超越5.1的22.2多聲道還音系統(tǒng)將會(huì)有大的發(fā)展

朱仲新

【提要】22.2多聲道還音系統(tǒng)對(duì)即將到來(lái)的超高清視頻是有振奮人心沖擊力的，為此國(guó)際有關(guān)的組織已制定了很多標(biāo)準(zhǔn)，為了使我們的觀眾也能在超高清視頻制作下為下享受一代廣播媒體逼真生動(dòng)的感覺(jué)，更快的超越5.1到達(dá)22.2多聲道還音系統(tǒng)是一個(gè)發(fā)展的趨勢(shì)，應(yīng)該盡早的研究。

【關(guān)鍵詞】22.2多聲道還音系統(tǒng)匹配 范圍 感覺(jué) 兼容

一.前言

隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們已經(jīng)建立了一個(gè)高達(dá)4000多掃描線(xiàn)的圖像捕捉和顯示系統(tǒng)（超高清），超高清視頻系統(tǒng)作為下一代廣播媒體已成為可能，其中一項(xiàng)它的屏幕可以做的很大而且很清晰，這為提供了不僅是屏幕的大，而且還提供了沉浸感和逼真的生動(dòng)感。圖像的進(jìn)步對(duì)于聲音的發(fā)展也起到了推動(dòng)作用，以前5.1多聲道還音系統(tǒng)（2D）顯然是不夠的，這可能會(huì)被22.2多聲道還音系統(tǒng)（3D）所替代。

二.5.1多聲道還音系統(tǒng)的幾個(gè)不足

5.1聲道還音系統(tǒng)已經(jīng)在I T URBS.775中被規(guī)定，該系統(tǒng)被廣泛地用作數(shù)字廣播和電影系統(tǒng)服務(wù)的一部分，它提高了正面聲象的方向穩(wěn)定性和空間（氛圍）感。參考揚(yáng)聲器布置示于圖，見(jiàn)圖1，但是從ITU-RBS.775規(guī)定中我們很容易看到幾個(gè)的不足：

A.在聲音的聲像和視頻圖像之間位置重合度存在不足，這些都是由于屏幕比較小所造成的。

B.缺少三維空間印象，即增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)感，因?yàn)樗鼪](méi)有利用側(cè)和背面、頂部或底部的揚(yáng)聲器的布置。再則5.1聲道還音響系統(tǒng)的每個(gè)揚(yáng)聲器被設(shè)置在相同的高度，空間感覺(jué)被限制在水平面上，所以沒(méi)有向上/向下的高低感及混響和氛圍感。

C.由于ITU-RBS.775定義的5.1聲道還音系統(tǒng)的要求，作為正面兩（左和右）揚(yáng)聲器被放置為傳統(tǒng)的2聲道立體聲還音響系統(tǒng)，乃至左中、右中、后環(huán)繞也是立體聲布置，這就決定了5.1聲道還音系統(tǒng)的聆聽(tīng)區(qū)域的正面聲音聲像是由常規(guī)的2聲道立體聲還音來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于它的聽(tīng)音區(qū)域是多個(gè)立體聲聽(tīng)音區(qū)的交集區(qū)，所以它的收聽(tīng)區(qū)域比正常單個(gè)雙通道立體聲還要小，這就是被成為一個(gè)所謂的聽(tīng)音“甜點(diǎn)”。

以上的不足（聲音的寬度和垂直視角）很難于屏幕上的圖像匹配，以及擁有一個(gè)很寬的觀看/聆聽(tīng)區(qū)域，這些問(wèn)題不僅存在于視頻的5.1節(jié)目中，同樣也存在于電影的還音系統(tǒng)中。

三.22.2多聲道還音響系統(tǒng)的概要

為了解決以上的問(wèn)題，人們制定一個(gè)22.2多聲道還音響系統(tǒng)，這將是作為超級(jí)HI-視覺(jué)系統(tǒng)聲音還音格式。圖2提供了22.2多聲道聲音系統(tǒng)的一般示圖，在這個(gè)系統(tǒng)中，揚(yáng)聲器被設(shè)置在在三個(gè)高度層中，除了中間層約在耳朵水平間，還有一個(gè)上層和下層，該系統(tǒng)有以下個(gè)四個(gè)特點(diǎn)：

