虛擬環繞聲概述
虛擬環繞聲在環繞聲的實現上，無論是杜比AC3還是DTS，都有一個特點，就是回放時需要多個音箱，但由於價格及空間方面的原因，有的使用者，如多媒體電腦的用戶，並沒有足夠的音箱。這時候就需要一種技術，能夠把多聲道的信號經過處理，在兩個平行放置的音箱中回放出來，並且能夠讓人感覺到環繞聲的效果，這就是虛擬環繞聲技術。
虛擬環繞聲的英文是Virtual Surround，也有叫Simulated Surround，人們把這種技術稱為非標準環繞聲技術。非標準環繞聲系統是在雙聲道立體聲的基礎上，不增加聲道和音箱，把聲場信號通過電路處理後播出，使聆聽者感到聲音來自多個方位，產生仿真的立體聲場。
虛擬環繞聲價值
虛擬環繞技術的價值在於使用兩個音箱模擬出環繞聲的效果，雖然不能和真正的家庭影院相比，但是在最佳的聽音位置上效果還可以，其缺點是普遍對聽音位置要求較高，因此將這虛擬環繞技術套用到耳機上是不錯的選擇。
近幾年來人們開始研究採用最少的聲道和最少的音箱，營造出具有立體感的三維聲，這種聲音效果不象DOLBY等成熟的環繞聲技術那樣效果逼真。但是由於價格便宜，這種技術被越來越廣泛地用在功放、電視機、VCD、轎車音響和AV多媒體中。人們把這種技術稱為非標準環繞聲技術。 非標準環繞聲系統是在雙聲道立體聲的基礎上，不增加聲道和音箱，把聲場信號通過電路處理後播出，使聆聽者感到聲音來自多個方位，產生仿真的立體聲場。
虛擬環繞聲原理
實現虛擬杜比環繞聲的關鍵是聲音的虛擬化處理，依據了人的生理聲學和心理聲學原理專門處理環繞聲道，製造出環繞聲源來自聽眾後方或側面的幻象感覺。套用了人耳聽音原理的幾種效應。
·雙耳效應。英國物理學家瑞利於1896年通過實驗發現人的兩隻耳朵對同一聲源的直達聲具有時間差（0.44-0.5微秒）、聲強差及相位差，而人耳的聽覺靈敏度可根據這些微小的差別準確判斷聲音的方向、確定聲源的位置，但只能局限於確定前方水平方向的聲源，不能解決三維空音聲源的定位。
·耳廓效應。人的耳廓對聲波的反射以及對空間聲源的定向有重要的定向作用。藉此效應，可判定聲源的三維位置。
·人耳的頻率濾波效應。人耳的聲音定位機制與聲音頻率有關，對20-200赫的低音靠相位差定位，對300-4000赫的中音靠聲強差定位，對高音則靠時間差定位。據此原理可分析出重放聲音中的語言、樂音的差別，經不同的處理而增加環繞感。
·頭部相關傳輸函式。人的聽覺系統對不同方位的聲音產生不同的頻譜，而這一頻譜特性可由頭部相關傳輸函式HRT（HeadRelated Transfer Function）來描述。
綜上所述，人耳的空間定位包括水平、垂直及前後三個方向。水平定位主要靠雙耳，垂直定位主要靠耳殼，而前後定位及對環繞聲場的感受靠HRTF函式。虛擬杜比環繞聲依據這些效應，人為製造與實際聲源在人耳處一樣的聲波狀態，使人腦在相應空間方位上產生對應的聲像。
虛擬環繞聲處理電路
虛擬環繞聲處理電路採用PS9999晶片，該晶片利用Qsound實驗室開發並專有的QsurroundTM技術，是可對經過杜比環繞聲編碼或者其它矩陣編碼的立體聲聲源進行解碼並虛擬兩聲道輸出的音頻處理器，能對輸入信號進行自動識別處理。PS9999晶片主要特點如下：
1．如果是普通的立體聲信號輸入，它可自動產生一個效果增強的3D立體聲信號。
2．如果輸入信號包含經過杜比環繞聲編碼或者其它矩陣編碼的環繞聲信號，它可自動將之解碼並產生虛擬環繞聲，通過兩個音箱播放，即可得到多聲道環繞聲效果。
3．PS9999具備直通功能。
虛擬環繞聲處理電路如右圖1所示。音頻輸入信號通過C15、C16輸入進行信號處理後由PS9999的6、7腳輸出，通過C25、C26送至功放電路。R5、R6、C19抽取左、右疊加信號送給有源低通濾波器電路，提取重低音信號。開關S為直通、虛擬環繞聲處理選擇開關，開關S閉合時為虛擬環繞聲處理狀態，開關S斷開時為直通狀態。
環繞聲常見類型
常見的非標準環繞聲有虛擬杜比環繞聲、SRS音效處理及ASR模擬環繞聲技術等。
虛擬杜比環繞聲
