從家庭影院功能模塊變遷看模塊化設計

李思惟 劉桂華

摘要：本文主要研究模塊化設計在產品設計的應用。通過對家庭影院設備發(fā)展歷程進行梳理，利用歸納總結法對歷代設備組件的變化進行分析、歸納和總結。從發(fā)展歷程中可以得出家庭影院組件的進步和變化非但不會對模塊化設計產生消極影響，在新的科技浪潮下模塊化設計反而更有利于應用了新技術/新功能模塊的影院設備，從而能夠實現(xiàn)“只需要替換部分模塊即可實現(xiàn)影院設備的升級”?？芍K化設計能夠讓產品能夠以較低的成本實現(xiàn)功能和技術的升級，并且不會因為某一模塊組件的改變而造成整個產品功能上的變化和動搖。

關鍵詞：家庭影院;模塊化;功能組件;技術升級

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）01-0134-04

在產品的設計定位領域的發(fā)展當中，根據使用的環(huán)境以及實際的作用，其對產品在功能上的“高、大、全”三者的追求逐漸成為各領域產品設計當中幾乎每一位設計師的共同追求。然而，這種追求的直接結果卻帶來了高度集成化的一系列弊端二臃腫、結構復雜、成本偏高、使用靈活性差等等——這幾乎成為科技革命后很多依靠復雜電路和元器件的微電路電子產品的通病。而解決這一尷尬局面最簡單、最直接也最快的方法，就是重新在現(xiàn)有的集成化思路的基礎上把不同作用的部件分別獨立出來，再重新進行整合。同理，當部件具備獨立結構并能夠相互之間通過連接構成具備完整功能的整體時，他們便具備了被稱為“模塊”的基本特征，而“模塊化”的設計理念，也由此誕生。

模塊化，是指在某一產品、系統(tǒng)內的設計、構想當中運用模塊的概念對其部件、功能和構成方式上進行組織規(guī)劃，通過對這些模塊分區(qū)的選擇、組合連接或拆分使其在針對不同需求的前提下，構成具備不同功能或具有不同性能和規(guī)格的同功能產品的一種設計方式。

隨著科技的發(fā)展與變遷，產品設計觀念也隨著潮流發(fā)生著改變。如今在這一領域，有不少產品開始運用這一概念，對產品本身進行分散再組合，以實現(xiàn)某些特定的功能，或解決一些在集成化階段無法解決的問題。而家庭影院設備的逐步演變，便是其中最具代表性的一員。

1 從放映機到家庭影院設備的變化

1.1 聲畫結合——放映器材的誕生與定義

1895年，法國的盧米埃爾兄弟發(fā)明了世界上第一臺電影放映機——此時的放映機，還只是臺以每秒16格播放膠片的手搖式改良膠片投影機。但屏幕上那略顯模糊的黑白動態(tài)場景，給當時人們帶來了視覺上的好奇與震撼。隨著更好的膠片拍攝、放映技術手段出現(xiàn)這一契機，后來者們得以營造出更為生動的動態(tài)畫面，電影放映技術也由此在人類社會發(fā)展史上邁出了第一步。

放映機，是能夠將人自己所看到的現(xiàn)實場景效果進行再現(xiàn)的工具，其面世意味著人類能夠成功地通過科學的原理人為制造出足以對大腦視覺中樞產生“以假亂真”的效果。而對于這種“假象”愈發(fā)逼真，具象乃至震撼的追求，成為了新的視覺放送設備發(fā)展的動力。而電影從無聲到有聲的進步，推動著觀眾由最初對有聲電影的興趣，逐步演變成了對音效愈發(fā)逼真的憧憬。

1.2 進化——家庭影院

放映機+聲道播放器的組合，是電影時代當中最基礎、最本質的播放器材——印有定格畫面的電影膠片拷貝通過滾軸和間歇機構傳送到放映窗前，通過光源照射和鏡頭放大投映到銀幕當中，并輔以有聲解說，對應對白或背景音效，盡可能地讓觀眾“能夠對故事的發(fā)展看得到、聽得著”。而這一時代也被稱之為“有聲電影的膠片時代”。其同時奠定了“聲音與畫面”作為電影效果構成基本元素的地位。