（1）聲音與屏幕上的畫(huà)面匹配。

屏幕上方和下方的揚(yáng)聲器位置能讓聲音，甚至與寬垂直可視角度的圖像匹配。此外，中間層的5個(gè)通道的音頻與聽(tīng)眾的前方確保寬的水平視角，達(dá)到良好的聲音再現(xiàn)。鑒于目前超高清晰度屏幕是不透聲音的，所以揚(yáng)聲器不能放置在屏幕的后面，為了解決此限制，前面5個(gè)通道中的3個(gè)，中間層（不包括最左邊和最右邊的）是設(shè)置高于或低于在屏幕。這些揚(yáng)聲器的組合在屏幕上創(chuàng)建虛擬聲音聲像，看圖3.。

（2）確保更寬的視聽(tīng)范圍。

通過(guò)從上層揚(yáng)聲器再現(xiàn)反射和混響聲音，能夠分發(fā)接近方向的反射聲，并且由此保持在寬觀看范圍的真實(shí)感，相比5.1還音有一個(gè)放大的最佳聽(tīng)音區(qū)。

（3）實(shí)現(xiàn)觀眾能體會(huì)出聲音從屏幕的上方或下方出現(xiàn)的感覺(jué)。

通過(guò)觀眾上方的多個(gè)揚(yáng)聲器，它能夠再現(xiàn)聲音從上方而來(lái)的感覺(jué)。例如，它將有可能創(chuàng)建一個(gè)場(chǎng)景—孫悟空騰空駕云感，并結(jié)合中、下層的揚(yáng)聲器在接近聲音的方向?qū)崿F(xiàn)垂直運(yùn)動(dòng)感。

（4）確保與現(xiàn)有5.1環(huán)繞聲音格式的兼容性。

該系統(tǒng)的中間層包含所有的聲音格式（5.1、6.1、7.1），從而提供與現(xiàn)有格式的兼容性。

四.22.2多聲道還音系統(tǒng)中揚(yáng)聲器布置的要求

為了達(dá)到滿(mǎn)意的聲場(chǎng)，根據(jù)“ITU-RBS.2159-4多聲道家庭和廣播應(yīng)用音效技術(shù)”應(yīng)滿(mǎn)足以下要求具體參見(jiàn)，參見(jiàn)圖5、圖6。

45°≤α1≤60°，α2=α1/2，110°≤α3≤135°α1和α3與中間層α1和α3有相同的值

（a）在中間層揚(yáng)聲器位置（b）在頂間層揚(yáng)聲器位置

α1與中間層的α1有相同的值

中間層的β1β2仰角的角度：

30°≤α4≤90°0°≤β1≤5°，0°≤β3≤15°

（c）在底層揚(yáng)聲器的位置頂層的β3抬高的角度：30°≤β3≤45°

底層β4的俯角角度：15°≤β4≤30°

（b）揚(yáng)聲器的仰角

圖7 22.2多聲道還音頻系統(tǒng)三個(gè)層（上，中，下）結(jié)構(gòu)為揚(yáng)聲器定位和角度

五.22.2多聲道還音格式的功能endprint

22.2多聲道還音系統(tǒng)中的中間層通道是還原主聲音源的，對(duì)應(yīng)現(xiàn)有的多通道音頻格式如3、5.1、6.1和7.1通道，它們都能充當(dāng)首要的通道，這就意味著22.2多通道音頻格式可以很容易地再現(xiàn)所制作的多通道音頻格式的內(nèi)容。

每個(gè)聽(tīng)者（正面、側(cè)面、背面）的左、右兩側(cè)的有三個(gè)方向，它們都能再現(xiàn)向前和向后方向的聲象運(yùn)動(dòng)，側(cè)通道還能再現(xiàn)天然的、高品質(zhì)的聲空間感，它能對(duì)在音樂(lè)廳的音樂(lè)劇演出產(chǎn)生反射的空間擴(kuò)展感或聲音的籠罩感，這一點(diǎn)非常重要。側(cè)面揚(yáng)聲器能夠再現(xiàn)這樣的反射聲，因此，它們幫助給到聽(tīng)眾的音樂(lè)廳的自然聲學(xué)空間的印象。

上層通道可以讓觀眾在任何地方用于定位聲象，或可以結(jié)合中層和底層通道產(chǎn)生在垂直方向上的聲象運(yùn)動(dòng)，這意味著該格式是能夠再現(xiàn)具有垂直感的聲象，這是先前多通道音頻格式不可能做到的。上層通道對(duì)于在寬廣的聆聽(tīng)區(qū)域再現(xiàn)聲音包圍感也是重要的，特別是在寬廣的聆聽(tīng)區(qū)域通過(guò)適當(dāng)?shù)卦佻F(xiàn)早期反射和后期混響可以再現(xiàn)一個(gè)良好的聲學(xué)空間。

