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      數(shù)字影院多聲道環(huán)繞聲技術的新發(fā)展

      2012-11-05 07:43:34
      演藝科技 2012年4期
      關鍵詞:環(huán)繞聲聲道低音

      梁 華

      (同濟大學 聲學研究所,上海 200092)

      1 5.1聲道環(huán)繞聲系統(tǒng)

      隨著數(shù)字電影與數(shù)字高清電視的迅速發(fā)展,多聲道環(huán)繞聲技術取得驚人的進步。目前數(shù)字立體聲電影院已廣泛采用5.1聲道環(huán)繞聲系統(tǒng),其中,主要采用杜比實驗室有限公司的杜比(Dolby Digital,又稱Dolby AC-3)5.1聲道系統(tǒng)和DTS公司的DTS(Digital Theater System,數(shù)字化影院系統(tǒng))5.1聲道系統(tǒng),而索尼公司的SDDS7.1聲道在影院中則很少使用。杜比5.1聲道系統(tǒng)和DTS5.1聲道系統(tǒng)都是6聲道系統(tǒng),它們是正前方的左(L)、中(C)、右(R)3個主聲道,另加左環(huán)繞(Ls)、右環(huán)繞(Rs)2個環(huán)繞聲道,再配以1個超低音(SW)聲道。因SW聲道所占頻帶很小,故稱之0.1聲道。圖1為上述3種數(shù)字立體聲音箱布局。

      雖然杜比5.1和DTS5.1都是5.1聲道系統(tǒng),但因兩者的編解碼方法不同而不能通用或兼容。而兩者在重放電平上的要求相同,即左、中、右主聲道最大聲壓級要求均不小于103 dB,超低音聲道不小于113 dB,環(huán)繞聲道不小于100 dB,以便營造大動態(tài)范圍的聲級變化和令人震撼的音響效果。兩者在超低音聲道頻率響應上要求不同,杜比5.1要求超低音聲道的頻率范圍為20 Hz~120 Hz,DTS5.1則要求20 Hz~80 Hz。圖2為杜比5.1聲道系統(tǒng)與DTS5.1聲道系統(tǒng)的頻響特性。對其余5個聲道,杜比5.1聲道系統(tǒng)要求全頻帶,而DTS5.1聲道系統(tǒng)對左、中、右聲道要求全頻帶,對環(huán)繞聲道則要求80 Hz~2000 Hz。

      杜比5.1和DTS5.1聲道系統(tǒng)不僅廣泛用于電影院,還應用于家庭影院、數(shù)字聲音廣播(DAB)、數(shù)字電視廣播(DVB)、光盤(DVD、CD)以及娛樂游戲等領域。為了進一步增強后方聲像定位的連續(xù)性和包圍感,在5.1環(huán)繞聲基礎上,杜比公司相繼又推出杜比6.1聲道格式和杜比7.1聲道格式。杜比6.1聲道格式又稱Dolby Digital Surround EX,即在環(huán)繞聲道中增加一路中環(huán)繞聲道Cs。杜比7.1聲道格式又分兩種格式:Dolby Digital Plus(簡稱DD plus)和Dolby TrueHD。它們均是將6.1聲道的中環(huán)繞聲道分成兩個環(huán)繞聲道:左后環(huán)繞聲道(LB)和右后環(huán)繞聲道(RB)。這兩種杜比7.1聲道格式不能通用或兼容,但DD plus格式可向下兼容杜比5.1聲道格式,它已作為高清光盤(HD DVD)或藍光光盤(BD)聲音格式用于數(shù)字電影的聲音重放,并已被美國ATSC(Advanced Television Systems Committee,美國高級電視業(yè)務顧問委員會)和歐洲高清DVB(Digital Video Broadcasting,數(shù)字電視廣播)列為未來無線廣播、衛(wèi)星廣播以及有線電視的新標準格式。在杜比公司推出7.1聲道格式之后,DTS公司也相應推出新一代環(huán)繞聲格式DTS HD7.1聲道系統(tǒng)且得到廣泛應用。

