周天縱

(中央人民廣播電臺 技術制作中心，北京 100866)

全新的3D聲音體驗
——Dolby Atmos 與 Auro-3D

周天縱

(中央人民廣播電臺 技術制作中心，北京 100866)

聲音重放的理念及技術不斷進步，Dolby和Barco兩家公司分別發(fā)布了Dolby Atmos和Auro-3D技術，圍繞聲音對象（Object）及音床（Bed）這兩個概念展開論述。

3D聲音；環(huán)繞聲；杜比全景聲；Auro-3D；聲音對象；音床

近年來，聲音重放的理念及技術不斷進步，并受到電影制片方、影院和觀眾的廣泛歡迎，正快步進入聲音的3D時代，聲音重放的理念及技術不斷進步。

圖1 Dolby Surround 5.1

1 從2D聲音到3D聲音的進化

1992年，首部基于Dolby Surround 5.1（杜比5.1環(huán)繞聲，見圖1）制作的電影《蝙蝠俠歸來》上映后，在不到3年的時間內就有超過400部電影使用了杜比數(shù)字環(huán)繞聲技術制作，當年全球就有超過4 000家影劇院配備了杜比數(shù)字環(huán)繞音響設備。2010年，隨著《玩具總動員3》的上映，杜比實驗室開始將Dolby Surround 7.1（杜比7.1環(huán)繞聲，見圖2）推向市場。該技術把環(huán)繞聲聲道從2路增加至4路，從而使電影錄音師能夠更好地控制聲像位置，使銀幕到環(huán)繞聲之間的聲音平移過渡得更平滑。該項技術同樣受到業(yè)界廣泛歡迎，在隨后不到2年的時間里，全球配備杜比7.1環(huán)繞聲技術的影院就已經(jīng)達到了3 600多家。這種趨勢足以說明，不管是電影的創(chuàng)作者、院線的經(jīng)營者乃至廣大的觀眾，都在追求更加逼真、細膩的聲音再現(xiàn)，都在寄望數(shù)字音響領域的進一步變革。

圖2 Dolby Surround 7.1

這種變革是從2D聲音向3D聲音的進化。它始于電影聲音錄制與重放的革新，但并不止于影院，它必將延伸至唱片業(yè)、家庭影院、大型活動擴聲、汽車音響、電子游戲音響、手持移動設備、3D耳機等各領域，并在未來的十幾年中，引發(fā)音響系統(tǒng)概念、制式、手段與技術上的不斷爭論與創(chuàng)新。

在以上諸多應用方向上，除移動設備和3D耳機技術需特別考查人們的聽覺生理、心理特性外，其他所有應用方面都會優(yōu)先選擇增加更多的聲道數(shù)量。毫無疑問，更多的聲道數(shù)量意味著更好的“真實重現(xiàn)”，意味著更準確的聲像定位。

例如，當巨幕影院越來越多時，原先的3聲道銀幕揚聲器對于銀幕內聲像定位就不夠細膩了。于是，特別為巨幕影院混錄的、帶有Inner Left及Inner Right聲道的5聲道銀幕揚聲器的重放制式被推出，如圖3所示。

圖3 5聲道銀幕揚聲器

當然，人們不會滿足于7聲道（在巨幕制式下為9聲道）都和自己的耳朵處在同一個平面上?，F(xiàn)實世界中，聲音是來自四面八方的，如果考慮到人在大多情況下并非懸在半空，那么至少聲音也應該來自人體的上方，在此用“上半球”表示。因此，要把更多的聲道布置在耳朵上方來還原真實世界中的聲音，正如Dolby Surround 9.1（杜比9.1環(huán)繞聲）所定義的那樣，見圖4。

圖4 Dolby Surround 9.1

至此，3D聲音重放的時代開啟，聲音重放的理念及技術不斷進步，Dolby和Barco（巴可）兩家公司分別發(fā)布了Dolby Atmos（杜比全景聲）和Auro-3D技術。同時，關于3D聲音重放的爭論也就此開始，圍繞聲音對象（Object）及音床（Bed）這兩個概念，評述各自優(yōu)劣。

