“了解空间音频 ”​系列教​学连载9 高阶Ambisonics（HOA）

“了解空间音频”系列教学连载是由电影声音研学中心牵头，联合叮咚音频及同期录音网，与Sound Particles公司共同创办。我们将会为大家带来这个系列内容，深入探讨“空间音频”这个主题。

我们将联合Sound Particles官方，以每周一期在电影声音研学中心/同期录音网/叮咚音频公众号进行发布。每期视频将在5分钟左右，敬请期待。

本次是“了解空间音频 ”系列教学连载的第九期，还没有看过前八期的小伙伴请先点击后方链接查看：“了解空间音频 ”系列教学连载1 开篇、连载2 什么是基于通道进行处理、连载3、连载4 基于通道音频的利弊、第5集3-1、连载6 杜比全景声、连载7 更多基于对象的音频格式、载8 ambisonic先知道MS立体声。

在上一期我们已经了解了与ambisonic有很大关系的Mid-Side，那么什么是Ambisonics呢？

本期，Nuno Fonseca博士将为大家讲解：

• 什么是Ambisonics?

• 什么是高阶Ambisonics（HOA）?

• 多个Ambisonics版本

Ambisonics本质上是一种加强型的Mid-Side技术。想象一下，你除了使用一个指向两侧（左右轴方向）的8字形麦克风之外，再添加一个指向天花板的8字形麦克风（上下轴方向）和一个指向前方的8字形麦克风（前后轴方向）。再用全向麦克风替代心形指向中间的麦克风，这样拾取的单声道信号包括整个空间所有角度的信号，这就是Ambisonics。

传统的Ambisonics格式，被称为“一阶Ambisonics（B格式）”，这种格式使用4个音频声道：W声道是一种全指向性分量，就好像一个全向麦克风拾取现场声音一样，所以，这个声道有来自所有方向的音频。X、Y、Z 三个声道对应三个8字形，每个麦克风指向不同的方向：左-右，前-后，上-下。

当我们谈论Ambisonics时，它有许多不同版本，但通常人们指的是“一阶Ambisonics，B格式”。

所以，Ambisonics仍然是正常的音频信号，而不是让3D音效发挥作用的某种神秘黑魔法。Ambisonics只是音频声道：带有所有方向分量的单声道及以下3个分量的音频声道：左-右；前-后；上-下。

我们也可以说Ambisonics是Mid-Side技术的3D版本。就像我们不能直接用扬声器重放Mid-Side信号（这样做无法得到理想的前方声像）一样，也无法直接用扬声器重放Ambisonics信号：我们有4个音频声道，可以单独听到各个声道的信号（各自的常规音频——不是类似噪音的异常信号），但在利用任何扬声器布局重放这些信号前都需要“解码”。

目前市场上有一些一阶ambisonic麦克，最早的就是soundfield的产品（现在被RODE收购）,更多具体介绍请看：往事并不如烟：SoundField的过去现在及未来 | 连载2 | 连载3 |  连载4 |  连载5

那么，我们能否仅使用4个音频声道就得到很准确的3D声像呢？不见得。虽然Ambisonics仅使用4个音频声道就可以达成重放3D音效环境的任务，但它的空间分辨率并不太高。这意味着每个声音在方向上有少许模糊。

在一阶Ambisonics常规的4个音频声道的基础上，为提高空间分辨率，我们添加了更多的音频声道：二阶Ambisonics，共9个音频声道，三阶Ambisonics，16个声道，四阶Ambisonics，25个声道，五阶Ambisonics，36个声道，六阶Ambisonics，49个声道，依此类推。

通过增加更多的声道，我们丰富了声像的细节。新增加的声道将继续携带音频信号，但会呈现更特殊的三维指向性，而不是传统的一阶8字形图像。数学上称之为球谐函数，因为就像声音可以在其频域谐波中分解，3D声场也可以在球坐标系用球谐函数分解。

虽然没有麦克风收音头可以直接具有这些特殊三维指向性，但可以使用带有大量收音头的特殊麦克风的信号中导出所需的信号，比如，Eigenmike®麦克风

当我们谈论Ambisonics时，很重要的一点需要考虑的是Ambisonics的“多版本”特点。否则就很容易犯错误，使用错误的格式或以错误的方式解析格式。为此，我们通过以下4个重要参数判断我们所谈论的Ambisonics版本：

• 阶数（一阶、二阶……）

• 格式（A、B……）

• 方位分量顺序（ACN、FuMa、SID）

• 归一化（SN3D、N3D、FuMa……）

我们首先需要确认使用的Ambisonics的阶数是什么：是不是一阶？还是二阶或三阶等？这很容易识别，因为阶数决定了我们得到的音频声道的数量。

我们需要确定的第二件事是：Ambisonics的格式是B格式还是A格式（其他格式都非常罕见）。直接从Ambisonics麦克风录制的音频属于A格式（每个声道代表来自特定收音头的音频），但我们应该尽快将A格式转换为B格式，因为B格式是Ambisonics的通用格式，也是大多数软件能够识别并设计使用的格式。

目前有不少现场录音机可以直接录制一阶ambisonic的B格式，对于后期制作的友好，这也是我们目前最常用的一种Ambisonic应用方式。

我们需要注意的第三件事是位分量顺序，即音频声道的顺序。坏消息是：Ambisonics内部有很多不同的音频声道排序方式，但好消息是：常用的很少。最初，声道都是以习惯指定的方式排序（W、X、Y、Z），但随着高阶Ambisonics的出现，声道顺序的排列方法就显得尤为重要，要实现理想的伸缩性，用一致的方法适用于从声道数较少到有更多声道、场景更复杂的情况，因此就出现了ACN顺序。

举例来说，在ACN中，一阶Ambisonics的声道顺序为 W、Y、X、Z；但在FuMa中，顺序则为 W、X、Y、Z。现代的Ambisonics平台使用ACN声道顺序，但使用旧版Ambisonics平台时要多加注意，因为旧版平台可能仍然使用之前的FuMa顺序。

还有一种SID排序方法，但目前几乎不存在了。如果您遇到Ambisonics方向错误的问题，应该从左侧播放的声音却跳至前方播放等， 这很可能是声道顺序引起的问题。

第四个重要参数是归一化，即调整声道增益到目标电平。这其中同样也包含几种方法（SN3D、N3D、maxN/FuMa），但目前SN3D是最常见的方法，因为一个特殊原因：在SN3D中，第一个声道（全指向声道）始终是最高电平的声道，如果您对这个格式的信号进行混音或录制，只需要注意第一个声道是否削波（如果这个声道不削波，其他声道也不会削波）。其他的标准化方法（如N3D）无法保证全指向声道为最高电平的声道声道，至少无法保证所有不同的声音方向都如此。

在说到这些参数时，有人可能会提到AmbiX，这是Ambisonics的一种特殊音频文件格式，使用B格式、ACN、SN3D。所以当提到AmbiX，可能并不是指这种文件格式，而是直接表示B格式、ACN、SN3D这些参数。所以要格外注意，确保您不会混淆不同版本的Ambisonics。

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