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多声道环绕声

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多声道环绕声格式
多声道环绕声播放
环绕声扬声器摆放位置
相关重要概念
六项基本设计(图)

    多声道环绕声格式

    多声道环绕声最让人迷惑不解的地方之一就是存在很多种不同的格式。下面我们将对最常见的几种环绕声标准进行一下简单的技术描述。

    Dolby AC-3(Dolby Digital)标准

    Dolby Audio Code3(简称AC-3,但更为流行的叫法为Dolby Digital)是针对HDTV(高清晰电视)应用而开发的一种音频编码格式,它将5个全频段(3Hz-20000Hz)的音轨和一个低频段(3Hz-120Hz)的音轨通过有损压缩的方式编码为一个数据流。

    它所采用的压缩算法会将人耳不易听到的部分声音细节信息删除,从而能够实现10:1的压缩比。DolbyDigital标准在电影工业中得到了非常广泛的应用,在大多数DVD影碟中都能看到它的身影,而且目前几乎所有的DVD机都能支持这一标准。

    Dolby ProLogicII

    DolbyProLogic(杜比定向逻辑技术)是一种矩阵解码技术,它能够将VHS录影带及TV节目中已编码在立体声音轨上的杜比环绕声的节目解码还原为四声道输出的环绕声节目。而DolbyProLogicII(第二代杜比定向逻辑技术)要更为先进一些,它能从任何立体声节目源分离出五个独立声道的环绕声(左、中置、右,左环绕及右环绕),即便原来的节目没有经过杜比环绕声的编码处理也能实现。对于经过杜比环绕声编码的节目的回放,如电影音轨,其声音效果可与DolbyDigital5.1媲美;对于未编码的立体声节目,如立体声CD唱片,节目回放的效果可营造出更宽广的、更有包围感的声场环境。与第一代技术相比,第二代杜比定向逻辑的另一项改善之处在于它提供了全频段的两个独立的环绕声道,而第一代技术只有单一的、频段有限的环绕声道。

    Digital Theater Sound(DTS)

    与Dolby Digital编码格式类似,Digital Theater Sound也是一种有损音频编码技术。在电影中DTS的压缩比例通常在2.9:1到4.3:1之间。它所采用的压缩算法并不是基于人耳的听觉,而是基于数据的冗余度。由于采用了带有线形预测和自适应功能的小波编码方式,它能够非常有效地减少数据冗余度并进行压缩。

    开发DTS系统的宗旨是想建立一个适用于所有影院的统一的数字音频标准,而不仅仅针对音响演示厅。它并不主张把音频数据直接保存到电影胶片上,而是试图通过其他媒介来实现更简便、更廉价、更稳定、更灵活同时具有更高音质的电影声音回放。由于DTS致力于把声音播放与电影胶片分离开来,这也成为它与其他影院声音系统最大的不同,比如它最主要的竞争对手—Dolby Digital系统。

    不过如果我们仅仅讨论在家庭中观看DVD影碟的话,这两种环绕声系统之间并没有特别明显的差异,它们都需要硬件或者软件的解码器将数据分解为6个声道(5.1)。这是因为制作DVD影碟时,Dolby的音轨就不用再保存在电影胶片的边缘了。

    在DTS影院系统中,电影胶片上只需要通过光学方式印上一条简单的时序轨迹。然后通过一个廉价的读取头就能从影院放映机中读出这一时序信号,再根据这一信号同步播放来自一台或多台光驱中的数字音频文件。

    在DTS系统中,声音是采用数字音频文件的格式保存在CD-ROM上的(而不是采用CD音轨方式),这主要是为了更好地进行错误校正。通过多个光驱组成的光驱链就能扩展出若干条环绕声音轨,对于那些需要提供外语配音的电影拷贝,只需要配上另外的光盘即可,相当灵活。

    DTS系统的原型于1992年问世。在接下来的几年中,这一技术受到美国好莱坞大导演斯皮尔伯格(Steven Spielberg)及环球电影公司的高度重视,并在大型科幻电影《侏罗纪公园》中首次采用了DTS技术(1993年6月)。斯皮尔伯格和环球电影公司甚至和该技术的发明人德利贝尔格共同合作成立了DTS公司。随后,支持DTS的影院如雨后春笋般普及开来。

    DTS公司还开发了一些其他的音频格式,包括DTS-ES(DTS5.1声道的增强版,使用一个额外的背环绕中置扬声器来实现6.1回放)、DTS96/24(采用96kHz、24-bit采样率的5.1环绕声)、DTSNeo6(将老电影中的两声道音源扩展成5.1环绕声,类似于Dolby ProLogicII)。

    DolbyDigital还是DTS?