圖5 上半球的聲音

2 Dolby Atmos和Auro-3D的比較

2.1 聲音的重放

真實世界中的聲音大體來自“上半球”。比方說，有一只蜜蜂在空中飛過，或者一架直升機起飛。Dolby Surround 7.1環(huán)繞聲只能通過某種方法，誘使人腦對這種虛擬聲像進行重建。為了更直接地定位蜜蜂或直升飛機的聲像，Dolby Surround 9.1系統(tǒng)采用了增加頂置的揚聲器的方法，這種方法可以很好地還原物體從頭頂飛過的音效。

不同的意見來自巴可公司，該公司推出了Auro-3D這一概念。Auro-3D的設計者認為，頂置揚聲器盡管可以很好地還原物體從頭頂飛過的音效，但它與下層環(huán)繞揚聲器中間空隙過大，兩組揚聲器分層過于明顯，無法重放半球狀聲場。況且，很多生活場景中來自“上層”的聲音，比方說樹林、街道、市場、機場、體育比賽等，其上層聲音并非來自頭頂，而大多來自斜上方。于是，Auro-3D提出，在與下層環(huán)繞揚聲器組平面呈30°夾角的高度布置“上層環(huán)繞揚聲器組”，如圖5所示，其重要程度要大于放置頭頂揚聲器。

而Dolby Surround 9.1還存在著進一步增加頭頂環(huán)繞揚聲器數(shù)量的需求，以更好地實現(xiàn)“上半球”重放，那就是Dolby Surround 11.1以及Dolby Surround 13.1等等。

顯然，更多數(shù)量的揚聲器（聲道）也是Auro-3D的選擇。2012年，首部使用Auro 11.1制作的電影上映，其揚聲器與相應聲道定義如表1。這個定義也符合了SMPTE（The Society of Motion Picture and Television Engineers，電影電視工程師協(xié)會）以及DCI（Digital Cinema Initiatives，數(shù)字影院先導組織）的規(guī)范，即在一個DCP中至多能夠包含16個PCM格式的聲軌。

同年，杜比也推出了其新一代電影聲音制式——Dolby Atmos,杜比全景聲。杜比的工程師定義DolbyAtmos最多支持128個音頻軌道和64路揚聲器輸出。

表1 Auro 11.1的揚聲器與相應聲道定義

2.2 聲音對象與聲道

多聲道重放制式把如何更精準地在銀幕內及銀幕外實現(xiàn)聲像定位作為爭論的焦點。

圖6 環(huán)繞揚聲器可單獨發(fā)聲

圖7 環(huán)繞揚聲器不可單獨發(fā)聲

Dolby Atmos更是索性打破了所有的聲音重放都要基于聲道的傳統(tǒng)，全新定義了獨立的“聲音對象”（Object）這一概念，即在放影端增加一個解碼處理器，它可以利用聲音對象自身所攜帶的定位信息去調用本地影院所對應的揚聲器。聲音對象并不屬于任何一個物理意義上的聲道。通過這一方式，任意一只環(huán)繞揚聲器都可以單獨發(fā)聲，從而能夠更精確地擺放聲音位置。例如，當銀幕上的人物與銀幕外的人物對話時，銀幕上人物的視線離開銀幕進入房間，錄音師可以利用Dolby Atmos精確地使處在那條視線上的揚聲器出聲，如圖6所示，環(huán)繞揚聲器可單獨發(fā)聲，而且，這種效果對于在影院中的每一位觀眾都是同等的。而非Dolby Atmos則如圖7的環(huán)繞揚聲器不可單獨發(fā)聲，如對于Dolby Surround 5.1或Dolby Surround 7.1的觀眾來說，那個銀幕外的聲音位置則一定程度上取決于自身的坐席位置。顯然，Dolby Atmos這種能力的額外好處還在于，當銀幕外發(fā)出的是一聲槍響，或是一根管子噴出蒸汽的“絲絲”聲時，只有其中一只揚聲器發(fā)聲要比整個揚聲器組發(fā)聲的效果來的真實。

