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技术介绍
 
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波场合成(Wave Field Synthesis, WFS)是“四维全息声”的核心依据,是一种全新的声音回放技术。声波在空间的分布状态称之为波场。波场合成使用扬声器阵列,通过WFS的3D算法,可以合成任意时刻的波场。也就是说,通过波场合成进行声音的回放,整个声场的分布是精确真实合成出来的,这有别于心理声学范畴的虚拟声像。这一概念首次公开提出于1988年,荷兰代尔夫特(Delft)科技大学(T.U.D.)的声学和地震学权威A.J. Berkhout教授以及他的团队。


波场合成技术的原理源于荷兰物理学家惠更斯(Christiaan Huygens,1629~ 1695)于1678年提出的“惠更斯原理”。惠更斯原理表明:空气中任意波前上的各点,都可以看作是新的子波源,其后的任一时刻,这些子波源发射的波前的包络线,就是声波在这一时刻的新波前。举例来说,一颗石头(原始波源)扔到池塘里面引发水波的产生并且水波纹恒定地向四周扩散传播。其中的某一道波纹(即波前)可以看成是由无数同时掉进池塘的石块所组成的子波源(次级波源)。这些子波源产生的新的波纹沿着初级波源的波前方向传播。在下一个任一时刻,子波波前的包络线就是该时刻原始波源的新波前。因此,可以认为这些子波源作为原始波源的一个“替代品”,能在缺乏原始的波源的情况下再现出原始波源所传递形成的波前。

图1
若用声波来描述,如图1所示,一把小提琴发出发散的声波,其中的任意一道波前可以看作是由无数的子波源组成,这些子波源散发出新的波前,在任一时刻所有子波源波前的包络线,就是小提琴声波在这一时刻新的波前。波场合成即是运用“惠更斯原理”,使用扬声器阵列替代波前上的子波源,通过WFS的算法,合成出声波分布的状态。如图2所示,同时演奏两把小提琴,两把小提琴产生各自独立的声波分布,这一综合的声波分布状态(波场)可以通过扬声器阵列,由WFS算法实时处理,播放子波源的信息,合成所得。

图2

费迪曼逊四维设计了一套基于波场合成技术的空间声音系统——“四维全息声系统”,如图3所示。系统在XY平面内用一款sE Egg 150的WFS音箱阵列,可以精确回放出各种波场情况。举例来说,为回放位于听音区前方中央的点声源效果,由传统两声道立体声制式虚拟声像的方式回放时,由扬声器产生的声波在空气中干涉,并没有真实反应原始声源的波场特性;而由WFS波场合成方式回放时,真实声源的波场特性可以得到完全的体现,这是由于声波分布的状态是由扬声器阵列组成的子波源真实合成出来了。其次,这套“四维全息声系统”通过三个高度层面的音箱,将声音空间从X、Y轴扩展到Z轴,可以实现声像在一个3D的空间内做精确的声路径还原。

图3
WFS波场合成技术进行回放可以将各种类型的声像进行还原,无论是来自听音区外的点声源发出的球面波,还是来自远处声源发出的平面波,甚至是听音区域内聚焦的点声源发出的球面波。全息声空间声音系统与传统的回放制式相比有着突破性的优势,它颠覆了传统声音回放方式的理念,是Hi-Fi的重新定义者。

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