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在WWDC 20全球开发者大会上，苹果除了对五大系统平台进行了升级外，AirPods Pro也引入了一项新功能——空间音频，同时还支持苹果设备之间的无缝切换。AirPods Pro可以在不同苹果设备之间进行无缝切换，这个功能没啥好讲的，主要是传输协议的问题，这里我们将重点放在空间音频这项技术上。
AirPods Pro的空间音频是什么鬼？
首先，我们先要了解什么是空间音频？空间音频也称为环绕音频，这项技术其实已经发展了多年，大到影剧院剧场，小到自家客厅，都有它的身影。此次苹果在AirPods Pro中加入了空间音频功能，其原理是通过定向音频过滤器，对双耳耳廓的声场进行检测。因为每个人的耳廓形状都有所不同，声波通过TWS传到双耳时，会被不同形状的耳廓回弹形成不同的回响共振，同时过滤掉某些声音。苹果在iOS 14中加入了新的算法，可以实现对每只耳朵所接受的频率进行微调，以此来呈现出全场景的虚拟声场和环绕音效果。
按照苹果官方的说法，AirPods Pro的空间音频支持5.1声道和7.1声道，以及杜比全景声。5.1声道指的是左主声道、中置声道、右主声道、左环绕声道、右环绕声道，外加一个低音声道。相比5.1声道，7.1声道多了两个环绕声道。以上这些声道均支持空间音频。想要实现真正的环绕声，单靠算法和声源是不够的，还需要考虑耳机与固定声源之间的差异性。因为当你在体验环境声时，声源是固定的，随着你位置的变化，人耳所听到环境声也是不一样的。因此，苹果通过AirPods Pro内置的加速传感器和陀螺仪，对佩戴者的头部进行实时追踪。当头部移动时，可以对数据进行重新计算，以便佩戴者听到的环境音效与最初的效果一致。
值得一提的是，除了可以对佩戴者的头部实时追踪外，AirPods Pro的传感器还能够追踪头部和设备之间的运动数据，并且支持数据对比，以确保用户在乘坐地铁或公交遭遇到紧急刹车的状况时，环绕音效不会中断。
环绕音频索尼也在做！
其实，苹果不是第一家将空间音频技术引入耳机的科技公司。去年CES 2019展会上，索尼就展示了基于空间音频技术打造的360 Reality Audio空间声学音频格式。360 Reality Audio通过在人耳里创建多个虚拟扬声器，营造了一个环形声场，让佩戴者可以沉浸在音乐的世界，仿佛亲临现场，可以感受到各种声源的方位、距离、角度，从而使得声音变得更加饱满和立体。
随后，在IFA 2019展会上，索尼打通了两款App对360 Reality Audio的支持，分别是Sony Headphones Connect和索尼精选Hi-Res音乐。索尼官方页面显示，如果你想要体验360 Reality Audio，就必须下载Sony Headphones Connect App，当耳机与手机的蓝牙连接成功后，该App会拍摄人耳的照片并进行分析，然而系统会自动提供适合佩戴者的最佳音域。其次是下载和注册索尼精选Hi-Res音乐，App首页有360 Reality Audio的分区。需要注意的是，该分区只有4首免费试听360 Reality Audio的曲目，用户想要听到更多则需升级至Plus会员。
就目前来看，索尼和苹果实现空间音频的思路完全不一样，前者是做了一个新的音频格式，后者只是将现有的技术引入到AirPods。现在还不清楚苹果是否会像索尼那样，推出类似的空间音频音乐服务，与索尼相比，苹果获取空间音频聆听体验的门槛要更低，毕竟AirPods Pro支持的是5.1和7.1声道，而非新的音频格式。此外，虽然索尼的360 Reality Audio很黑科技，但是并没有做到像AirPods Pro那样在头部移动下的环绕声定位。
苹果很难打破空间音频技术的天花板
尽管空间音频不是什么新技术，但是苹果却让我们明白了原来TWS耳机也可以获得更加真实的聆听体验。不过有一说一，AirPods Pro引入空间音频技术，苹果或许可以做到业内顶尖水准，但很难打破现有消费类耳机虚拟声场技术的瓶颈。原因很简单，AirPods Pro的硬件还不够强大。我们平时说的“声场”是人们对声音空间感知的集合，包括宽度、纵深感、空间感、方向感和包围感。而这些指标基本上都涵盖在心理声学的概念中。现实生活中，我们听到的声音是存在距离和方向的，同时声源本身也存在一定的宽度。这些因素组合在一起便是我们听到的声源定位。以架子鼓为例，当鼓手敲击鼓时，鼓会发出的声音会向四周均匀传播，但最先到达人耳的声音是由鼓到人耳的直线距离，因为两点之间直线最短。这种现象在声学中被称为直达声。与此同时，其他方向传播的声音会经过一次反射后陆续达到人耳，这些声音的总和被称为早期反射声。不过，也有很多声音会经过多次反射才会传到人耳，这类声音的总和则被称为混响，而早期反射声和混响的总和统称为反射声。简单点来讲，人们的听觉系统可以感知空间的大小，这种感知能力取决于反射声。而我们之所以能够通过耳朵来辨别声音的方向，除了分别传入我们左右耳的直达声的强度和时间差外，还与直达声入射角度和早期反射声的入射角度有关，也就是所谓的耳廓效应。当人们的头部的位置发生变化时，人耳所接受到的声音就又不一样了。基于人耳的听觉特性，耳机虚拟声场不仅需要模拟左右耳的声音差异，还有模拟反射声和反射声在左右耳的差异，同时做到实时跟踪头部位置并计算。
AirPods Pro虽然配备了陀螺仪和加速传感器，以此来实时跟踪头部并对获得的数据进行计算，但是实际效果还有待验证，因为它并没有捕捉具体听音者HRTF（头相关变换函数）的传感器。另外，现实生活中反射声存在无数路径和可能性，同时每一条反射声还要结合人头部的实时位置和角度进行计算，这一过程的复杂程度可想而知，计算量肯定是非常庞大的，而且计算量会随着精度呈几何级增长。这就好比英伟达在2018年发布的光线追踪技术一样，该技术需要很强大的算力，除RTX20系列显卡外，其他显卡几乎全部阵亡，而且首批支持光追的游戏表现也不是太好，未达到预期效果，理想和现实存在一定的差距。
说白了，AirPods Pro本身的芯片算力，想要真正模拟现实生活中的反射声可能只是杯水车薪，就算是iPhone的A13芯片也不一定能担此重任。因此，AirPods Pro的空间音频想要打破技术瓶颈，难度确实不小。
总结
空间音频的应用场景还是挺广泛的，例如VR领域，在2016年的Google I/O大会上，Google VR团队发布了支持空间音频的VR SDK，同时分享了如何打造一款VR全景声。此次AirPods Pro上引入空间音频技术，是否可以理解为苹果在为Apple AR/VR混合眼镜铺路呢？AI算法+传感器技术，AirPdos Pro可以解锁更多的新功能和交互体验，空间音频或许只是一个开端，下一代AirPods可能会有更多惊喜。据外媒DigiTimes报道，苹果正在考虑为新一代AirPods Pro带来重大升级，比如在未来1-2年内集成光传感器，并加入一些健康检测功能。总的来说，苹果通过引入现有的技术，让我们看到了AirPods Pro更多的可能性，同时挑起了用户对下一代AirPods Pro的兴趣，真可谓是“一箭双雕”了吧。