    对消费者而言,他们似乎并不太关心一部DVD影碟究竟采用的是Dolby Digital还是DTS声音系统,这些事情往往是影碟发行商需要操心的。大多数的家庭影院系统都能够同时支持Dolby Digital和DTS环绕声,而且很多影碟本身就在一张DVD光盘上同时提供了Dolby Digital和DTS编码方式。

    这两种声音编码系统都能提供高质量的5.1数字音频,而且用同一套功率放大器和扬声器就能播放。对于同时提供两种声音编码的影碟来说,用户可以在声音子菜单中选择Dolby Digital或者DTS环绕声。

    对于同一张影碟,究竟Dolby Digital还是DTS的声音更好,往往会存在一些争议。而实际上这些争议的产生并不是由编码方式本身的因素造成的,而是由于在不同地点和不同时间进行Dolby或者DTS编码而产生的差异。

    不过,按照DTS公司的说法,在所谓的“盲听”测试中,大多数听众会更偏爱DTS环绕声。

    SACD和DVD-Audio

    与前面阐述的一些音频格式不同,Sony公司的SACD(Super Audio Compact Disc)的创意并不是来自电影院,而是由原来生产CD唱片的厂商来推动的。SACD能够在一张4.7GB的光盘上同时提供双声道的立体声音轨和6声道的环绕声音轨。

    SACD采用了一种叫做DSD(Direct Stream Digital)的技术,这种技术被SACD的支持者Sony和Philips公司称为“PCM杀手”,它采用采样频率高达2.8224MHz的1bitDeltaSigma方式。其还原声音的频宽可达100KHZ,在可听声频段的动态范围达到了120dB。DSD可以更严密地跟踪音乐的原始波形,它以极高速的采样频率对原始模拟信号进行采样,量化为1bit数字信号,当它还原为模拟信号时,与原始的模拟信号波形几乎一模一样。因此,SACD声音的清晰度、信噪比、动态范围和频响都远高于现行CD标准。

    在采用高采样频率的同时,SACD还使用无损的直接传输方式来压缩环绕声数据,从而比采用有损音频压缩方式的DVD-Video更为精确。

    DVD-Audio则是来自DVD论坛的另一种音频格式,它是SACD的强有力的竞争者。它采用了名为MLP(Meridian Lossless Processing)的无损压缩算法,可以在一张4.7GB的光盘上提供两小时的6声道24bit、96KHz的音乐或者两小时24bit、192KHz的高清晰度立体声音乐,它的动态范围可以达到144dB。很多DVD-Audio光盘都同时包含了DolbyDigital5.1音轨,这样你就可以用普通的DVD机来进行播放了。

    多声道环绕声播放

    如果你想在PC上实现环绕声的播放,你的电脑需要具备下面的条件(通常新买的PC会满足其中的绝大部分):

    ●一款DVD光驱;

    ●一款带有环绕声输出的普通声卡(最好带有S/PDIF输出以连接外置的解码器)或者一款带有6路输出的专用多声道声卡;

    ●一组有源5.1扬声器或者一款6声道功率放大器加上一组无源扬声器;

    ●能够支持DolbyDigital和DTS解码的DVD播放软件或者采用外置的DolbyDigital、DTS解码器;

    ●一组扬声器线缆,如果采用外置的功率放大器或解码器,还需要配备相应的音频线缆。

    某些声卡可能需要使用S/PDIF线缆来连接外置的解码器,这类解码器有时被集成于高档有源扬声器或者家庭影院的功放单元。

    Dolby Digital和DTS对5.1扬声器摆放位置的要求是一致的,而DVD-Audio和SACD则稍有不同,它们要求后置扬声器要与人耳位于同一水平线。不过,理想的环绕声扬声器摆放位置,在实际家庭中很难实现。人们往往会为了摆放方便把扬声器放在房间的角落或者挂在墙上,而这些都会影响环绕声场的效果或者破坏扬声器音量的相对平衡关系,比如把扬声器挂在墙上会对低频段声音产生6dB的增益。

