淺談沉浸式聲音系統(tǒng)設(shè)計及實(shí)踐

張志春

（浙江嘉興電影集團(tuán)有限公司，浙江嘉興 314000）

1 前言

電影從有聲以來，隨著技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了模擬單聲道、模擬多聲道、數(shù)字多聲道幾個階段。目前商業(yè)影院中比較常用的數(shù)字多聲道還音系統(tǒng)的模式有5.1/7.1聲道、DTS臨境音、杜比沉浸式還音系統(tǒng)（Dol by At mos）等沉浸式還音系統(tǒng)。其中沉浸式還音系統(tǒng)常用于影城最大影廳中，它突破了傳統(tǒng)意義上5.1、7.1聲道的概念，增加了影廳天棚聲道的設(shè)計理念。沉浸式還音系統(tǒng)能夠結(jié)合影片內(nèi)容，呈現(xiàn)出動態(tài)的聲音效果，更真實(shí)地營造出由遠(yuǎn)及近的音效，配合影廳天棚頂部加設(shè)音箱，實(shí)現(xiàn)聲場包圍，展現(xiàn)更多聲音細(xì)節(jié)，提升觀眾的觀影感受。下面結(jié)合筆者工作中的實(shí)際案例，就在影廳中沉浸式還音系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試談一下自己的理解和感受。

2 沉浸式還音系統(tǒng)設(shè)計

沉浸式還音系統(tǒng)與傳統(tǒng)意義上的多聲道還音系統(tǒng)相比，在還音系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)上更高、安裝工藝更復(fù)雜。沉浸式還音系統(tǒng)還音模式可以向下兼容，沒有沉浸式版本的節(jié)目，還原的是5.1或7.1版本。根據(jù)自己在實(shí)踐中所掌握數(shù)據(jù):揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)要求和傳統(tǒng)意義上的多聲道還音系統(tǒng)類似，聲功率要求更高一些，前區(qū)環(huán)繞揚(yáng)聲器的覆蓋角稍有不同。在沉浸式還音系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到的二個名詞，一是RLP（參考聆聽位）:位于銀幕到觀眾廳后墻三分之二的軸線位置；二是CLA（中心聆聽區(qū)）是指以RLP為中心，影廳寬1/3、首排座椅到后墻長度的1/3所形成的矩形。結(jié)合實(shí)際案例，筆者談一下設(shè)計沉浸式還音系統(tǒng)及設(shè)備選型，順序?yàn)?主揚(yáng)聲器——次低頻揚(yáng)聲器——環(huán)繞揚(yáng)聲器——環(huán)繞次低頻揚(yáng)聲器——設(shè)備配置清單。

案例:某影城1號廳，建筑尺寸為:銀幕邊沿距觀眾廳后墻長21.5米、影廳后墻寬19.3米、第一排觀眾距觀眾廳后墻15米，銀幕位置凈高10.95米、最后一排觀眾席凈高5.37米，銀幕寬20米，如圖1、2所示。

圖1 影城平面圖

圖2 影城剖面圖

2.1 銀幕主揚(yáng)聲器

2.1.1 數(shù)量

在沉浸式還音系統(tǒng)設(shè)計中的主揚(yáng)聲器:在銀幕寬度不大于12米時，銀幕主揚(yáng)聲器配置左、中、右三路；銀幕寬度大于12米時，銀幕主揚(yáng)聲器建議配置左、左中、中、右中、右五路。本案例中1號廳銀幕幕寬20米，主揚(yáng)聲器選用五組（左、左中、中、右中、右五個聲道）。

