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【导语】随着元宇宙、虚拟现实（VR）及增强现实（AR）等新兴技术的蓬勃发展，空间音频技术作为实现沉浸式体验的关键要素，正逐步展现出其在内容创作、游戏、影视制作等领域的巨大潜力。本(běn)文深(shēn)入(rù)探(tàn)讨(tǎo)了(le)空间音频技术的核心原理、技术路径、发展趋势及未来展望，旨在揭示其如何助力构建高度逼真的三维声场，为用户提供前所未有的沉浸式体验。同时，文章还分析了空间音频技术面临的挑战，并展望了其向“AI驱动的高效建模”与“异构硬件协同”方向演进的未来趋势。

近年来，随着元宇宙虚拟现实、增强现实等新兴技术的发展，空间音频解决方案在内容创作、游戏、影视制作等领域展现出巨大的潜力。此外，随着 5G、物联网等技术的推动，基于空间音频技术的解决方(fāng)案(àn)在(zài)智(zhì)能(néng)穿(chuān)戴(dài)设(shè)备(bèi)、智(zhì)能(néng)家(jiā)居(jū)等(děng)新(xīn)兴(xìng)领(lǐng)域的(de)应(yīng)用(yòng)也(yě)日(rì)益(yì)广(guǎng)泛(fàn)。空(kōng)间(jiān)音(yīn)频(pín)作(zuò)为(wèi)实(shí)现(xiàn)元(yuán)宇(yǔ)宙(zhòu)沉(chén)浸(jìn)式(shì)体(tǐ)验(yàn)的关键要素，能够显著提升用户的沉浸感，降低空间认知失调率，进一步丰富虚拟现实和增强现实的内容表现力。本文从空间音频技术入手，研究分析了空间音频技术的发展趋势与前沿领域带来的挑战，并对空间音频技术的演进方向进行展望。

1、空间音频：构建沉浸式声场基石

空间音频是经过精心设计的具有3D质量的音频，通过多种手段实现三维声场的精准重建，将物理世界中的声学特性进行数字化映射，为用户营造出高度逼真的环绕声体验。相较于传统立体声技术，空间音频在垂直维度上增加了高度感知通道，形成包含方位角、仰角、距离的三维空间坐标系。

虚拟现实技术的快速发展为音视频行业带来了新的业务发展，空间音频将成为提升沉浸感的核心需求。智能穿戴设备通过轻量化、高分辨率显示与精准交互技术实现“虚实融合”，其中空间音频技术与设备深度协同，同步增强用户在虚拟环境中的方位感知与场景真实感，助力用户获得沉浸式体验。例如，在虚拟演唱会或混合现实会议中，空间音频可模拟声音随用户头部移动的动态变化，使虚拟对象的“声源”位置与视觉信息精准匹配，消除感官割裂。空间音频不仅是元宇宙生态的“听觉底座”，更是实现元宇宙全场景交互的关键技术支柱。

2、空间音频实现的技术路径

空间音频技术通过多维度的(de)声(shēng)学(xué)建(jiàn)模(mó)与(yǔ)信(xìn)号(hào)处(chù)理(lǐ)，重(zhòng)构(gòu)三(sān)维(wéi)声(shēng)场(chǎng)，其(qí)核(hé)心(xīn)实(shí)现(xiàn)路径可(kě)分(fēn)为(wèi)基(jī)于(yú)声(shēng)道(dào)、对(duì)象(xiàng)和(hé)场(chǎng)景(jǐng)的(de)技(jì)术(shù)体(tǐ)系(xì)。三(sān)类(lèi)技(jì)术(shù)在(zài)空(kōng)间(jiān)解(jiě)析(xī)度(dù)、计算复杂度与应用场景上形成互补，共同推动音频技术从平面环绕向全息声场的跃迁，为元宇宙、智能交互等新兴领域奠定技术基础。

①基于声道(dào)的(de)空(kōng)间(jiān)音(yīn)频(pín)技(jì)术

基于声道的音频（Channel-Based Audio, CBA）是一种以物理声道布局为核心的空间音频技术，通过在传统5.1环绕声（左、右、中置、左环绕、右环绕、低频）基础上扩展垂直方向声道（如顶部声道），形成标准化的三维声场覆盖。CBA的优势在于兼容性强，适配家庭影院等标准化设备，例如在体育赛事转播中采用多声道定向麦克风阵列（如环绕声阵列），通过多声道混音增强现场感。在混录端渲染成基于声道的编码格式（如Dolby Digital 5.1），在还原端无需渲染，仅需要支持多声道解码的设备，通过预定义的声道数量与位置传递声源信息。基于声道的音频制作时需严格匹配扬声器物理布局以模拟声源方向，造成互操作性差和多版本匹配的压力。另外其局限性还在于空间分辨率受限（仅能覆盖部分方向声源），且无法支持动态头部追踪等实时交互场景。随着对象音频（OBA）与场景音频（SBA）技术的发展，CBA正通过“声道+对象”混合方案（如Dolby Atmos基于5.1声道与动态音频对象）向多维声场系统演进，成为底层兼容性支撑技术。

②基于场景的音频技术Ambisonics

基于场景的音频技术（Scene-Based Audio，SBA）聚焦于声场的全局建模，利用高阶球谐函数解析空间声压分布，实现跨设备渲染与真实环境声学特性的精准映射，为虚拟现实等场景提供物理级还原能力。