隨著集成電路、信號編碼等新技術在播放設備上的應用，乃至觀眾對于“電影觀感應更加真實”的向往等一系列動因的驅動，傳統(tǒng)放映手段當中拷貝質量因存放愈久而劣化，視覺效果不夠清晰、音響效果過于渾濁且缺乏立體感、翻錄質量變差、存儲和運輸不便、體積過于笨重等問題開始顯現(xiàn)。電影從“膠片時代”走向了“信號時代”。而首當其沖的，便是電影放映器材的變化——以大規(guī)模集成電路作為硬件基礎的設備，省略了復雜繁瑣的機械結構，可靠性更高而使用成本更低。同時具備在較小空間內布置和安裝的可能性。在對傳統(tǒng)的電影放映廳、電影院播放技術等方面發(fā)揮積極影響的同時，也讓實現(xiàn)“在家居區(qū)域等小范圍空間內實現(xiàn)與大劇場相當的視聽放映效果”的需求成為可能。由此，新的視聽設備概念誕生——這就是Home-Theater、Home-Cinema，家庭影院。

2 家庭影院設備的概念與演變歷程

2.1 家庭影院的概念與組成方式

家庭影院的誕生，不僅是音響、電視播放和錄像技術變革的結果，在發(fā)展歷程的變化當中每個組成部分也隨著技術變革而產生變化，并改變著家庭影院自身的作用和地位（如圖1）。

家庭影院設備是指由音頻/視頻信號放大器（具備環(huán)繞聲解碼、多聲道音頻功率放大和視頻信號解碼功能，簡稱AV功放），多個揚聲器（音箱）、大屏幕電視顯示器及高質量Audio/Vedio播放源（如組合式音響;LD、VCD、DVD、HDVD、Blu-ray DVD播放器;數字電視或數字衛(wèi)星廣播等）等數個功能模塊有機構成的，具有環(huán)繞聲影院效果的視聽系統(tǒng)。其每個模塊具備不同制式的信號輸入/輸出接口，根據用戶所選擇的播放/傳輸制式，通過有線/無線的連接方式將各個功能模塊連接起來，從而構成具有高清晰度優(yōu)質畫面以及應用杜比環(huán)繞立體聲配置的多媒體聲畫一體播放系統(tǒng)（如圖2）。

2.2 音畫的演變

聲音與畫面，既是構成電影效果的兩個基本元素，也是家庭影院放映效果的兩個實現(xiàn)方式。經過多年的發(fā)展，電影對音頻和畫質效果的追求隨著各自的技術發(fā)展而逐漸演變進步。

音頻的變革——自杜比實驗室的四聲道編解碼技術取得突破之后，原本只能運用于大型場景當中音效技術通過集成化手段，也能夠應用于小型化的設備上。并以此帶動了音頻高保真集成化的潮流，使影院級別的影像和音響效果能夠走入居室環(huán)境當中，從此揭開了家庭影院技術和設備的大規(guī)模應用以及發(fā)展的序幕。而隨著播放制式、設備元器件乃至解碼模式等一系列涉及音頻領域的技術開始在新時代的科技革命和技術浪潮中取得長足進步，音頻播放設備乃至音頻的制式也開始從傳統(tǒng)的錄像式演變到數字化編碼時代，并逐漸成為主流。

視覺的進步——VHS磁帶的出現(xiàn)，是影像資料從巨大笨重的電影拷貝機走入小巧玲瓏的家用播放機這一演變當中的關鍵革新點。技術的進步帶來的好處不僅僅是大眾能夠更方便收看更逼真、更高清的影視作品，對于家庭影像設備的出現(xiàn)、發(fā)展和壯大更是奠定了技術上的基礎。隨著影像文件載體從傳統(tǒng)的磁帶演變?yōu)長D-CD-DVD-Blu-ray光盤;儲存格式也完成以數字信號為編碼模式的CD-DVD-Blu-ray（也就是藍光）徹底取代以模擬信號為主的VHS、CD-Video模擬信號編碼模式的更迭過程。而在體積、性能上的進化，也影響著播放器材乃至家庭影院一系列組成設備和功能上的進步和汰換。

2.3 音視頻標準確立的意義

音頻：美國Lucas電影公司在《星球大戰(zhàn)》系列電影中首次推出了具備高保真度和高質量音頻放映效果的丁日X標準電影系統(tǒng)認證，并伴隨著《星球大戰(zhàn)》系列電影取得成功之際，這套無論在技術還是執(zhí)行性在當時均屬首屈一指的電影系統(tǒng)認證標準被全世界認可的同時，既帶動了當時音頻制式規(guī)范化的新浪潮，也確立了一系列音頻播放設備——通過對其功能性的分離和重新整合連接，所形成的一整套組合式環(huán)繞立體聲系統(tǒng)。并以此為契機將這套系統(tǒng)從家庭影院當中進一步細化，乃至逐漸推廣到電腦揚聲器、游戲控制臺、汽車音響系統(tǒng)和視頻游戲等領域當中，成為多媒體公認的音頻標準。而這，也成為音響器材設備從以往單聲道單頻率的整體式音響，走向多聲道環(huán)繞立體聲系統(tǒng)組合式音響的進化契機。

