IOSONO 3D全息聲錄音制式研究

馬晟 陳申

摘 要 文章將通過對具體音樂會聲音錄音及混音的方案分析，在對基于WFS算法在IOSONO 3D全息聲系統(tǒng)思維下的聲音錄制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及研究。以實(shí)際案例及效果的呈現(xiàn)開展比較分析和總結(jié)，得出一個(gè)在一般音樂會錄制及制作工藝下，能夠體現(xiàn)3D全息聲系統(tǒng)回放優(yōu)勢且能適應(yīng)立體聲、環(huán)繞聲系統(tǒng)回放要求的錄音制式。

關(guān)鍵詞 IOSONO；WFS算法；3D全息聲；錄音制式；音樂會

中圖分類號 TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）206-0070-03

IOSONO？3D全息聲系統(tǒng)是現(xiàn)今在聲音錄音及回放領(lǐng)域內(nèi)，聲音音質(zhì)較高、空間感較強(qiáng)、定位較為準(zhǔn)確的主流聲音制作系統(tǒng)。3D全息聲聲音技術(shù)也是目前多媒體聲音錄制及回放的系統(tǒng)中最為前沿的實(shí)現(xiàn)方式?？梢詰?yīng)用在電影、音樂、多媒體展示等多種媒體內(nèi)容中。相比較傳統(tǒng)的多聲道以及環(huán)繞聲系統(tǒng)來說，由于其算法是基于聲音“對象”而非“通道”。因此在聲音品質(zhì)、定位、空間還原等方面顯得更加地靈活和準(zhǔn)確。

但由于在回放端的限制，3D聲音的呈現(xiàn)仍然存在搭建成本高，設(shè)備數(shù)量大，可實(shí)現(xiàn)的場地有限等實(shí)際問題。所以在目前的聲音回放系統(tǒng)中，還是以立體聲、環(huán)繞聲作為主要的聲音回放制式。

在之前的關(guān)于MS制和雙MS制錄音系統(tǒng)的文章中，重點(diǎn)討論了相較于如大小AB制、XY制、ORTF制等立體聲制式，通過MS錄音制式下錄制的聲音具有空間還原度高，聲音定位準(zhǔn)確，兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)。利用這種傳統(tǒng)立體聲制式，通過在某種程度上的改良，可實(shí)現(xiàn)在3D聲音回放端以及向下兼容的可能性。特別是在音樂會現(xiàn)場錄音時(shí)，根據(jù)對于原有MS制式的改進(jìn)，在幾乎不增加成本，不改變傳統(tǒng)錄音工藝的基礎(chǔ)上。利用MS制式錄音的特點(diǎn)，將IOSONO？3D全息聲在后期混音時(shí)能真實(shí)反應(yīng)和還原聲場空間特性的優(yōu)勢發(fā)揮出來。

1 IOSONO 3D全息聲系統(tǒng)的概念及特點(diǎn)

1.2 3D全息聲系統(tǒng)的概念

3D全息聲，顧名思義是指基于聲音在聲場內(nèi)的水平面（X軸）、前后面（Y軸）、垂直面（Z軸）都能還原和呈現(xiàn)的聲音方式。這樣的形式能使聲音最大程度地體現(xiàn)沉浸式的效果[ 1 ]。對于IOSONO？3D全息聲系統(tǒng)來說，它的核心是基于“惠更斯原理”①的WFS聲音算法，也就是波長合成技術(shù)。如果說環(huán)繞聲是將聲音圍繞在聽音者周圍的話，那基于WFS算法的IOSONO？3D全息聲則是將這樣的“圍繞”感，提升到了另一個(gè)層面。

IOSONO？3D全息聲可以將聲音從傳統(tǒng)的環(huán)繞音響圈上脫離出來，將聲音在設(shè)定的聽音區(qū)任意位置重新合成，產(chǎn)生共振峰。以球面波（Point？Source）的形式，讓聲音在聲場中聚焦。通過這樣的聲音合成技術(shù)，理論上能將聲音在聲場區(qū)域的任何位置同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)共振峰，讓聲音真正地有了遠(yuǎn)近感和方位感，使聲音“立體”了起來。

