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设计虚拟现实游戏的沉浸音频的金标准

构造音频实验室使用电磁，机械和声学模拟创建了最先进的平衡模式散热器扬声器。演讲者被实施为Valve Corporation的虚拟现实（VR）耳机，现在被视为VR音频的黄金标准。

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朱莉娅·艾布拉姆斯（Julia Abrams）
2020年10月

虚拟现实的目的是使用户尽可能地将用户浸入虚拟世界中，使其感觉尽可能真实。当VR做得正确时，您可以从沙发上参观一个历史遗址，在博物馆经历栖息地，或者在客厅舒适的情况下探索火星或月球。

游戏行业在VR开发方面取得了长足的进步，但是游戏开发人员遇到的一个挑战是如何有效地获得暂停怀疑在虚拟世界中。

无论您是使用VR研究小行星接近地球的小行星还是玩游戏，您必须在其中发射导弹，体验就越好，越好。其他娱乐场所，例如文学和电影，面临着令人难以置信的悬浮挑战，但VR：Insio Immersion有一些独有的东西。

将音频浸入阀索引®耳机中

Valve Corporation是游戏行业的领先开发人员，创建游戏，游戏平台和游戏硬件，试图开发ValveIndex®VR耳机，可以暂停怀疑。为此，Valve工程师Emily Ridgway和她的团队不得不弄清楚如何创造身临其境的音频体验。

在玩视频游戏时，人们经常戴立体声耳机来确定声音与游戏中的角色相对的位置。如果源位于角色的左侧，则玩家将通过左耳机扬声器听到声音，反之亦然。气门团队决定不使用传统耳机，因为耳机的设计目的是隔离声音，取消噪音和夸张的频率响应，而不是产生音频浸入。里奇韦（Ridgway）担心耳机的物理设计可以抵消音频浸入。首先，耳机直接将声音直接放入耳道，因此声音可以感觉到（称为内在的听觉来源），来自人的头部，或者“不是真实的”。此外，耳机在身体上可能会感到不舒服，这种不适会使用户摆脱游戏体验。

有些人选择扬声器而不是耳机。尽管扬声器缓解了其中一些问题，但它们带来了自己的问题。扬声器的声音受到真实房间的几何形状和声学的影响。另一个原因是，他们有一个“最佳点”，玩家需要留下来才能获得最佳的音质，但是当人们体验VR时，他们倾向于四处走动。

里奇韦的解决方案？一对超新的场，全距离，出耳式（大自大）耳机。

里奇韦（Ridgway）和她的团队经历了几种类型的音频扬声器，以获取耳机。没有一个完全适合他们的目标；没有，也就是说，直到他们发现构造音频实验室的平衡模式散热器（BMR）扬声器。她在博客文章中写道，里奇威“立即注意到了一些积极的好处”。“由于扬声器错误的位置，它们的着色降低了，几乎在我们的体重目标范围内，在高音范围内具有很大的频率响应（对双耳模拟很重要），并且比传统的扬声器驱动程序要薄得多。”Valve与Tectonic Audio Labs合作，利用这些好处，并设计自定义扬声器的VR耳机。

什么是BMR扬声器技术？

在传统的扬声器中，音频是由圆锥形膜片在手中移动而产生的。这种运动沿着运动轴传递能量并创造声音。BMR扬声器不同，因为它们正在利用弯曲波：垂直于传播方向移动的波。这意味着它们与周围空气有更多相互作用，因此他们能够传递更多的能量。对于传统扬声器而言，较高的频率可能很难处理，因为它们可能会导致传统的隔膜发动或弯曲，也称为Cone Breakup。随后的峰和谷降低了音频质量并提高放置灵敏度。虽然大多数演讲者试图避免弯曲的波浪，但BMR拥抱了它们。

“我们拥抱弯曲模式并希望它们发生。我们可以控制它们的发生地点，而那些弯曲模式可以保留离轴输出。我们正在利用共振分解来利用我们的优势，”蒂姆·惠特威尔说。构造音频的工程。“在许多方面，BMR违背了传统声学工程的思考。”