視頻：家庭影院的出現(xiàn)，與信號傳輸制式的發(fā)展和進步密不可分——從早期以通過將圖像信息轉化成以數字0和1為主的模擬信號模式，轉變到今日以數字信號記錄視頻信息的數字電視信號模式。視頻技術發(fā)展催生了不同信號制式標準（如MPEG-1/2、AVC、H.264等）的出現(xiàn)，這些制式標準的更新不僅改變了歷代家庭影院各個視頻播放、解碼設備的更迭——從VHS磁帶播放機的出現(xiàn)到Blu-ray藍光光盤播放器的誕生不過是二十年的時間，也快速促進了畫質更為優(yōu)秀，觀感更加出色的視頻信號輸出設備的誕生：從模擬/數字信號高清電視機進化到如今的平面、立體式投影機，乃至更為便攜的AR/VR設備。

音頻與視頻制式的確立、推廣乃至更新?lián)Q代，是家庭影院發(fā)展當中最為重要的助力，使得家庭影院能夠隨著時代的變遷通過更新自身所支持的音/視頻制式，不斷滿足用戶的需求。而“模塊化設計當中”易于變更的特點也在各個功能模塊和傳輸方式，所需器材等硬件設備從布置到連接上的不同變化當中得以體現(xiàn)其優(yōu)越性。這能夠通過連接線材的背板插孔以及標識上得到完美體現(xiàn)（如圖3）。

3 功能模塊的變遷

和功能單一的傳統(tǒng)多媒體設備不同，家庭影院是將具備上述設備功能在內的設備組件進行有機結合而產生的多功能模塊綜合體。自上世紀80年代傳入國內出現(xiàn)至今，功能模塊之間搭配和配置的更迭可以歸為幾次變革。

上世紀80年代末-2000年的第一次變革二隨著國內改革開放，以模擬信號為解析對象的第一代前置式電子管音頻信號放大器（俗稱“膽機”），VHS錄像卡帶播放機、音響套裝和大尺寸彩色電視等部件組成的多媒體播放設備套裝面世。盡管其價格昂貴，畫質模糊，卻依然成為了那個年代當中小部分人群追求視聽感受的唯一途徑。同時這種多媒體播放設備套裝不僅刺激了國內多媒體設備追趕世界的潮流，也成為國內新一代組合式家庭影院誕生的基石。

90年代后隨著音像制品發(fā)展愈發(fā)蓬勃、香港和歐美動作大片的引進，一方面，不同品牌、類型的模塊設備開始出現(xiàn)，讓用戶能夠根據自身經濟水平和實際需求進行自由組合搭配;另一方面，以杜比四聲道環(huán)繞聲和杜比定向邏輯環(huán)繞音效技術、PAL、NTSC視頻解碼及LD、VCD技術為制式標準，被應用于新一代的家庭影院硬件設備——傳統(tǒng)的電子管和機械拾訊頭結構被全新的激光刻讀技術拾訊頭，大規(guī)模集成電路版所取代;而以第一代杜比環(huán)繞聲作為音效模式的音箱套裝，構成了整個家庭影院的音效播放器，從而奠定了基礎：以“左、右主音箱+左、右獨立環(huán)繞聲音箱構成基本立體聲道”所構成的“四聲道立體聲系統(tǒng)”作為最低配置這一標準也由此確立;大屏幕彩色電視作為主要視頻信號輸出端，和音箱組件以及能夠將模擬音、視頻信號進行解碼的AV功放器一起，成為真正意義上的第一代家庭影院套裝（如圖4）。

2000-201。年的第二次變革：數字時代的來臨對音視頻制式的發(fā)展和硬件設備以及解碼技術的未來帶來了同步的沖擊：一夜之間，模擬信號解碼和杜比定向邏輯制式，迅速被新一代數字信號解碼模式和杜比AC-3數碼環(huán)繞立體聲（Dolby AC-3）系統(tǒng)所取代，成為視頻和音頻制式的新標準。由此，數字影院時代到來——以能夠提供更加清晰音畫質的DVD光碟播放機，數字化音/視頻解碼器，組合式杜比AC-3/數碼矩陣環(huán)繞聲音響以及大屏幕平板電視等設備的組合為標志成為了這個時代的家庭影院設備標準配置。