2.1.2 聲壓級

在設(shè)計方案中，沉浸式還音系統(tǒng)銀幕主揚(yáng)聲器在RLP（參考聆聽位）的持續(xù)最大聲壓級采用不小于105dB，根據(jù)計算公式可以知道:105dB＝SPLmax（揚(yáng)聲器最大持續(xù)聲壓級）－20lgL（L:揚(yáng)聲器到RLP的距離）。1號廳最遠(yuǎn)銀幕主揚(yáng)聲器距RLP約15.3米，考慮到揚(yáng)聲器功率適當(dāng)冗余，本案例選用了飛達(dá)的FDM-12600 MA（（LF:1600 W/4Ω，MHF:800 W/8Ω；靈敏度:（LF: 102dB，MHF:106dB））揚(yáng)聲器。（102＋10l g1600）－20lg15.3＝110dB，符合要求并適當(dāng)冗余。

2.1.3 安裝位置

本案例的銀幕采用等寬模式，五路揚(yáng)聲器中路揚(yáng)聲器放置在銀幕中心線上，左、右路揚(yáng)聲器分別放置在銀幕圖像最邊沿位置，左中路揚(yáng)聲器位于左路和中路揚(yáng)聲器中間位置，右中路揚(yáng)聲器位于中路與右中路揚(yáng)聲器中間位置。聲軸中心放置在遮幅與銀幕高度約三分之二的中間位置處，1號廳采用等寬模式，根據(jù)要求具體安裝位置如圖3所示。

圖3 銀幕主揚(yáng)聲器、次低頻揚(yáng)聲器安裝位置

2.1.4 揚(yáng)聲器指向

沉浸式還音系統(tǒng)設(shè)計的實(shí)踐所采用方法:水平旋轉(zhuǎn)銀幕主揚(yáng)聲器，使揚(yáng)聲器軸線指向RLP處，垂直調(diào)整銀幕主揚(yáng)聲器的中高音系統(tǒng)，使聲軸指向RLP處。1號廳銀幕主揚(yáng)聲器的指向如圖4所示，圖中虛線框?yàn)镃LA，圓中心為RLP點(diǎn)。

圖4 銀幕主揚(yáng)聲器、次低音 、側(cè)環(huán)、后環(huán)、頂環(huán) 平面圖

2.2 銀幕次低頻揚(yáng)聲器

2.2.1 聲壓級

沉浸式還音系統(tǒng)和傳統(tǒng)意義上的多聲道還音系統(tǒng)類似，銀幕次低頻揚(yáng)聲器聲壓級比銀幕中路主揚(yáng)聲器聲壓級高10dB，因此銀幕次低頻揚(yáng)聲器持續(xù)最大聲壓級不低于115dB。1號廳銀幕次低頻揚(yáng)聲器距RLP約15.3米，考慮到揚(yáng)聲器功率適當(dāng)冗余，本案例選用了飛達(dá)的FDM-1600SB（1600 W/4Ω；靈敏度:102dB）揚(yáng)聲器2只，計算方法和銀幕主揚(yáng)聲器一樣，這里不再詳述。

2.2.2 安裝位置

銀幕次低頻揚(yáng)聲器安裝在靠近銀幕（房間）中心線的位置，但不放在中心線上，避免駐波的影響。如果是采用多個揚(yáng)聲器，則把這些揚(yáng)聲器緊密地靠近一些，通過相互耦合提高效率。1號廳銀幕次低頻揚(yáng)聲器的安裝位置詳見圖3。

2.3 環(huán)繞揚(yáng)聲器

2.3.1 聲壓級

每一個環(huán)繞揚(yáng)聲器在RLP點(diǎn)的最大持續(xù)聲壓級不低于99dB，根據(jù)筆者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議相應(yīng)的功放具有3dB的冗余。一個環(huán)繞區(qū)域（如左環(huán)、右環(huán)）的揚(yáng)聲器在RLP點(diǎn)的最大持續(xù)聲壓級不低于105dB，也就是說每一環(huán)繞區(qū)域不少于4只揚(yáng)聲器。

根據(jù)各環(huán)繞揚(yáng)聲器與RLP的距離，分別計算出各環(huán)繞揚(yáng)聲器所需功率，選型時還需考慮角度和適當(dāng)?shù)墓β嗜哂唷＞唧w計算方法參照前面銀幕主揚(yáng)聲器的功率計算。