BMR技术能够通过优化多种特征（例如材料选择和质量负载）来利用这种高频波纹。通过对弯曲模式的这种剥削，以及弯曲和活塞模式的叠加，在BMR扬声器中均匀地传播了声音。

创建黄金标准

Tectonic Audio Labs的团队必须为ValveIndex®VR耳机的音频扬声器工作。惠特威尔说：“对我们来说，起点是分析隔膜的模态结构。”“对我们来说，BMR真正重要的是要确保在手枪行为开始束缚时，模态行为就开始正常。”当光线即将开始时，弯曲模态行为会开始，从而“填充”横梁忽略的离轴输出。

为了优化这种行为，构造团队首先必须弄清楚在光盘弯曲模态行为中发生的位置以及整个带宽上发生了多少弯曲模式。他们使用了comsol多物理学^®软件以对此行为进行本特征分析。从那里开始，团队能够通过优化光盘的厚度和材料来控制弯曲模式。通过确保这种行为精确地发生在何时何地发生，构造音频可以在整个范围内保留扬声器的广泛方向性输出。

构造还分析了电动机设计，进行了电磁分析以优化语音线圈。惠特威尔解释说：“您可以向语音线圈线添加许多转弯，以增加电磁向机械能的转换，但重量增加，因此您在那里有竞争的限制。”“我们在comsol中进行的所有优化^®。”

分别处理和优化了机械和电磁模型。构造音频实验室的下一步是将两者聚集在一起进行耦合分析。由于模型中的几乎所有内容都是轴对称的，因此他们能够在2D轴对称空间中对耦合进行建模，从而节省了计算资源。隔膜材料是例外。惠特威尔说：“隔膜材料本身实际上是正骨的；它在不同方向上具有不同的刚度。固体力学comsol多物理的接口^®让我们对二维轴对称空间内材料的正交性进行建模，这真的很棒。”

在团队开发了完全耦合模型之后，他们引入了其他元素，例如蜘蛛悬架，该悬架以线圈为中心并控制其运动。同时，他们继续优化完全耦合的模型，以确保隔膜的行为能够平衡 - 这是BMR技术的关键，使其可以在ValveIndex®VR耳机中正常工作，并为不同的体验提供了很好的体验用户。

一旦将扬声器完全拨入，悬架就是下一个焦点，并且在非线性研究中对其几何形状进行了分析。惠特威尔说：“我们上下悬挂几何形状，以了解这些组件的刚度如何随位移而变化。”“同样，那里需要很多优化。”惠特威尔强调，这种优化在该项目中尤其重要，“驱动器单位或扭曲中的任何噪音对听众来说都是非常非常明显的。”悬架完全优化后，它返回到耦合模型中。

惠特威尔说：“我们确保一切仍在为我们提供我们想要的表现，然后我们可以去建立一个原型。”

VR耳机的“国王”

在构造音频实验室的设计优化和原型制作成功之后，Valve Corporation能够将其耳机推向市场。从那以后，它获得了许多积极的评论。

一个例子是一个挚爱和受欢迎的YouTube频道称Linus Tech提示，由名义的linus运行。视频主题范围从解释更多的RAM是否使您的计算机更快到审查最近发布的无线键盘，甚至是用纸板构建PC塔式盒。而且，当然，他们会审查不同的VR耳机。

2019年8月，Linus上传了一个名为“也许VR毕竟没有死的视频……”，他在其中审查了ValveIndex®耳机。他最初对演讲者有矛盾的态度，但是在使用头戴式耳机的一天之后，Linus留下了深刻的印象。

“归功于演讲者，”他有些难以置信地说道。“他们听起来很震惊！”Linus将其余的视频花在耳机的规格上。

在视频结束时，Linus举起了ValveIndex®耳机，直接看着相机，说“这绝对是VR游戏头戴式耳机的国王”。

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Valve指数是Valve Corporation的注册商标。