梁 華

（同濟(jì)大學(xué) 聲學(xué)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(shù)取得驚人的進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(gè)主聲道，另加左環(huán)繞（Ls）、右環(huán)繞（Rs）2個(gè)環(huán)繞聲道，再配以1個(gè)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(jí)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(dòng)態(tài)范圍的聲級(jí)變化和令人震撼的音響效果。兩者在超低音聲道頻率響應(yīng)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(duì)其余5個(gè)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(duì)左、中、右聲道要求全頻帶，對(duì)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(yīng)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(lǐng)域。為了進(jìn)一步增強(qiáng)后方聲像定位的連續(xù)性和包圍感，在5.1環(huán)繞聲基礎(chǔ)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(gè)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(lán)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(jí)電視業(yè)務(wù)顧問委員會(huì)）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(biāo)準(zhǔn)格式。在杜比公司推出7.1聲道格式之后，DTS公司也相應(yīng)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(yīng)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(xiàng)巨幕電影技術(shù)，剛剛推出即獲廣泛關(guān)注。IMAX源自英文“Image Maxium”，意即影像最大化。它集現(xiàn)代電影技術(shù)于一身，擁有非常大的銀幕、清晰的圖像、高精密度的放映設(shè)備以及強(qiáng)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(nèi)容多，因此圖像非常清晰，加之高精密度的IMAX放映設(shè)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(shù)開發(fā)出IMAX-3D系統(tǒng)，它通過兩臺(tái)高亮度的DLP投影機(jī)（即數(shù)字電影放映機(jī)）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(qiáng)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(kuò)建而成，多采用緊湊型影廳標(biāo)準(zhǔn)，其平面長寬比要求盡可能接近1∶1。至少規(guī)劃1個(gè)350座以上的大廳，標(biāo)準(zhǔn)銀幕為21.3 m×13.3 m，觀眾廳看臺(tái)坡度應(yīng)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(nèi)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(duì)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(chǔ)上、銀幕后方上增加1個(gè)中央聲道，用以增強(qiáng)銀幕聲像定位和聲音的高度層次感。為產(chǎn)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(kuò)聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)（DCS SC-424-8F）。圖4為數(shù)字電影音響系統(tǒng)的構(gòu)成方式；圖5為多個(gè)影廳的數(shù)字電影音響系統(tǒng)的構(gòu)成，呈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)的處理器產(chǎn)品，它把24位、16通道的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行DSP處理，并將數(shù)字分頻、遠(yuǎn)程遙控、功放和音箱的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等功能集成在1臺(tái)設(shè)備中，使其成為數(shù)字影院音頻系統(tǒng)的核心。同時(shí)，它還融合CobraNet網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸技術(shù)，可以通過雙向傳輸高達(dá)64路的高品質(zhì)網(wǎng)絡(luò)音頻信號(hào)，滿足影院網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營和管理的需要。如圖5所示，就是通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將各影廳的DCP300進(jìn)行星形連接，并通過PC機(jī)對(duì)各影廳進(jìn)行管理和控制。

QSC四分頻主揚(yáng)聲器系統(tǒng)SC-424-8F的設(shè)計(jì)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(gè)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(duì)白頻率，從而保證了良好的語言清晰度。同時(shí)，高音單元和超高音單元采用獨(dú)特的同軸結(jié)構(gòu)，獲得良好的音質(zhì)和相位特性，從而保證了平直一致的高頻特性。由于在技術(shù)和工藝上采取一系列獨(dú)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(yán)格的音質(zhì)要求。

應(yīng)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(guān)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(chǔ)上，人們?yōu)榱双@得更強(qiáng)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(shè)一個(gè)后中置環(huán)繞聲道，以增強(qiáng)后方聲像的穩(wěn)定性。此外，還將聲場擴(kuò)展到垂直方向（高度）上，在聽音者的前上方（屏幕后上方）兩側(cè)增設(shè)了兩個(gè)聲道音箱。而超低音聲道也增加到兩個(gè)，分別放置在屏幕后下方的左右兩側(cè)，以增強(qiáng)超低音的空間感。

另外，還有一個(gè)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(shè)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(huì)）成立的DC28數(shù)字電影技術(shù)委員會(huì)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(gè)聲道的環(huán)繞聲格式，如圖7所示。其中7個(gè)聲道是Dolby6.1聲道系統(tǒng)的配置，其余13個(gè)新聲道中，有4個(gè)聲道用于擴(kuò)展現(xiàn)有的環(huán)繞聲道陣列，加強(qiáng)在后方和兩側(cè)的方向感；另有兩個(gè)聲道位于中央聲道的兩側(cè)，與SDDS格式相同；還有7個(gè)聲道用于新的音箱配置：2個(gè)聲道分別位于右前偏左和右前偏右，有4個(gè)聲道當(dāng)作垂直陣列，用于增強(qiáng)高度層次感，以及新增的第二個(gè)超低音聲道，如前述10.2聲道一樣，用來增強(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)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(shí)在中層前方的3個(gè)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(gè)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?？梢韵嘈牛磥淼亩嗦暤拉h(huán)繞聲系統(tǒng)將更加絢麗多彩。