虛擬杜比環繞聲技術原理，它將已解碼的中置和環繞信息分別通過衰減和虛擬送入到左右聲道，使左右聲道除了有通常意義的信息之外，還具有中置和環繞的信息，同時，它還套用了HRTF技術，用計算機仿真技術模擬人腦，根據聲音通過左右耳道的時間來計算延時達到逼真模擬環繞聲的目的。
虛擬杜比環繞聲已在空間上、方向上、包圍感上、平衡度上較好地模擬了杜比環繞聲，利用虛幻的中央聲道而消除了中置音箱，虛擬器將環繞信息處理後加入到左右聲道並可調整延時和頻響，從而又節約了環繞音箱。虛擬杜比環繞聲已被杜比公司認可，已經作為杜比認證的一間分內容。現在已有為數眾多的家電、電腦及微電子廠商在開發這一系列產品。
SRS音效處理
SRS不是從研究硬體營造三維聲場入手，而是從聽覺心理學出發，模擬出一個三維聲場，使聽音者覺得置身於三維聲場之中。實際上，這種“三維聲場”是不存在的，它只是一種幻象，就如同我們看到的立體電影、立體畫片，都是通過技術手段將兩維平面物體轉化為三維空間物像。SRS在心理上和主觀感覺上恢復了原聲源在兩耳處造成的聲波狀態（直達聲、反射聲、混響聲），再現了原聲源中的方位和空間分布，使人有身臨其境的感覺。由它對聲源要求簡單，故適應面廣，所有的杜比軟體、雙聲道軟體乃至單聲道軟體都能適用。硬體成本低，僅在原有的雙聲道功放及音箱的基礎上增加一個數百元的SRS處理器即可欣賞到三維聲場，這也是它迅速發展的關鍵原因。較之虛擬杜比環繞聲，它更加簡便易行，故很受歡迎，從隨身聽一直到組合音響、彩電、VCD、PC等都得到廣泛套用。
ASR模擬環繞聲技術
ASR只用兩隻音箱就可以模擬出一個三維空間的聲場，原理如右圖5所示， 將輸入端L、R的信號各取出一部分經過特製的濾波器XL、XR以改變其強度和相位後分別送到輸出端與R、L疊加，其輸出信號為L+R’、R+L’，調節濾波器參數使得聽音者兩耳間的強度差和相位差比原來得到增強，輸出聲源L、R就分別被移到L’及R’的位置，這樣R’及L’就形成了移動的虛擬聲源。實際運用時還要加上相當複雜的校正電路及反饋電路，以使虛擬的聲音更加接近真實，模擬的聲場更加自然。
虛擬杜比環繞聲、SRS音效處理及ASR模擬環繞聲技術的共同點都屬於模擬環繞聲範疇，無論是聲像的定位、中置聲道的對白清晰度，還是空間的移動感等效果與以杜比環繞聲相比肯定有一定的差距。所以，這類非標準環繞聲是不可能取代以杜比為代表的標準環繞聲，然而它低廉的價格，小巧的體積卻贏得了市場。目前已有越來越多的視聽器材如影碟機、彩電、汽車音響、多媒體電腦等都配上了這類非標準的環繞聲。
不同企業的技術
通常的虛擬環繞聲系統，僅僅由一隻有源的重低音音箱和一對衛星箱組成，用兩隻喇叭營造不錯的具有包圍感的虛擬環繞聲，它主要由系統控制晶片和虛擬環繞聲處理電路來實現。其功能有兩種：能夠把多聲道的信號經過處理，在兩個平行放置的音箱中回放出來，並且能夠讓人感覺到環繞聲效果，或者是將原本是立體聲的音源經過處理，讓我們聽到類似多個箱體發出的環繞聲效果，鑒於多數有源音箱不具備接收處理AC-3多音頻信息流的能力，因此，它們往往採用了後面的技術。
虛擬環繞聲技術主要有SRS公司的SRS TruSurround、Qsound公司的Qsurround、Aureal公司的A3D和Spatializer公司的N-2-2DVS等技術，當然還有杜比實驗室的杜比虛擬環繞聲VSS（Virtual Surround Sound）技術，非杜比實驗室的技術一般也獲得了杜比實驗室的認可，可以用於回放杜比定向邏輯和杜比數位訊號。
虛擬環繞聲技術比較有名的為SRS LABS、QSurround方案等，SRS（Sound Retrieval System）指的是聲傳播延時恢復系統格式的聲音還原系統，其原理是根據頭部聲音傳遞函式HRTF（Head Related Transfer Function）來還原聲音，所謂HRTF，是指人的外耳和頭部對聲音的加工作用，使聲音發生了微小的變化，而人就可以通過這種變化判別出聲音的來源方向，如果把環繞聲通過同樣的函式處理後再通過前置音箱放出來，也能讓人以為是後置的環繞音箱放出來的，這樣就達到了用兩個音箱回放多聲道的目的。而QSurround方案則是根據大量聽音測試通過實驗得出的系統。用信號進行幾百次不同音箱試聽，記錄其聲音的虛擬系統，最後用這些數據設計出QSurround系統，它用來進行音箱的虛擬定位，從而維持原有的保真度；它對前方聲道和環繞聲道信號均作了虛擬處理，實現時只選擇環繞聲道；中置聲道則只作了簡單的混合合成。正因為在六大公司（Qsound公司、SRS公司、Spatiatizer公司、Harman公司、Aureal公司、杜比實驗室）推出的虛擬環繞處理系統中，只有Qsound公司的虛擬環繞處理系統是根據大量的試聽測試結果得出的，所以QSurround系統是六種系統中空間感和包圍感最好的，聲音定位也相當精確，效果甚為理想。