    低音炮的摆放位置也很有讲究,如果摆放在角落,可以能带来18dB的增益。而稍微不太对称的低音炮摆放位置可能会有助于消除驻波或共振的情况。

    尽管合理的扬声器摆放位置对于产生准确的环绕声声场是至关重要的,但人们往往更关心这些扬声器在房间里怎么摆放起来更方便。这正是造成很多家庭影院效果不佳的主要原因。

    环绕声扬声器摆放位置

    Windows中的环绕声设置

    如果你想用PC来进行环绕声播放,还需要有一些注意事项。如果你的PC之前被设置为双声道立体声,你需要到控制面板的“声音和音频设备”中去更改一下设置。

    选择“音量”选项卡的“扬声器设置”中的“高级”按钮,然后在“扬声器设置”下拉列表中选择你的扬声器类型,如5.1或7.1环场扬声器。以上的操作步骤是针对WindowsXP的,不过对其他版本的Windows来说也基本类似。

    对于双声道立体声来说,如果不小心接反了连接线也无关紧要,你肯定能听到正常的声音(只是左右声道反了而已)。而对于6声道的5.1环绕声来说,连接错误的概率显然要大了很多。

    如果你使用的是普通的声卡,不同的端口往往会用不同的颜色和文字标识出来,这会让连接过程变得更简单一些,而那些专用的多声道声卡却只用数字标明了端口号,反而更容易让人迷惑。

    更为复杂的是,这些专用的多声道声卡通常都允许控制软件改变输出端口的映射关系。由于Windows操作系统限制端口映射必须成对改变,因此我们建议你不要轻易改变原来的缺省设置。

    类似WinDVD这样的应用软件往往会提供一个环绕声测试模式。在环绕声测试模式下,软件会让一个声音依次从每个扬声器发出,从而让你了解是否正确连接了每个扬声器。Windows Media9的安装过程也会使用WM9格式的测试文件来测试环绕声。

    相关重要概念

    立体声的双重含义

    通常意义上来说,“立体声”是指双声道(左、右各一个声道)的音频系统,但实际上这个词汇最初开始流行的时候,是指能够再现3D声音的多声道系统(一般应该在4声道以上,通常还应包括一个共用的低音声道)。

    事实上,最早期的所谓立体声电影的声音系统就是指多声道系统或者环绕声系统。早期立体声电影的声音系统采用一种矩阵方式把四声道的声音数据编码为两个音轨,在播放时再把其还原为四个声道。当3D音频逐渐在家庭中普及之后,出于成本和简便性的考虑,也就不再采用矩阵模式,而是演变成真正的双声道系统,这时立体声就开始被用来表示双声道系统了。

    到了上个世纪80年代,四声道的家庭音响系统开始出现,它被称为“quadraphonicsystem”,它采用了前面提到的矩阵编码方式把四声道编码为两个声道然后录制在黑胶唱片上,但这一尝试被证明为在错误的时间运用了错误的技术。

    5.1中的LFE声道

    通常人们认为LFE(low-frequencyeffects)声道专门用于音乐录制和播放中的低频声音段。但实际上,这个声道是专为电影中某些特殊的低频声音设计的,比如地震或爆炸声。在影院系统中,LFE声道会推动一个或一个以上的低音炮来制造这些特殊的声音效果。而其他5个声道的扬声器都能够再现一般的低音,比如人声或背景音乐中的低音部分。

    出于对扬声器体积和成本方面的考虑,家庭影院播放系统的设计中会进行一些省略。它会把小体积的中高音扬声器用于5个声道,而这5个声道再共用一个单独的低音扬声器。在音乐录制过程中其实很少用到LFE声道,而家庭影院系统的通用低音扬声器不仅能够处理电影中的LFE声道,还会同时处理来自其他5个声道的低音部分。

    关于如何处理环绕声系统中的低音部分,甚至产生了一个专有的名词,叫作“低音管理”(bassmanagement)。

    六项基本设计(图)

    设计环绕声声音时,声音设计师可以根据情节以及要混合的素材制作出各种表现形式。可将环绕声设计分成以下的基本设计项。

    下面是环绕声声音设计中的六个基本方面和具体表现方法,用在各种场合中体现其效果。

    1.环绕气氛(氛围和声场表现效果)

    无论音乐或戏剧这是最基本的环绕声设计内容(图1)。

    音乐方面,环境空间可以在听众背后创建出来,听众能感知犹如身处厅堂,具有临场感和氛围体验。在演奏管弦乐的音乐会中,厅堂的结构风格、听众热烈反应的鼓掌和欢呼、以及自舞台上向厅堂内扩散的扩声声音,这一切能使声音表现出现场真实性。

    对于实况转播,有着大量观众的室外体育比赛,诸如棒球、足球和网球,以及包括排球、滑冰、冰球、篮球和相扑等室内体育比赛,通过环绕气氛的设计能够使体育场馆内激动人心场面的景像和氛围逼真地表现出来。