與此同時，數字高清電視機頂盒的出現(xiàn)和廣泛應用，讓普通家庭收看到更為便捷，更低成本的高清電視節(jié)目的同時，給家庭影院的前途與發(fā)展帶來了變數——一方面，既能播放高清電視節(jié)目，又能收看高清電影資源&多媒體娛樂節(jié)目的多功能高清數字電視機頂盒，讓設備組合方式繁瑣，功能單一而性價比不高的傳統(tǒng)家庭影院帶來沖擊和挑戰(zhàn);另一方面，在連接方式上，新的VGA/DPI乃至HDMI連接制式開始取代Y/Cb/Cr紅黃白三色線（俗稱“蓮花頭”）成為新一代高保真音/視頻傳輸手段。實質上不僅為硬件的更新?lián)Q代鋪平了道路，也為新一代家庭影院設備的發(fā)展與融合提供了方向和指引;此外，數碼矩陣環(huán)繞聲對音效細化提出了更高要求，這種在傳統(tǒng)4音箱組合上增加重低音音箱的杜比

4.1 環(huán)繞立體聲標準，由此成為主流（如圖5）。

2010年后的第三次變革：數字時代的成熟，讓數字高清電視機頂盒從威脅融合為新一代家庭影院的可選設備之一;藍光高清制式脫穎而出，作為稱霸新時代的高質量大容量光盤數據儲存格式得到應用，并衍生出的藍光高清光碟播放機與新一代音頻數字解碼系統(tǒng)，與前者一起構成了這一時期風靡世界的家庭影院配置。同時趨于“扁平化”的模塊設備上除了在技術上以支持新一代杜比True HD環(huán)繞立體聲制式的杜比5.1環(huán)繞立體音響組合輸出音頻之外，通過引入新的日EVC視頻編碼技術，實現(xiàn)了既能通過等離子、LED曲面屏電視播放高清畫質，也能利用全息投影儀乃至高清AR/VR眼鏡呈現(xiàn)出立體層次的畫面，在功能上實現(xiàn)了視聽感的“身歷其境”。此外，無線傳輸的應用讓各模塊之間從連接布線“亂”、“長”、“絆”的困擾當中擺脫出來，同時降低相互之間因遷就線材連接造成布放位置的難度，讓用戶能夠根據實際空間和條件，對模塊合理布置，從而營造出更逼真、優(yōu)越的視聽環(huán)境和效果（如圖6）。

4 模塊化設計規(guī)律的總結

經過三十余年的演變，家庭影院經歷的數次標志性變革，其設備的變化主要體現(xiàn)在（1）音、視頻制式的更新?lián)Q代;（2）模塊本身的新老更迭;（3）模塊之間更為便捷的功能交互方式;（4）模塊設備數量和功能上的增加;（5）趨于“扁平化”的設計思路等數個方面。但其“通過設備——設備之間功能模塊的組合方式實現(xiàn)視聽效果的立體化，逼真化”這一功能性目的沒有變，而這也是家庭影院最為根本的產品意義。

誠然，工業(yè)產品必須“與時俱進”才能延長自身的生命周期，但若使其存在價值不被動搖，既要“開拓創(chuàng)新”，又須“不忘初心”。家庭影院的數次大變革，亦是同理。

這種變革的實質，是觀眾對于更為逼真，更加清晰視聽效果的追求，與音視覺技術和硬件科技發(fā)展進化的有機結合的產物。其通過產品設計當中模塊化的設計思想得以實現(xiàn)，在給予觀眾們更貼合時代科技需求的視聽效果的同時，迎合了工業(yè)設計歷史潮流。

而在可預見的未來的發(fā)展當中，與新技術（如云計算、大數據分析、互聯(lián)網+、人工智能等）之間的融合與交互，家庭影院仍然會通過核心的外接設備之間的模塊化交互連接，利用新的音視頻制式和播放手段，以更為嶄新的面貌，為觀眾帶來更上一層樓的音頻，視頻乃至互動性交流和感受。

5 模塊化設計在產品設計的現(xiàn)狀與未來

如今，家庭影院這種依靠模塊化設計而得以發(fā)展至今的多媒體影音播放系統(tǒng)，演變的過程，反映出了模塊化設計自身對于產品而言的幾個影響。

首先在使用成本上，產品功能的“模塊化”有利于用戶/消費者能夠根據自己實際需求和購買力，選購出適合自己的功能組件并將其進行定制化組合，從而制作出符合自己需要、獨一無二的產品。使用戶無需購入自己不需要的功能的同時，也降低了產品開發(fā)過程中在成本上的繁雜浪費。