除了球面波的聲音合成形式之外，平面波也是IOSONO？3D全息聲系統(tǒng)的另一大特點(diǎn)。通過多個(gè)揚(yáng)聲器，基于處理器運(yùn)算好的一定延時(shí)量，使得從一個(gè)方向上來的聲音同時(shí)到達(dá)聽音者的聽音位置，以造成一種聲音鋪面而來，沒有具體方向（點(diǎn)），而是一致方位的感覺。無論是球面波還是平面波，乃至柱面波，都是構(gòu)成3D全息聲音制作及回放的關(guān)鍵組成部分。更重要的是，3D全息聲擺脫了傳統(tǒng)聲音基于“通道”的概念，而將聲音元素回歸至“對象”，更加貼近人類感受聲音最原本的方式。

1.2 特點(diǎn)及應(yīng)用

IOSONO？3D全息聲系統(tǒng)正是基于了WFS波長合成技術(shù)的算法，使得創(chuàng)作者在對聲音對象進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，無需考慮“模擬”聲音的來源、方向等[ 2 ]。只需將精力集中在內(nèi)容設(shè)計(jì)上，剩下的部分全部交由聲音系統(tǒng)解決完成即可。

對于傳統(tǒng)音樂會的錄音來說，在后期制作的混音以及還音時(shí)，無法將某一特定樂器呈現(xiàn)在生場內(nèi)。小提琴在左側(cè)，聲音只能從左邊的揚(yáng)聲器中傳出。對于聽音者來說，和樂隊(duì)之間永遠(yuǎn)存在的是相對的對立位置關(guān)系。但是通過WFS技術(shù)合成的球面波，則能把小提琴從音箱中“拽”出來，讓其在音樂者身邊出現(xiàn)，并且可以調(diào)整相應(yīng)的位置關(guān)系。讓聽音者真正的融入進(jìn)音樂之中。

而平面波則可以大大提升錄制音樂會時(shí)的另一項(xiàng)重要體驗(yàn)——空間感。對于音樂會來說，空間感是錄音師需要解決的最為重要的部分。一場沒有空間感的音樂會錄音作品，無論從審美角度還是技術(shù)角度都是失敗的。IOSONO？3D全息聲系統(tǒng)將在音樂廳中的反射聲利用波長合成算法，真實(shí)地通過圍繞在聽音者周圍的音箱傳遞出來，使得沉浸感效果更為明顯。

2 基于IOSONO系統(tǒng)的民族音樂會錄音及混音解析

2.1 民族音樂會錄音的聲音特點(diǎn)

中國的民族音樂有著獨(dú)特的韻味感，這也是中國民族樂器區(qū)別于其他樂器的重要特點(diǎn)。中國民族音樂在聲音的音色及音量變化上有著明顯的特點(diǎn)。以“吹、拉、彈、打”為主這4種演奏方式使得音樂具有十分豐富的表現(xiàn)力。通過不同的演奏法，樂隊(duì)整體的聲音動態(tài)和層次也會隨之變化。由于中國民族音樂的演奏樂器多以天然的材料制成，因此大多數(shù)樂器在獨(dú)奏時(shí)，普遍聲壓級較小[ 3 ]。但當(dāng)需要合奏或群奏時(shí)，為了達(dá)到音樂聲部的“群感”需求，會在相同樂器的數(shù)量上增加。因此，在對民族音樂會進(jìn)行錄音時(shí)，特別需要注意這一問題。錄音前，須提前統(tǒng)計(jì)合奏的樂器類型及數(shù)量，分析音樂聲部，保證音樂層級分明、頻率均衡。