使用屏幕頂部上三個(gè)通道（TpFL，TpFC，TpFR），三個(gè)屏幕底部通道（BtFL，BtFC，BtFR）和五個(gè)處于中間水平的前面的通道（FL，F(xiàn)LC，F(xiàn)C，F(xiàn)Rc，F(xiàn)R），聲音可以被定位到任何位置。布置在屏幕底部的兩個(gè)LFE聲道也改善了聲音寬的空間感和被包絡(luò)感。

六.22.2多通道還音格式的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化已建立

在未來(lái)超高清晰的廣播發(fā)展中音頻超高清晰的22.2多通道還音系統(tǒng)也越來(lái)越受到人們的關(guān)注，用于超高清電視的制作、記錄、傳輸和編碼以及家庭觀看都在制定一些標(biāo)準(zhǔn)。日本NHK在2016年要開(kāi)始試點(diǎn)8KSHV廣播服務(wù)，到2020年全面鋪開(kāi)服務(wù)。目前已有很多的國(guó)際組織都為22.2多通道還音系統(tǒng)制定了標(biāo)準(zhǔn)，它們有：ITU-R、SMPTE、AES、ISO/ IEC、ARIB等。

ITU-R（國(guó)際電信聯(lián)盟-無(wú)線(xiàn)電通信部門(mén)）是一個(gè)聲學(xué)和音頻技術(shù)，無(wú)線(xiàn)電波等媒體與廣播標(biāo)準(zhǔn)化組織。它為22.2多通道還音格式做了從節(jié)目制作，傳送/編碼做了標(biāo)準(zhǔn)：

-超過(guò)5.1多聲道的多聲道音頻標(biāo)準(zhǔn)

-數(shù)字音頻和接口的標(biāo)準(zhǔn)

SMPTE（電影電視工程師協(xié)會(huì)）它是一個(gè)進(jìn)行聲學(xué)和音頻技術(shù)制定標(biāo)準(zhǔn)的（美國(guó)）機(jī)構(gòu)，目前也對(duì)相關(guān)的電影和電視的制作、傳輸和編碼制定了如下標(biāo)準(zhǔn)：

-多通道音頻節(jié)目制作的標(biāo)準(zhǔn)

-節(jié)目制作的多通道音頻-接口標(biāo)準(zhǔn)

-支持多通道音頻文件格式的標(biāo)準(zhǔn)

AES（音頻工程協(xié)會(huì)）是EBU（歐洲廣播聯(lián)盟）的一個(gè)分支，是專(zhuān)門(mén)以廣播音頻技術(shù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，它是一個(gè)唯一相關(guān)專(zhuān)業(yè)音頻技術(shù)的國(guó)際組織，它制定的AES（例如：AES3-20096）的數(shù)字音頻接口標(biāo)準(zhǔn)）幾乎所有數(shù)字-音頻相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其組織的標(biāo)準(zhǔn)已作為其它組織的標(biāo)準(zhǔn)的重要參考標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)進(jìn)行了廣泛的有關(guān)聲和音頻捕獲、記錄、傳輸和再現(xiàn)試驗(yàn)，它們也制定了22.2多通道還音格式的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：

-節(jié)目制作的數(shù)字音頻同步標(biāo)準(zhǔn)

-節(jié)目制作的數(shù)字音頻接口標(biāo)準(zhǔn)

-支持文件格式的多通道音頻標(biāo)準(zhǔn)

ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）它是IEC技術(shù)委員會(huì)中一個(gè)專(zhuān)注數(shù)字音頻和消費(fèi)電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的，ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）/IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）間的聯(lián)合組織進(jìn)行了數(shù)字音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)化也叫運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)家組（MPEG）。這次ISO/IEC也為多通道音頻做了相關(guān)的編碼標(biāo)準(zhǔn)，IEC還為家庭觀看-消費(fèi)類(lèi)設(shè)備制定了標(biāo)準(zhǔn)。

ARIB（電波產(chǎn)業(yè)會(huì)）是日本有關(guān)通信使用無(wú)線(xiàn)電頻率和廣播領(lǐng)域的音頻技術(shù)調(diào)查、研究、開(kāi)發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化組織。他們也制定了有關(guān)22.2多通道還音格式的節(jié)目制作、傳送/編碼和家庭觀看的日本廣播標(biāo)準(zhǔn)。

從以上的情況來(lái)看22.2多聲道還音系統(tǒng)可能是今后發(fā)展的方向。B&Pendprint