    至于戏剧,环境氛围是环绕声设计中最需要体现的,它能够较清晰地反映出场景情况和戏剧剧情的进展。根据当前表演的场景所在,例如是起居室、法庭、地下停车场、丛林、沙漠、深海或宇宙飞船等,可以开发出各种各样的环绕声设计。

    戏剧的环境气氛与音乐会的环境气氛其不同点在于,戏剧中不必同时录下现场的环绕声成份。对戏剧素材经常可以进行新的播放加工,以最好的方式进行组合,使之适合所选择现场的表现方法。

    对于音乐,在话筒布置上录音师可以发挥他们自己的才能,做到以连续的方式捕捉整个范围内的空间信息,给出稳定的声场。

    图1 环绕气氛

    2.飞越过渡(直线运动表现效果)

    对于在环绕声上没有概念和体验的听众来说,飞越过渡形式的环绕声设计最能使他们感受到环绕声是什么(图2)。所谓飞越过渡,顾名思义,是使特定的声音沿着前后的纵深方向移动的一种设计。例如,喷气飞机的起飞和着陆,激烈战斗场面中枪弹的沿轨迹飞行,疾驰汽车的飞跃,潜水艇的驶过,以及宇宙飞船的航行等,对这些场景设计出瞬间的环绕声效果将给人们冲击性的感受。

    如何创建出弹道轨迹的环绕声效果,取决于设计者个人的创意思想。

    图2 飞越过渡

    3.水平旋转(水平面内旋转运动效果)

    水平旋转形式的环绕声设计能够产生以螺旋状环绕听众的漩涡样声音,听众感觉到犹如处在震摇和移动的空间内(图3)。这种设计适合于表现台风或龙卷风场景,但不宜频繁使用,它使人进入极度惊恐、恶梦或异常心理状态的世界,因而其表现场合应加以必要的限制。例如,这种设计形式能够配合给出被吸入龙卷风内部、游艇被卷入海洋大涡流下等现实场面中的声音效果,或者模拟幻觉或恶梦之类的非现实场景中的环绕声。应用于"灾难启示录"开始处的螺旋浆和直升机的蒙太奇编辑是这种环绕声设计形式的很好例子,可使研究者在乘直升机追踪加利福尼亚洲大龙卷风的前方见识到惊狂的犬吠禽鸣。

    图3 水平旋转

    4.领先声场/余音效果

    前面"1"中说明的环境气氛效果用来使听众感觉置身于现场之中,换言之,感觉上他与现场结合在一起。而领先声场给予听众以当前场景的展开,余音效果则能回味前一场景的印象(图4)。

    例如,假定一个场景是一家人在起居室愉快地用餐,而下一个场景将转入一场意外事故而要求一家人赶往医院手术室,则可以在起居室场景中只引入一些救护车警报声和手术室大门开闭声,以给出领先声场。另外,作为余音效果的例子,比如激烈的战争场面后过了10年,一位老人在家中回忆当年的战斗景象,这时在老人的特写镜头上可给出当年枪声的余音效果,以使前后情节有联系地过渡。

    图4 领先声场与余音效果

    5.声音垂直下落效果(自顶部灌降)

    这种设计形式能表现出声音从听众上方灌降下来(图5)。从理论上讲,在当前的水平6声道扬声器布置下要求重放表现这类声音高低关系是不可能的,但是,实际上环绕声扬声器通常要放得高于听众的坐席,可以利用这一点实现声音垂直下落效果。

    这种设计形式的现实表现方法在一定场合十分有效,例如,在机场候机室内广播的寻呼声,在潜水艇内艇长的命令传达,以及从飞船上来的寻呼声等,都能使听者有这种心理感受。来自天堂的上帝教诲声和特殊的独白等,也是有效的例子。

    图5 声音垂直下落效果

    6.声像强调效果(大声音感觉更贴近)

    这种声像强调效果不是给出自上落下的声音效果,而是给出一种水平声音效果,主体成份是以前方的C声道为中心,辅助成份则由L-R/SL-SR声道重现(图6)。它能够有效地强调诸如特定对话或者独白之类的人声,以及诸如开枪和爆炸之类的效果声。不像单声道的重现效果,这里能够设计出有效得多的强烈效果。多声道技术与单声道技术的全部表现手段相比较,既有强烈效果,又能确保峰值裕量。主、辅声音成份怎样分配,如何表现最佳效果,都依赖于设计师的才能。

    图6 声像强调效果

    2009-5-17

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