此次“盛秧與翡翠箏團(tuán)音樂會”為民族音樂與現(xiàn)代音樂相結(jié)合的風(fēng)格。主奏樂器為古箏，古箏具有音域?qū)挿?、圓潤、空靈的特點(diǎn)，以彈、撥為主要的演奏上主。少時(shí)一兩把，多則十幾把。根據(jù)不同的曲目風(fēng)格，會增加部分西洋樂器如鋼琴、吉他、大提琴，以及其他中國民族樂器如阮、笛子等。因此需要根據(jù)具體的音樂類型和風(fēng)格，靈活設(shè)置話筒的類型及擺放方式。特別是樂器中出現(xiàn)需要中國民族樂器和西洋樂器同時(shí)演奏時(shí)，兩類不同風(fēng)格類型的樂器既要相得益彰，又不能喧賓奪主。雖然樂隊(duì)在排練時(shí)樂手的位置基本固定，但因演奏場地和環(huán)境的改變，需要錄音師根據(jù)現(xiàn)場錄音時(shí)的環(huán)境情況，最終確定樂手在現(xiàn)場錄音的樂器位置。

2.2 現(xiàn)場錄音方案設(shè)計(jì)

2.2.1 環(huán)境話筒設(shè)置

通過前期的錄音棚實(shí)驗(yàn)與測試，由于傳統(tǒng)MS制式②的L和R型號實(shí)際是由M信號和S信號的兩支話筒相加減得到，因此在信號分配上是由矩陣計(jì)算完成[4]。對于音樂會錄音，主要空間感知的“side”信號并不獨(dú)立，雖然混合成傳統(tǒng)立體聲或5.1環(huán)繞聲影響并不是很大，但對于IOSONO？3D全息聲系統(tǒng)來說，這樣的矩陣分配在聲音后期處理上存在非常大的局限性。根據(jù)3D錄音的理想需求是在前期聲音采集時(shí)，盡可能得錄制相對獨(dú)立的信號。在后期混錄可以根據(jù)需要還音的場地和環(huán)境再說調(diào)整，以得到最佳的回放效果。

考慮到上述原因，在本次音樂會錄音環(huán)境話筒的設(shè)計(jì)方案中。我們設(shè)計(jì)了一個(gè)相對簡單、合理且高效的拾音制式作為主環(huán)境聲傳聲器。利用三只相同信號的傳聲器——Nuenmann？U87，均將指向型調(diào)整為心形指向。M信號由一支獨(dú)立的傳聲器完成，S信號由另兩支背對背分別朝向左右兩側(cè)組成。在調(diào)音臺上聲像設(shè)置為，M信號居中為“C”，兩支S信號分別為“L”（極左），“R”（極右）。另外，增加了兩支心形指向的話筒SE？4粘貼在音樂會的二層平臺外墻兩側(cè)，以接觸式話筒的拾音方式作為環(huán)境輔助話筒。

2.2.2 主聲面話筒及錄音系統(tǒng)設(shè)置

音樂會以民族樂器古箏為主，其他少量民族樂器和西洋為輔。在演出時(shí)前排主聲面使用帶60度夾角的AB制不加側(cè)展，可以充分照顧到樂隊(duì)兩側(cè)的發(fā)聲樂器。后排樂器為打擊樂位置，輔助以O(shè)RTF制的形式設(shè)置傳聲器，基本在其前方47°～50°范圍內(nèi)為最佳拾音區(qū)。AB制所使用的話筒為DPA？ 4006心形指向兩支，ORTF制使用的傳聲器為SchoepsMK-4。由此構(gòu)成了前排主聲面+后排主聲面+主環(huán)境話筒+輔助環(huán)境話筒四層傳聲器的設(shè)置。其每組話筒的相對位置關(guān)系如表1。

音樂會的錄音系統(tǒng)仍然采用現(xiàn)今比較主流的數(shù)字錄音系統(tǒng)，具體設(shè)置如下：

DAW部分：AvidPro？Tools；

話放部分：RME？Micstasy？+？Apogee？Symphony？ IO；

其余布點(diǎn)話筒部分：DPA？4041、AKG？C414、NuenmannTLM？103、Shure？SM57、sE？Voodoo？VR1等。

以上配置基本滿足了音樂會所用樂器的采集工作。

2.3 后期混音方案設(shè)計(jì)