2.3.2 數(shù)量

沉浸式還音系統(tǒng)與傳統(tǒng)意義上的多聲道還音系統(tǒng)相比，環(huán)繞揚(yáng)聲器的布置變化是最大的，不僅在觀眾廳首排座椅和銀幕之間的空間安裝環(huán)繞揚(yáng)聲器，在觀眾廳天棚頂部增加了二組揚(yáng)聲器（左頂環(huán)、右頂環(huán)）。下面根據(jù)在沉浸式還音系統(tǒng)設(shè)計的實(shí)踐談一下環(huán)繞揚(yáng)聲器數(shù)量的選擇。本案例（1號廳）建筑尺寸為:銀幕邊沿距觀眾廳后墻長21.5米、影廳后墻寬19.3米、第一排觀眾距觀眾廳后墻15米。左右側(cè)環(huán)繞揚(yáng)聲器的推薦數(shù)量各為8只，最小數(shù)量為6只。本案例在結(jié)合側(cè)墻裝修美觀等因素，側(cè)環(huán)最終每組選用7只；頂部環(huán)繞揚(yáng)聲器數(shù)量的選擇與側(cè)環(huán)揚(yáng)聲器數(shù)量一致，選用7只。后墻環(huán)繞揚(yáng)聲器數(shù)量的選擇也同側(cè)環(huán)的數(shù)量選擇一樣，根據(jù)設(shè)計推薦數(shù)量為5只－7只，案例中后環(huán)選用6只。

2.3.3 安裝位置及指向

2.3.3.1 后環(huán)揚(yáng)聲器安裝高度

根據(jù)本案例的實(shí)踐，在所有揚(yáng)聲器安裝高度基本一致的情況下，能很好地保持整個座位區(qū)域的良好覆蓋，推薦安裝高度為影廳寬度的1/4。如1號廳建筑尺寸:銀幕邊沿距觀眾廳后墻長21.5米、影廳后墻寬19.3米、第一排觀眾距觀眾廳后墻15米。理論計算可以得出后環(huán)揚(yáng)聲器安裝高度為4.8米（19.3/4），安裝時可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)情做微調(diào)，但必須在保證良好覆蓋的前提下。

2.3.3.2 后環(huán)揚(yáng)聲器的安裝間距

揚(yáng)聲器的安裝間距推薦在W/N與W/（N－1）之間，W——影廳寬度、N——后環(huán)揚(yáng)聲器數(shù)量。最邊沿?fù)P聲器與側(cè)墻的距離在揚(yáng)聲器間距的50%－100%之間。根據(jù)理論計算并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐，最終1號廳后環(huán)的安裝高度為4.3米（相對于RLP點(diǎn)）、水平間距2.9米、最邊沿?fù)P聲器距側(cè)墻2.4米，如圖5示。

圖5 后環(huán)揚(yáng)聲器安裝位置

2.3.3.3 側(cè)環(huán)揚(yáng)聲器安裝高度

在本案例中，所有側(cè)環(huán)揚(yáng)聲器安裝在從銀幕主揚(yáng)聲器聲軸中心與后墻環(huán)繞揚(yáng)聲器所連成的一條直線上，達(dá)到最佳的安裝位置。高度位置允許有一定的誤差，允許與這條直線高度有±25%的誤差范圍，如圖6所示。

圖6 頂環(huán)、側(cè)環(huán)揚(yáng)聲器安裝位置

2.3.3.4 側(cè)環(huán)揚(yáng)聲器安裝間距

左右側(cè)環(huán)繞揚(yáng)聲器成對安裝、間距一致。側(cè)環(huán)第一個揚(yáng)聲器距銀幕邊沿的距離為L/N與L/2N之間，同樣最后一個揚(yáng)聲器距后墻的距離為L/N與L/2 N之間，L——影廳長度，N——側(cè)環(huán)（單側(cè)）揚(yáng)聲器數(shù)量。揚(yáng)聲器之間的距離為最前與最后揚(yáng)聲器之間的距離除以（N－1），允許誤差±10%。根據(jù)技術(shù)要求結(jié)合現(xiàn)場實(shí)情，最終1號廳側(cè)環(huán)的水平間距2.8米、距銀幕最近揚(yáng)聲器1.7米，后墻最近揚(yáng)聲器距后墻2.8米。