Ambisonics是基于场景的空间音频技术中的典型技术。Ambisonics技术利用一个虚拟球体上的点去全方位地记录所有场景声音。最为常见的第一阶Ambisonics（First Order Ambisoics，FOA），采用四面体麦克风阵列采集原始四通道信号（A-Format），再通过数学转换生成B-Format的四个分量：W、X、Y、Z，分别对应声场能量、前后、左右及上下方向。高阶Ambisonics通过增加球谐分解阶数（如二阶、三阶甚至七阶）提升空间分辨率。播放时，Ambisonics内容可适配任意扬声器布局，通过动态解码还原三维声场，尤其适合VR/AR等需要头部追踪的应用场景。其灵活性与物理声场还原能力使其在沉浸式媒体领域占据核心地位。

③基于对象的音频技术

基于对象的音频技术(shù)（Object-Based Audio，OBA，）是(shì)一(yī)种(zhǒng)将(jiāng)声(shēng)音(yīn)元(yuán)素视为独立“对象”进行创作、传输和还原的技术。其核心原理是通过分离声音元素与空间信息，实现动态渲染适配不同的播放环境。每个声音对象由音频波形和元数据构成，其中元数据用于描述声音在三维空间中的空间属性和环境参数，包括3D 位置、Azimuth（方位角）、Elevation （高度角）、Size（声源体积）、扩散（Diffusion）、运动速度（Velocity）等等。其主流渲染算法包括幅度矢量合成、HRTF双耳渲染及波场合成，需根据播放设备（如多声道扬声器或耳机）进行动态选择。此项技术对算力要求较高，因此在有外部电源的XR终端或者电影院的播放机场景应用广泛。

3、空间音频技术的趋势与挑战

①AI深度赋能趋势，提升空间音频体验

AI 技术将在空间音频领域发挥日益关键的作用：一方面，AI 助力 HRTF 建模效率与精度的提升。传统 HRTF 测量需在消声室耗(hào)费(fèi)大(dà)量(liàng)时(shí)间(jiān)，而(ér)借(jiè)助(zhù) AI，通(tōng)过(guò)简(jiǎn)单(dān)的(de)耳(ěr)廓(kuò)图(tú)像(xiàng)采集或(huò)少(shǎo)量(liàng)声(shēng)学(xué)数(shù)据(jù)，即(jí)可(kě)快(kuài)速(sù)生(shēng)成(chéng)高(gāo)度(dù)个(gè)性化的 HRTF 模型。另一方面，在音频渲染环节，AI可根据场景语义信息，智能调整音频参数，如动态调整混响效果、声源空间分布等，营造更贴合场景的沉浸式音频体验。以虚拟办公场景为例，AI 能依据室内布局、人员位置及交流内容，自动优化音频的反射、遮挡等效果，使声音更自然真实。

②多模态融合趋势，拓展音频应用边界

空间音频将与视觉、触觉等多模态技术深度融合。在 XR 设备中，音频与视觉的协同将更为精准，不仅实现音画同步，还能依(yī)据(jù)视(shì)觉场景的变化实时调整音频效果。如在虚拟建筑漫游中，当用户视角切换到不同房间，音频系统能自动匹配相应的空间声学特性，包括房间的大小、材质对声音的影响等。此外，随着生物识别技术的发展，空间音频还可能结合用户的情绪、生理状态进行自适应调节，为用户提供更个性化、沉浸式的体验。

③计算资源与功耗平衡的挑战

在沉浸式场景中，空间音频技术需在有限功耗下实现高精度声场计算，其核心挑战在于“复杂声学建模与移动端耗能的矛盾”。动态头部追踪与多声源实时渲染消耗大量算(suàn)力(lì)，个(gè)性(xìng)化(huà)HRTF的(de)高(gāo)阶(jiē)卷(juǎn)积(jī)运(yùn)算(suàn)与(yǔ)动(dòng)态(tài)环(huán)境(jìng)声(shēng)学参数的实时适配进一步加剧计算负载，传统CPU架构难以满足其需求。为了突破瓶颈，需研发轻量化神经声学模型、异构计算架构及自适应渲染策略，在维持毫秒级时延的同时，控制降低系统功耗，方能在真实场景中实现“无感化”空间音频体验。

4、未来展望

空间音频技术将向“AI驱动的高效建模”与“异构硬件协同”方向演进。通过神经声学辐射场（Neural Acoustic Field）实现复杂环境声场的实时预测，结合轻量化HRTF生成网络，突(tū)破(pò)个(gè)性(xìng)化(huà)适(shì)配(pèi)瓶(píng)颈(jǐng)。边缘计算与端侧NPU的协同架构提升计算能效，支持全景声场的无感化渲染。随着6G通感算智一体化网络与神经拟态芯片的成熟，空间音频技术从单一终端走向全场景应用，空间音频技术将深度融入元宇宙等沉浸式场景，为用户带来“声随景动”的终极沉浸体验。

[参考文献]

[1] 2023年中国网络音频产业研究报告，艾瑞咨询，2023.

[2] AR/VR头显市场季洞察，IDC，2024.

[3 ]6G沉浸式多媒休业务需求及关键技术研究报告，IMT，2022.

[4] 6G全息通信业务发展趋势白皮书，中国移动，2022.

作者：王红

单位：中国移动研究院