由于在音樂會同期錄制時(shí)已經(jīng)做了一定程度上的混音工作。因此在后期的混音方案中，基本以還原現(xiàn)場的空間感、聲像定位為原則。只做基礎(chǔ)的相位、均衡、壓縮以及對單點(diǎn)布點(diǎn)樂器聲像上的輕微調(diào)整。以整場音樂會所用樂器最多的曲目《翡翠》為例，樂曲用到了古箏、鈴鼓、康佳鼓、貝斯、鋼片琴、中國鼓等。從配置上來看，鼓類樂器偏多，因此音樂整體動態(tài)較大，瞬態(tài)聲壓級較強(qiáng)，低頻偏多，空間混響時(shí)間也偏長。在通過話筒位置調(diào)整后，得到一個(gè)相對平衡的響度及均衡關(guān)系。在DAW軟件中，對處于后方的ORTF制式話筒音量做了4dB衰減，對輔助環(huán)境話筒同樣做了8dB的瞬間。對大貝斯、康佳鼓、中國鼓等做了一些低頻衰減的工作，總體樂曲聽感低頻清晰有力不渾濁，樂隊(duì)頻響層級分明，主奏古箏與群奏關(guān)系明確，空間感強(qiáng)。

音樂會其余曲目的混音設(shè)計(jì)和制作也遵循了上訴樂曲的原則，通過對主環(huán)境話筒、主聲面話筒和輔助環(huán)境話筒之前的平衡，基本得到了預(yù)想的頻響層次及空間聽感要求。利用基于MS制改良后的錄音方式，很便捷且準(zhǔn)確地采集到了具有實(shí)地錄音空間環(huán)境的聲場反應(yīng)。在后期IOSONO？3D全息聲的制作環(huán)境中，由于Z軸空間上的層級將明顯提升，配合Layer？0層（和人耳平行的音箱圈層）體現(xiàn)出的沉浸效果將會更為明顯，使3D聲音的回放效果更加接近于現(xiàn)場的聆聽體驗(yàn)。

3 結(jié)論

通過對音樂會的實(shí)地錄制、實(shí)驗(yàn)、比較和研究，利用改良后的MS制式錄制得到的聲音在空間感和品質(zhì)上都有很大的幫助。在后期IOSONO全息聲系統(tǒng)中，可以根據(jù)需要，將錄制的音樂環(huán)境聲部分分配至任意區(qū)域，針對不同的還音環(huán)境和條件做適應(yīng)的調(diào)整[5]?；祉懧暡糠址浅Ｗ匀坏脑谥付犚魠^(qū)內(nèi)呈現(xiàn)。與此同時(shí)，由于MS制式良好的兼容性，在立體聲環(huán)境下，空間感得到非常明顯的提升。通過耳機(jī)回放時(shí)，原本的“頭中效應(yīng)”也得到了很大程度的減輕。改良后的MS制式在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，因?yàn)槁曇魰艿酵饨缰T多因素的干擾，與理論有一定距離的偏差也是屬情理之中。整體上，MS傳聲器的拾音范圍會隨著聲源的不同受到一定的影響，但是方向是一定的，不會因?yàn)槁曉吹牟煌l(fā)生改變。

從目前較為領(lǐng)先的3D錄音系統(tǒng)解決方案來看， IOSONO？3D全息聲系統(tǒng)無疑是走在技術(shù)前段的。根據(jù)基于WFS？IOSONO？3D全息聲系統(tǒng)的聲音技術(shù)思維，加之以改進(jìn)后的全息聲錄音制式進(jìn)行的錄音與制作，對于新的音樂會錄音方式和方法有了比較具象和深刻的體會。

對今后類似的音樂作品或音樂會演出及錄制形式有了方向性的指導(dǎo)意義。參考對于3D全息聲在音樂會錄制的經(jīng)驗(yàn)，可以對其他藝術(shù)形式及門類，在聲音設(shè)計(jì)和創(chuàng)作上具有借鑒和指導(dǎo)價(jià)值，為現(xiàn)今沉浸式視聽體驗(yàn)發(fā)展的大背景下提供更多、更直觀的聲音藝術(shù)創(chuàng)作形式和手段。

注釋

①惠更斯原理：空氣中任意波前上的點(diǎn)，都可以看成新的子波源，任意時(shí)刻都可合成新的聲波.

②MS制式：由兩只信號相同的傳聲器組成，一支為心形指向——M，一支為8字形指向——S組合構(gòu)成.

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