苹果专利通过包含确定虚拟听觉环境的传感器来推进空间音频的发展

美国时间4月6日，美国专利商标局公布了 Apple 的一项与空间音频相关的专利申请。该专利深入研究了从 AirPods 到 AirPods Max 再到 XR 耳机等设备中的先进传感器，以确定用户的环境并相应地调整音频。Apple 指出，虚拟房间与用户操作的真实房间的声学效果越相似，外化感就越可信。

Apple 在开始其专利申请时指出，内容创作者可以创作音频或视听作品。可以根据内容创建者的口味对音频进行精确微调，以便向听众提供特定的体验。内容创建者可以制作音频，使其带有特定场景的可感知提示，例如，回声室外山坡、体育场或小型封闭空间。在室外录制的音频作品可能具有可感知的声学线索，将听众传送到室外环境。类似地，如果音频作品是在一个房间里录制的，那么听众可能会被虚拟地传送到房间里。

用户可以在各种位置收听音频作品，每个位置都可以有不同的声学环境。例如，用户可以在车上、草地上、教室里、火车上或客厅里收听音频或视听作品。用户周围的每个声学环境都可能带有对如何听到声音的期望，即使声音是由用户佩戴的耳机产生的。

人类可以通过分析两只耳朵的声音来估计声音的位置。这被称为双耳听觉，人类的听觉系统可以利用声音在我们身体周围的衍射和反射以及与我们的耳廓相互作用的方式来估计声音的方向。

麦克风可以通过电声换能器将声压变化转换为电信号来感知声音。可以使用模数转换器 (ADC) 将电信号数字化。可以使用空间滤波器渲染音频以供回放，从而使音频被感知为具有空间质量。空间滤波器可以人为地将空间线索传递到音频中，类似于由我们的身体几何形状和耳廓自然引起的衍射、延迟和反射。经空间过滤的音频可由空间音频再现系统产生并通过耳机输出。

带有耳机的空间音频再现系统可以跟踪用户的头部运动。可以根据用户的头部位置选择双耳滤波器，并随着头部位置的变化不断更新。这些过滤器应用于音频以保持声音来自空间中某个所需位置的错觉。这些空间双耳滤波器被称为头部相关脉冲响应 (HRIR)。

空间音频 – 虚拟房间预设

随着 Apple 尝试通过其 XR 耳机提供逼真的 XR 环境，Apple 对其空间音频技术进行了微调。根据 Apple 的说法，强大的虚拟声学模拟（例如，空间音频）极大地受益于房间的虚拟化，以诱发声音外化感，这可以理解为声音不是来自耳机，而是来自外部世界的感觉。确定虚拟房间的声学参数对于提供令人信服的空间音频体验非常重要。

通常，虚拟房间与人在其中操作的真实房间的声学效果越相似，外化感就越可信。然而，当使用空间音频再现电影、播客、音乐或其他内容等预先录制的音频内容时，模拟真实房间可能会对体验产生不利影响，因为虚拟房间的声学效果可能会过强或创建与录制内容的声学效果的感知差异。

一个典型的例子是户外电影场景，用户可能希望听到没有或很少的混响，但由于虚拟化，用户可能会听到来自虚拟房间的大量混响。在这种情况下，可以在再现合理性（有助于外化和包络）和再现保真度（保持内容创建者预期的观看体验）之间做出权衡或折衷。

在一些方面，系统可以基于对真实房间的声学和正在回放的内容的声学的分析和/或先验知识来选择最佳虚拟房间预设或混响算法的参数。

苹果的专利图。下面的图 1 说明了音频或视听文件的音频处理。图2 说明了用于音频处理的声学参数的选择；如图。图3图示了用于确定和应用预设声学参数的工作流程。