QSound公司的方案有兩種模式，一種是真實（Actual）模式，對應於有多個音箱的情況，把主聲道及環繞聲道處理後，直接輸入各自的音箱，可以改善環繞聲的效果，擴大了可聽位置（皇帝位），另一種是幻象（Phantom）模式，對應於只有兩個音箱的情況，這時把中置及環繞經換算後疊加到主聲道上，以實現兩音箱回放多聲道的功能，並使人覺得有幻象音箱在回放中央聲道及環繞聲道。當前世界很多廠商不斷推出不同的虛擬環繞聲系統，在這裡就SRS、QSound等公司（實驗室）所推出的六個系統，在聲音的流暢性和準確度、對話的可懂度、聲像定位的精確度和空間感以及虛擬產生的副作用等方面作一比較。
（1）SRS公司的Tru Surround
採用頻率濾波虛擬環繞聲技術，可營造極好的包圍環繞環境。但最佳聽音區很小，聲像定位感不如其它幾種，有的情況下會引起短期耳壓聽覺疲勞的副作用。
在最佳聽音區移動一個座位時，仍感覺有環繞的效應，但不如中心位置好，移動幾英尺時，聲音帶瓮聲，對白似乎只來自最近的音箱。
（2）Dolby公司的虛擬杜比環繞聲
Dolby公司的虛擬杜比環繞聲將已解碼的中置和環繞信息分別通過衰減和虛擬送入到左右聲道，使左右聲道除了有通常意義的信息之外，還具有中置和環繞的信息。同時它還套用了HRTF技術，用計算機仿真技術模擬人腦，根據聲音通過左右耳道的時間來計算延時達到逼真模擬環繞聲的目的。虛擬杜比環繞聲已在空間上、方向上、包圍感上、平衡度上較好地模擬了杜比環繞聲，利用虛幻的中央聲道而消除了中置音箱，虛擬器將環繞信息處理後加入到左右聲道並可調整延時和頻響，從而又節約了環繞音箱。其缺點是聽音範圍較小，當聽音位置向一側移動時效果變差，甚至難以聽清人物對白。虛擬杜比環繞聲已被杜比公司認可，已經作為杜比認證的一間分內容。現在已有為數眾多的家電、電腦及微電子廠商在開發這一系列產品。
（3）Spatializer公司的N-2-2
N-2-2的技術還未完全公開，其目標在於擴大最佳聽音區、減少染色和聽覺疲勞。N-2-2的包圍感不如其它幾種；定位感也不如有些方案；對白不如真實5聲道清晰響亮，但可聽懂；背音色聲音自然，沒有短期耳壓。
移動一個座位時，環繞聲似乎來自主音箱平面之外，大部分時間仍只能聽到普通雙聲道立體聲；離開幾英尺時，對白更是低弱無力。
（4）QSound公司的QSurround
前已指出，這是根據大量聽音測試通過實驗得出的系統，是六種方案中空間感和包圍感最好的系統。聲音定位相當精確。但聽了會感覺到短期耳壓。與真實5聲道相比，聲音發重，但很悅耳。
音源發出的聲波通過各種路徑，最後被人耳感知.
移動一個座位，只能聽到少許環繞聲，移動幾英尺，環繞聲完全喪失，但對白仍可聽懂。
（5）Harman公司的VMAX
採用串音抵消法，因此在最佳聽音區聽音時雙耳間無干擾。聲音寬廣，空間感和包圍感好，定位非常準確。移動感不及杜比虛擬環繞聲方案，但比其它四種方案好。對白也比其它方案清晰。在大音量場面中總的聲特性有點刺耳。
經過精確測算可以構建一個真實的聲場函式,移動一個座位時，臨場感變成普通雙聲道，移動幾英尺時，聲音帶瓮聲，對白也混濁不清。
（6）Aureal公司的A3D
採用計算濾波法來營造虛擬環繞聲。臨場感寬闊，定位效果好，聲音悅耳、流暢。有時能感到短期耳壓。
移動一個座位時，聲音變得略帶空虛，空間感也降級至普通雙聲道水平；移動幾英尺時，對白變得輕微而模糊。
（7）杜比實驗室的杜比虛擬環繞聲
它結合串音抵消和頻率濾波對杜比環繞聲和杜比數位訊號進行虛擬處理。臨場感寬闊而協調一致，聲音和其它幾種方案無多大差別。