      2 IMAX 6.1聲道系統(tǒng)

      IMAX系統(tǒng)是由加拿大IMAX公司開發(fā)的一項巨幕電影技術,剛剛推出即獲廣泛關注。IMAX源自英文“Image Maxium”,意即影像最大化。它集現(xiàn)代電影技術于一身,擁有非常大的銀幕、清晰的圖像、高精密度的放映設備以及強勁的6.1聲道環(huán)繞聲音響系統(tǒng)。IMAX電影使用70 mm、15尺孔的電影膠片,有效畫面面積是普通35 mm膠片的十倍,是一般70 mm寬銀幕膠片的三倍。由于電影畫格大,所容納的內容多,因此圖像非常清晰,加之高精密度的IMAX放映設備,使其播放出的影像具有非常高的真切感和清晰度。而且,IMAX公司利用偏振光技術開發(fā)出IMAX-3D系統(tǒng),它通過兩臺高亮度的DLP投影機(即數(shù)字電影放映機)播放,觀眾佩戴簡便的偏振光眼鏡即可以觀賞立體感非常強的立體電影。

      目前,我國IMAX影院大多由原有35 mm膠片影廳改擴建而成,多采用緊湊型影廳標準,其平面長寬比要求盡可能接近1∶1。至少規(guī)劃1個350座以上的大廳,標準銀幕為21.3 m×13.3 m,觀眾廳看臺坡度應為18°(現(xiàn)有影廳為13°~ 15°),銀幕向前傾斜15°,以最大限度地滿足影廳內大多數(shù)觀眾視野能集中在IMAX主視野區(qū)。至于建聲要求則與我國對數(shù)字影院的要求相似。

      IMAX音響系統(tǒng)采用的是6.1聲道環(huán)繞聲系統(tǒng),其音箱布置如圖3所示。即在5.1聲道格式的基礎上、銀幕后方上增加1個中央聲道,用以增強銀幕聲像定位和聲音的高度層次感。為產生逼真的臨場感和震撼的效果,QSC公司推出了新型的數(shù)字影院音頻處理器(DCP300)和四分頻主擴聲揚聲器系統(tǒng)(DCS SC-424-8F)。圖4為數(shù)字電影音響系統(tǒng)的構成方式;圖5為多個影廳的數(shù)字電影音響系統(tǒng)的構成,呈網(wǎng)絡結構方式。

      數(shù)字影院處理器DCP300是目前市場上惟一滿足DCI(Digital Cinema Initiatives,好萊塢數(shù)字電影工作組)數(shù)字影院標準的處理器產品,它把24位、16通道的數(shù)字音頻信號進行DSP處理,并將數(shù)字分頻、遠程遙控、功放和音箱的網(wǎng)絡監(jiān)控等功能集成在1臺設備中,使其成為數(shù)字影院音頻系統(tǒng)的核心。同時,它還融合CobraNet網(wǎng)絡音頻傳輸技術,可以通過雙向傳輸高達64路的高品質網(wǎng)絡音頻信號,滿足影院網(wǎng)絡化運營和管理的需要。如圖5所示,就是通過網(wǎng)絡交換機將各影廳的DCP300進行星形連接,并通過PC機對各影廳進行管理和控制。

      QSC四分頻主揚聲器系統(tǒng)SC-424-8F的設計也很有特色。它由2×15英寸低音單元、10英寸中音單元、3.5英寸高音單元和1.75英寸超高音單元等組成。用一個高性能中頻單元工作在250 Hz ~1.8 kHz頻率范圍,確保了電影的絕大多數(shù)語音對白頻率,從而保證了良好的語言清晰度。同時,高音單元和超高音單元采用獨特的同軸結構,獲得良好的音質和相位特性,從而保證了平直一致的高頻特性。由于在技術和工藝上采取一系列獨特措施,使QSC四分頻音箱能夠很好地滿足像IMAX等數(shù)字影院系統(tǒng)嚴格的音質要求。