2.3.3.5 側(cè)環(huán)與后環(huán)的水平指向

所有環(huán)繞揚(yáng)聲器均指向中心聆聽區(qū)（CLA），靠近CLA區(qū)域的揚(yáng)聲器垂直指向CLA，其余揚(yáng)聲器指向CLA最近角左右側(cè)相同。1號廳側(cè)環(huán)、后環(huán)揚(yáng)聲器水平指向如圖4所示。

2.3.3.6 側(cè)環(huán)與后環(huán)的垂直指向

側(cè)環(huán)揚(yáng)聲器的聲軸指向?qū)γ孀钸呇赜^眾席，高度為觀眾坐姿時耳朵位置。后環(huán)揚(yáng)聲器的聲軸指向首排觀眾席，高度為觀眾坐姿時耳朵位置。1號廳側(cè)環(huán)、后環(huán)揚(yáng)聲器垂直指向見圖6。

2.3.3.7 頂環(huán)揚(yáng)聲器的縱向與橫向安裝間距

在沉浸式還音系統(tǒng)設(shè)計的實(shí)踐所得，頂環(huán)揚(yáng)聲器分左右二組陣列，對稱于銀幕中心線安裝，縱向安裝間距和左右側(cè)環(huán)一致，橫向間距對應(yīng)于銀幕主揚(yáng)聲器的左中、右中路，左頂環(huán)對準(zhǔn)左中路、右頂環(huán)對準(zhǔn)右中路，這是最小寬度要求。在本案例中根據(jù)設(shè)計要求結(jié)合現(xiàn)場條件，最終1號廳頂環(huán)的水平間距2.8米，距銀幕最近揚(yáng)聲器1.7米，距后墻最近揚(yáng)聲器距后墻2.8米。左、右頂環(huán)間距9.6米，對稱銀幕中心軸線布置，見圖4（Lts1－7、Rts1－7）。

2.3.3.8 頂環(huán)揚(yáng)聲器的安裝高度

天棚頂部環(huán)繞揚(yáng)聲器的仰角大于或等于（E/2）＋450，E是從RLP處測得的最近側(cè)環(huán)揚(yáng)聲器仰角，如圖6示（E＝20度）。相對應(yīng)的1號廳頂環(huán)揚(yáng)聲器橫向角度不小于55度（45＋20/2），實(shí)際是56度，最終1號廳頂環(huán)的安裝高度為6.8米（相對于RLP點(diǎn)）。

2.3.3.9 頂環(huán)揚(yáng)聲器的橫向與縱向指向

頂環(huán)揚(yáng)聲器橫向指向:揚(yáng)聲器和所對應(yīng)的觀眾席的垂線與觀眾廳中心線之間的1/2位置。

頂環(huán)揚(yáng)聲器縱向指向:所有頂部環(huán)繞揚(yáng)聲器均指向中心聆聽區(qū)（CLA），靠近CLA區(qū)域的揚(yáng)聲器垂直指向CLA，其余揚(yáng)聲器指向CLA最近角，左右側(cè)相同，如圖6所示。

2.4 環(huán)繞次低頻揚(yáng)聲器

沉浸式還音系統(tǒng)支持全頻段的環(huán)繞信號重現(xiàn)，所以在影廳內(nèi)需配置環(huán)繞次低頻揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器成對配置、左右對稱。在本案中影院信號處理器支持低音管理信號的生成，稱低音管理系統(tǒng)。

2.4.1 聲壓級

環(huán)繞次低頻揚(yáng)聲器聲壓級與銀幕中路主揚(yáng)聲器聲壓級一樣，因此環(huán)繞次低頻揚(yáng)聲器持續(xù)最大聲壓級不低于105dB。