其次對那些隨著技術進步不斷應用新規(guī)格、新制式并且需要對子系統(tǒng)硬件頻繁升級的產品而言，在總體設計當中運用模塊化思路，一方面能夠為日后已有功能模塊的更新?lián)Q代留下充裕的工程余量;另一方面也為未來運用新技術和新作用功能模塊的加入與技術整合預留了可能。讓其在功能拓展上更進一步，也能夠吸引用戶對其產生進一步升級的興趣和動機，從而為產品生命周期的延續(xù)和重新定義奠定基礎。

6 結語

時至今日，從相機、頭盔這種小產品到家具、汽車甚至船舶這樣的大型工業(yè)集成體，模塊化設計的理念早已突破了材料（從自然材料到復合材料）、應用領域（從手工制品到國防裝備設計研發(fā)）、模塊連接方式（從傳統(tǒng)榫卯對接到無線信號連接交互）等方面的掣肘和約束，在工業(yè)產品、工程設計當中得到廣泛的應用。而通過回顧家庭影院這一在模塊化設計理念形成初期便依此而生的多功能家電產品的變化規(guī)律，其自身伴隨著模塊化設計理念的變革、發(fā)展而不斷進化，通過硬件等方面的變更以及與新技術的融合，改變功能模塊自身的表現(xiàn)形式從而迎合不同歷史時期用戶對視聽效果追求這一基本宗旨，在所有應用模塊化設計的產品身上都能或多或少地看到——畢竟，模塊帶來的可變性和可塑性，讓產品能夠更加貼合時代需求，從而讓他們的生命周期乃至存在價值，走的更長更遠。

本文系教育部教育科學規(guī)劃重點課題《動畫專業(yè)本科卓越人才模式研究》（項目編號：DIA150309）;吉林省教育廳高等教育以改革課題《基于STEAM理念的“人文新工科”人才培養(yǎng)模式研究與實踐》、長春市哲學社會科學課題（項目編號：CSKT2017ZX-0031）階段研究成果。

參考文獻

[1]吳耕.現(xiàn)優(yōu)家庭影院的選購和配置訣竅[M].上海：上?？茖W技術出版社，2003.

[2]王英，李杰，邱東.VCD，DVD原理與維修（第三版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[3]戴輝，盧益民.數字視頻技術[M].北京：北京郵電大學出版社，2012.

[4]董政武.家庭影院器材選購與搭配150例[M].北京：人民郵電出版社，2004.

[5]劉憲坤，翁泰來.數字家庭影院[M].南京：江蘇科學技術出版社，2003.

[6]AndyFarnell，夏田（譯）.設計聲音[M].北京：中國工信出版集團，2017.

[7]中國人民解放軍總裝備部軍事訓練教材編輯工作委員會.科技聲像概論[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[8]劉兆君，李曄.DV家庭數字攝像完全手冊[M].哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，2008.

[9]趙子江，譚芳.數碼攝像機完全攻略[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[10]潘嘯皋.家庭影院配種指南[M].天津：天津科學技術出版社，2000.

[11]韓廣興.家庭影院配置與維護技巧[M].北京：農村讀物出版社，2002.

[12]袁錫明，葉輕舟，張敏寶.VCD/DVD機技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[13]王坤.家庭影院市場營銷管理研究——以雅馬哈公司為例[D].北京：華北電力大學，2011.

[14]陳奕.世界首臺搭載DTS-ES+THX系統(tǒng)的高級AV功放DENONAVC-A11SR[J].視聽技術，2002（04）：31-34.

[15]Alexlux，熱愛家庭影院就應該有些個性化[J].家庭影院技術，2012（03）：56-57.

[16]編輯部.我的影院我做主：八套時尚家庭影院組合搭配推薦[J].家庭影院技術，2009（02）：25-33.

[17]編輯部.新春新喜新影院：六套適合客廳環(huán)境的家庭影院搭配組合推薦[J].家庭影院技術，2011（02）：35-41.

[18]展超.追尋套餐的新感覺Harman/KardonBDS880家庭影院組合[J].家庭影院技術，2014（04）：48-49.

[19]展超.創(chuàng)酷型格組合的又一步——還其真容的Avence（皇冠）Beta（貝達）家庭影院音箱[J）.家庭影院技術，2014（07）：64-65.

[20]京士柏.拒絕折騰，輕松傭抱DolbyAtmosOnkyoHT-S5800C家庭影院套裝[J].家庭影院技術，2015（09）：52-53.