盡管從概念上講，Dolby Atmos可以將環(huán)境聲同樣定義為聲音對象，只不過其定位信息調用了一組（或多組）揚聲器，但實際操作中，把環(huán)境聲編入某個虛擬聲道明顯會更方便一點。顯然，Dolby Atmos并沒有完全拋棄聲道，它使用了“音床”(Bed/Stem)這一概念。

“音床”是基于物理聲道的輔助母線。Dolby Atmos解碼器可以將音頻解碼為單獨的“聲音對象”，亦或是屬于某一“音床”的信號，然后再根據(jù)影院的情況，將“音床”和“聲音對象”配置為Dolby Atmos，甚至Dolby Surround 5.1、Dolby Surround 7.1、 Dolby Surround 9.1等，如圖8所示。

圖8 聲音對象與音床

看起來，Dolby Atmos使用“聲音對象”這一概念進行聲像定位是革命性的，讓人印象深刻。不過，Auro-3D對此有不同的看法。

首先，Auro-3D認為這個方案并不實用。例如，從銀幕飛向觀眾席的音效往往是做高速運動的，這一過程極為短暫，人腦幾乎沒有時間感受這類高速運動過程的精確軌跡。因此，對于觀眾而言，基于聲道的重放還是基于聲音對象的重放區(qū)別不大。即便有些運動緩慢的音效，基于聲音對象的重放也確實精準地描繪了其運動軌跡，但同時，觀眾的注意力也被吸引到了銀幕以外，而這恰恰正是大多數(shù)混音師所努力避免出現(xiàn)的狀況。

其次，Auro-3D還認為這個方案并不好用。一般來講，影院的銀幕揚聲器無論從頻段響應還是聲壓級上來說，都會大大優(yōu)于環(huán)繞揚聲器。于是，當把一個銀幕上的聲音移出銀幕時，那可不是單獨調用一只環(huán)繞揚聲器就能搞定的事了。

圖9 Dolby Atmos的混錄流程

Dolby Atmos顯然也注意到了這種情況。Dolby Atmos的方法是：通過改進對環(huán)繞聲揚聲器的頻率響應管理，使一個全頻聲音對象在移出銀幕時，音色不致有太大變化。而當一個大響度聲音對象移出銀幕且其功率要求已超出單只環(huán)繞揚聲器的極限時，Dolby Atmos會自動把這個聲音對象擴散到附近的若干只環(huán)繞揚聲器上，以保證其響度一致。

Auro-3D則進一步認為，此種重放已和基于聲道的方式差別不大，何況，當調用若干只揚聲器時，其功率管理、相位管理會變得極為復雜，增加了成本，還不一定能達到好的效果；具體到每家影院的音響設備也是千差萬別的。

2.3 兼容性的挑戰(zhàn)

Dolby Atmos或Auro-3D都認為自己的3D制式與現(xiàn)存的電影混錄制作流程及設備能夠達成令人滿意的兼容性。

Dolby Atmos首先關注到電影制作端。經(jīng)過幾十年的實踐，電影混錄棚已形成了固有的工作流程及工作習慣。Dolby Atmos充分尊重這些傳統(tǒng)，通過在音頻工作站上加載一個插件，使錄音師可以延用原來的聲像定位及編輯技術，即可以在裝備Dolby Surround 5.1系統(tǒng)的混錄棚中，實現(xiàn)對聲音對象及音床的編輯。所有聲音對象及音床的矢量信息，既可以在調音臺上編輯，也可以在工作站中編輯。這些帶有矢量信息的聲音元素經(jīng)杜比“編解碼母版處理器”（Rendering and Mastering Unit,RMU）解碼后傳送至監(jiān)聽設備。同時，RMU還將所有的聲音元素合成為母版，這個母版包含Dolby Atmos文件，也包含Dolby Surround 5.1或Dolby Surround 7.1文件。該母版通過DCP（Digital Cinema Packaging，數(shù)字院線文件包）格式發(fā)送至影院。圖9即是Dolby Atmos的整個混錄流程。