2.4.2 安裝位置

環(huán)繞次低頻揚(yáng)聲器安裝在觀眾廳后區(qū)側(cè)墻，與后墻的距離不小于1米，高度盡可能靠近天花板。如安裝在后墻，左右揚(yáng)聲器的間距要大于銀幕主揚(yáng)聲器左右路的寬度，與側(cè)墻的距離不小于1米。揚(yáng)聲器距最近觀眾的距離不小于揚(yáng)聲器到RLP位置的1/4距離。另外，環(huán)繞次低音揚(yáng)聲器也可以安裝在銀幕后面，揚(yáng)聲器間距大于銀幕左右主揚(yáng)聲器的間距，與側(cè)墻距離大于1米。在1號廳中，配置了環(huán)繞低頻揚(yáng)聲器1對，根據(jù)與RLP的距離計算所需功率，考慮到功率適當(dāng)冗余，最終選用飛達(dá)的FD-118BMV（600 W/8Ω；靈敏度:101dB）揚(yáng)聲器，安裝位置如圖4示，圖中Rsub為右側(cè)環(huán)繞低頻揚(yáng)聲器。

通過上面的設(shè)計與選型，形成設(shè)備清單。在實(shí)踐中，如果考慮到距離的原因，側(cè)環(huán)和頂環(huán)距銀幕最近的揚(yáng)聲器選用功率更大一些的型號。清單見表1。

表1 設(shè)備清單

以上就是沉浸式還音系統(tǒng)對各區(qū)域揚(yáng)聲器的技術(shù)要求及安裝工藝要求。驅(qū)動每一路揚(yáng)聲器的功放在滿足系統(tǒng)技術(shù)要求的同時，建議有3dB的冗余。

沉浸式還音系統(tǒng)設(shè)計到此基本完成。可將設(shè)計的揚(yáng)聲器點(diǎn)位圖、設(shè)備配置表等資料發(fā)給相關(guān)的供應(yīng)商或工程師進(jìn)行方案審核，原則上通過審核后方可施工。后期還需經(jīng)過設(shè)備安裝、調(diào)試、測試等環(huán)節(jié)。

3 小結(jié)

從這次實(shí)踐中可以感受到，沉浸式還音系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范是一個寬泛性的要求，不能剛性地去照搬，要根據(jù)場地的實(shí)際情況進(jìn)行合理微調(diào)。

例如側(cè)環(huán)揚(yáng)聲器數(shù)量，根據(jù)空間尺寸側(cè)環(huán)數(shù)量為6－8只，實(shí)際選用幾只，需要結(jié)合裝飾造型，空調(diào)、消防等設(shè)備布置。本案例中選用7只，一是側(cè)墻揚(yáng)聲器安裝位置不影響側(cè)墻裝飾造型，二是頂部揚(yáng)聲器和空調(diào)、消防設(shè)備不干涉。而選用6只或8只的時候，要么是和裝飾造型有沖突，要么和空調(diào)、消防設(shè)備位置有沖突。

又如環(huán)繞低音揚(yáng)聲器的安裝位置，環(huán)繞低音揚(yáng)聲器的作用是補(bǔ)充和加強(qiáng)后區(qū)低頻部分，安裝位置應(yīng)該靠近觀眾廳后區(qū)。本案例中環(huán)繞低音揚(yáng)聲器的安裝位置，一是距后墻大于1米，二是不遮擋側(cè)墻揚(yáng)聲器發(fā)聲，三是不和內(nèi)裝飾沖突。

所以，如何合理、科學(xué)地進(jìn)行沉浸式還音系統(tǒng)設(shè)計很重要，不僅要配置合理的沉浸式還音系統(tǒng)技術(shù)方案，還要做好工藝設(shè)計。揚(yáng)聲器的安裝既符合規(guī)范的要求也和影廳裝修風(fēng)格、造型有完美的結(jié)合，讓觀眾有好的聽覺體驗(yàn)的同時有好的視覺體驗(yàn)。