邊，而另一個人聽到的聲音出現在自己右邊。這種效果顯然更加逼近真實，因為生活的真實空間就是一個全息的空間，一個人處在真實空間里的不同位置，他聽到的聲音方向就是不一樣的。

    隨著3D技術在表演領域的廣泛應用，音樂的創作必將因此受到影響，帶來作曲方式上的改變。除了構思旋律之外，藝術家需要在前期創作中就考慮到空間關系。

    可以說，3D全息聲音技術跨越了從雙聲道到立體環繞聲的所有經驗，為聲音的塑造和還原開辟了新的空間，也因此被很多業內人士視為今后聲音發展的方向。也正因為如此，如何更好地將這一技術投入到實際應用中，成為業內關注的話題。

    在很多人看來，影視作品應該是此項技術應用的熱門領域。從效果上看，3D全息聲音技術能夠最大限度地還原生活中真實的空間環境；從操作上看，目前電影聲軌制作普遍采用多音軌錄音再后期合成的方式，只要用原始的分軌素材，就能重新制作出具有3D環繞音效的電影聲軌，不僅技術上沒有障礙，轉換成本也不高。SWD-IOSONO實驗室的工程師也告訴記者，將3D全息聲音與3D全景影像相結合，的確是實驗室下一步的研究方向；3D聲音技術的準確定位功能，可以彌補3D影像在畫外內容上的缺失：在現在的3D電影中，聲音無法超越整個銀幕的范圍，但3D聲音可以做到。比如在3D聲畫合一的電影里，表現一架飛機從畫外飛進來時，觀眾就可能先聽到聲音在觀眾席后方響起，越過觀眾的頭頂，飛向銀幕，然后再看到飛機出現在銀幕上，從而強烈感受到身臨其境的意境。

    盡管如此，此項技術要真正應用到影視領域卻還為時尚早——和當年的IMAX一樣，涉及到影院的設備改造和升級換代，代價不菲?！栋⒎策_》給IMAX帶來了春天，3D全息聲音技術在電影院的長驅直入，也要仰仗某一部神作的出現；而相比于對視覺效果的倚重，電影界對于聲音效果目前還滿足于環繞聲階段。

    更加現實的應用是在劇場。比如在一些大型露天演出場所，聲音在傳播時會發生損失，混響效果幾乎沒有，導致坐在前排的人和坐在后排的人在收聽效果上有很大差異。通過3D全息技術進行擴聲，就可以減少音質的損失，讓觀眾不管坐在什么位置，都能聽到比較好的聲音效果。這方面的應用在國外已有先例——去年6月底，悉尼歌劇院就舉行過一場名為《死亡之城》的歌劇演出。與一般歌劇演出不同的是，樂隊被轉移到了音樂廳外的一個房間里，騰出樂池來安放3D音響設備，同時在觀眾席周圍也布置了同樣的音響設備。樂隊的實時演奏經由電腦系統和音響設備進行處理和還原，真正把觀眾席上每一個座位都變成了“黃金座位”。

     比現場擴聲更進一步的應用則是量身打造。同樣是去年，在德國，誕生了世界上第一部3D歌劇《Neither》。女高音歌唱家站在舞臺當中，觀眾則在舞臺四周圍坐一圈，在觀眾外圍是一圈與3D全息聲音技術相配套的音箱，大概有60個。整臺演出最特別的是沒有樂隊在現場伴奏，伴奏音樂是事先錄制好的，經由后期合成之后，通過三維全息技術把伴奏定位到觀眾席的座位之間，觀眾可以感到小提琴的琴聲就在自己身前身后響起，造成一種被音樂完全包圍的沉浸感。在完成德國的首演之后，去年11月，這部歌劇在香港舉行了兩場演出。