Auro-3D則認為，Dolby Atmos所發(fā)送的DCP并不符合SMPTE標準，不能被影院現(xiàn)有的處理器解碼。Dolby Atmos需要為影院放映端增加一個處理器，以8組AES數(shù)字音頻接口和現(xiàn)有設備連接，這樣經(jīng)過解碼的全景聲聲道就可以在現(xiàn)有的Dolby Surround 5.1或Dolby Surround 7.1還音系統(tǒng)中重放；另一方面，對于那些裝備了Dolby Atmos的影院，新的解碼器可以將最多128個包含“聲音對象”及“音床”的聲道進行解碼，對其中的“音床”做些延時及頻率調整，然后發(fā)送給最多64路揚聲器。而Auro 11.1并不存在硬件上的障礙，其編碼器是一個軟件插件，它可以運行于絕大多數(shù)常用的蘋果或PC環(huán)境的數(shù)字音頻工作站（例如：Pro Tools、Nuendo等）上 ；Auro-3D解碼器則能夠作為固化的軟件升級嵌入到現(xiàn)有的媒體服務器中，并且也將能夠運行于大多數(shù)最新型的服務器以及媒體模塊中。

Dolby Atmos繼而額外地依據(jù)當?shù)赜霸翰煌那闆r，進行個別的校正。通過對全景聲聲道進行智能解碼，盡量照顧到影院的揚聲器布局及其中每一只揚聲器的音色特征，達到優(yōu)化聲音效果的目的。此外，對于那些裝備有環(huán)繞低音揚聲器的影院來說，通過Dolby Atmos亦可達到使用小功率環(huán)繞揚聲器達到大功率揚聲器效果的目的。

Auro-3D則指出，一部電影的聲音元素成千上萬，混錄時需要經(jīng)過預混和終混。錄音師經(jīng)常會為把某個聲音元素保存為“聲音對象”（這樣會占用128個定義聲道中的一個）或直接將其編入某個“音床”而煩惱。其次，對影院的個別校正產(chǎn)生了更多的不確定性，使得電影錄音師很難兼顧到最終音響效果。而Auro 11.1編解碼器能夠將所有的音頻標準格式（立體聲、5.1環(huán)繞聲 以及Auro 11.1）嵌入到一個單一的、標準的5.1 PCM（Pulse Code Modulation，脈沖編碼調制）數(shù)據(jù)流中，即使對于沒有配置Auro 11.1 系統(tǒng)的放映商，這個數(shù)據(jù)流也能夠在任何5.1 環(huán)繞聲系統(tǒng)中重放。而對于那些已配置了Auro 11.1 系統(tǒng)的放映商，解碼器將從5.1 PCM 數(shù)據(jù)流中解碼出嵌入其中的上層聲道信息，還原成原始的Auro 11.1。

3 結語

基于不同聲音重放的理念及原理，不同的3D聲音技術有著各自的優(yōu)劣及相適應的應用領域，在音響系統(tǒng)概念、制式、手段與技術上引發(fā)的探討也將持續(xù)。不管是在電影、廣播、唱片及大型活動擴聲等商用領域，或在汽車音響、移動設備、電子游戲等個人消費市場中，期待Auro 11.1 、Dolby Atmos或其他各種音頻設計方案都能帶給人們全新的聲音體驗。

[1] Wilfried Van Baelen. Auro-3D?Listening Fomats and Technology Suite.

[2] Bert Van Daele, Wilfried Van Baelen. Auro11.1.

[3] Dolby Laboratories,Inc.. Dolby?Atmos Next-Generation Audio for Cinema.

周天縱，于1992年畢業(yè)于北京廣播學院（現(xiàn)中國傳媒大學）錄音藝術專業(yè)，并于同年進入中央人民廣播電臺，從事音樂錄音及擴聲工作。近年來關注音響技術發(fā)展以及新媒體、信息技術對廣播形態(tài)的影響。

（編輯 杜 青）

Whole New Experiences about 3D Sound -Dolby Atmos and Auro-3D

ZHOU Tian-zong
(Technical production center China National Radio, Beijing 100866, China)

With advances in concepts and technologies about sound reproduction, two companies Dolby and Barco released Dolby Atmos technology and Auro-3D technology, and discussed around two concepts about sound object (Object) and sound bed (Bed).

3D sound; surround; Dolby Atmos；Auro-3D；sound object；sound bed

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.02.005