      應該指出,圖4和圖5可以組成6.1聲道系統(tǒng),也可以根據(jù)需要接成5.1聲道或7.1聲道環(huán)繞聲系統(tǒng)方式。關于數(shù)字影院的主聲道的頻響特性的要求如圖6所示。

      3 更多聲道環(huán)繞聲系統(tǒng)

      在5.1聲道環(huán)繞聲格式的基礎上,人們?yōu)榱双@得更強的臨場感、更穩(wěn)定的聲像定位和覆蓋范圍更大的聽音區(qū)域,而采用了更多聲道的環(huán)繞聲格式。Tomlinson Holman(湯姆林森·霍爾曼)提出的TMH10.2聲道環(huán)繞聲格式(參見圖3),它的前方主聲道與圖1中SDDS聲道系統(tǒng)的相似,并增設一個后中置環(huán)繞聲道,以增強后方聲像的穩(wěn)定性。此外,還將聲場擴展到垂直方向(高度)上,在聽音者的前上方(屏幕后上方)兩側增設了兩個聲道音箱。而超低音聲道也增加到兩個,分別放置在屏幕后下方的左右兩側,以增強超低音的空間感。

      另外,還有一個稱之為Auro-3D的10.1多聲道環(huán)繞聲系統(tǒng),它的前方主聲道與圖3的IMAX系統(tǒng)類似,但在屏幕后上方布置左、中、右三路音箱,并增設了后中置環(huán)繞聲道。

      隨著高清影視和數(shù)字3D立體電影的迅速發(fā)展,由SMPTE(The Society of Motion Picture and Television Engineers,電影和電視工程師協(xié)會)成立的DC28數(shù)字電影技術委員會制定了SMPTE 428.3M協(xié)議,協(xié)議提出未來的數(shù)字電影可配置的20個聲道的環(huán)繞聲格式,如圖7所示。其中7個聲道是Dolby6.1聲道系統(tǒng)的配置,其余13個新聲道中,有4個聲道用于擴展現(xiàn)有的環(huán)繞聲道陣列,加強在后方和兩側的方向感;另有兩個聲道位于中央聲道的兩側,與SDDS格式相同;還有7個聲道用于新的音箱配置:2個聲道分別位于右前偏左和右前偏右,有4個聲道當作垂直陣列,用于增強高度層次感,以及新增的第二個超低音聲道,如前述10.2聲道一樣,用來增強重低音的音響效果。

      日本NHK公司則推出22.2的24聲道環(huán)繞聲系統(tǒng),如圖8所示。它明確將重放音箱分為高、中、低三層音箱群,為高度信息的再現(xiàn)提供了更為有效的保障,具有更強的空間立體感,是一種富有臨場感的三維立體音響系統(tǒng)。該系統(tǒng)的中層高度大致與人耳高度相接近,中層音箱布置與前述TMH10.2聲道環(huán)繞聲格式相似。22.2聲道環(huán)繞聲系統(tǒng)具有如下特點和要求:

      (1)考慮到像古典音樂之類的三維立體音響重放,系統(tǒng)的頻響特性(在觀眾廳中央位置測得)不采用圖6所示的數(shù)字影院頻響曲線,而是要求高頻直到20 kHz均為平直的特性。

      (2)為了獲得大范圍均勻的聲場,要求所用音箱的指向性盡量寬(水平120°,垂直100°)。

      (3)超低音音箱LFE的頻響為20 Hz~120 Hz,配置2只,以雙聲道立體聲方式重放。

      (4)為了增強銀幕上的聲像定位感,在中層前方配置5只聲道音箱,并放在透聲銀幕后面,同時在中層前方的3個聲道的銀幕下,配置2組6只音箱,形成三維合成立體聲像的音響效果。

      表1 22.2聲道系統(tǒng)的各聲道名稱

      表1列出這22.2聲道環(huán)繞聲系統(tǒng)的24個聲道的命名與簡稱。22.2聲道環(huán)繞聲系統(tǒng)已被SMPTE暫定為未來超高清電視(UHDTV)的聲音格式??梢韵嘈?,未來的多聲道環(huán)繞聲系統(tǒng)將更加絢麗多彩。

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