加入两大声音对象与头顶音箱两大元素 杜比影院环绕声系统的核心Dolby Atmos

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在前面我们已经将杜比影院当中两种视频领域的核心技术Dolby Vision与Dolby 3D介绍给大家,下面要讲的杜比影院在环绕声系统方面的核心技术,就是不少影音发烧友非常熟悉的Dolby Atmos杜比全景声。Dolby Atmos如今已经正式进入到家用市场当中,既有针对家庭影院的环绕声音箱安装布局规范,也有独特的兼容Dolby Atmos向上发声的特殊音箱以及为数众多支持Dolby Atmos音频解码与处理的AV放大器,更有不少采用Dolby Atmos音轨的蓝光电影碟片推出,使得Dolby Atmos不再是高高在上的电影院专用的环绕声技术。不过,就环绕音效的实际表现来说,杜比影院所配备的Dolby Atmos系统相比普通家庭所建立的系统要更为出色,值得我们到现场亲身领略一番。我们早前已经非常深入地对Dolby Atmos在家用领域的技术进行了详尽分析,下面则会将焦点集中在电影院当中所采用的Dolby Atmos技术。

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这是上世纪50-60年代多声道回放的概念刚刚出现的时候,搭配胶片式放映系统的5声道环绕音箱系统,包括左、中、右、环绕以及可选的超低音声道


将环绕音效从声道释放出来Dolby Atmos的基本理念

  不管是面向专业电影院还是主打家用市场的Dolby Atmos技术,都是一种环绕声技术的创新,其最主要的目的是为了将环绕音效从声道的束缚中释放出来,最终形成面向整个立体空间的环绕音效,既能带来现场感,又能表现出不同声音物体位置甚至运动的轨迹。这一点特别在电影院当中的应用体现得最为淋漓尽致。首先回顾一下电影院环绕声系统的发展历程,在上个世纪50到60年代,多声道回放的概念引入到电影院当中,并且首次在声音重放系统中加入了环绕声声道。在90年代,数字环绕声出现在电影院之中,实现了5.1声道的混制与回放,整个环绕声系统分别为独立的左声道、中置声道、右声道这三个位于屏幕背面的主声道,以及左右环绕声阵列与一个低频效果声道。这个系统后来也成为经典的5.1声道家庭影院环绕声系统的雏形。

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在90年代非常盛行的胶片电影院所采用的5.1声道环绕声系统,分别由左、中、右、左环绕、右环绕以及LFE声道组成,即使到了20多年后的今天,仍然有不少电影院的放映厅采用这种环绕声系统

  

后期进入到数字电影院时代,数字电影解决了早期胶片音轨存放空间不足的问题,目前已经能够将声道的数量扩充到16声道,带来了早期5.1声道环绕声系统无法媲美的包围感与临场感。而到了2010年杜比实验室专门为数字电影院推出的Dolby Surround 7.1声道系统,则是基于声道式环绕声在数字电影年代发展的第一步。Dolby Surround 7.1声道系统相比5.1声道电影院环绕声系统最大的改进在于将左右环绕声道分成了四个区域,大大增强了环绕音效的包围感,面对更大面积的电影院空间时能够获得更出色的临场感。

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在数字电影院年代,Dolby Surround 7.1声道环绕声系统拥有极高的市场占有率,与5.1声道系统的最大分别在于扩充了环绕声道的数量,包括左右两侧环绕声道与左右后环绕声道,使得环绕声的信息量进一步增强

  

在研发Dolby Surround 7.1的过程中,杜比实验室继续研发未来的电影院环绕声技术,期间发现即使是在5.1或7.1声道音频的情况,通过更多声道音箱的分区或者增加环绕声音箱阵列的数量都能很好地增加现场环境声的密度,于是基于这一基础,在2012年Dolby Atmos电影院环绕声系统出现了。这是一种全新的环绕声技术,充分结合了声道式与声音对象式环绕声技术的特点,增加了天花音箱,创造了垂直方向的音效,提供了环绕音效的密度与高频的定位感,带来了一个更加高分辨率的环绕声系统。

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  在环绕音轨技术设定方面,Dolby Atmos不再仅仅依靠越来越多的声道,而是加上了声音对象的元素,在音轨中最高支持128通道的声音信息,包括9.1声道的音床信息,主要是描述电影中的背景声音以及最高118种物体对象的声音。9.1音床声道分别对应独立的音箱与音箱阵列,包括屏幕声道。而118种声音对象则没有声道的概念,可以实时游走在整个房间各个位置的音箱之中。Dolby Atmos影院环绕声处理器能够最高支持渲染64通道的扬声器输出,包括音床声道与声音对象。

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这是Dolby Atmos最高128通道音轨的信息如何输出到64个扬声器环绕声系统的通道,其中可以发现环绕声处理器起到了关键的音量管理、矩阵分配校正以及对于每一个音箱进行设置的作用,而目前电影院之中主要使用的Dolby Atmos环绕声处理器是CP850,最高支持64通道的扬声器输出

  

而在环绕声音箱系统的布局方面,Dolby Atmos系统最大的特点在于不仅能够重现自身的强大优势,而且更能向下兼容现有的5.1以及7.1声道环绕声格式。因此,在整体的环绕声音箱布局上并没有对以往的标准做出明显的改变,而是通过增加侧环绕音箱、上方环绕音箱、屏幕音箱以及环绕超低音音箱四个方面进行调整,从而获得更加饱满的环绕声细节表现。

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这是Dolby Atmos环绕声音箱布局的上方俯视图,红色的部分为7.1声道布局中所存在的屏幕音箱与环绕音箱,蓝色部分为增加的侧环绕音箱与上方环绕音箱,绿色是可以选择增加的屏幕音箱,紫色则是环绕超低音音箱


屏幕扬声器部分的布局

  在研发如何提升屏幕上方影像声音的表现时,杜比实验室发现在中置音箱的两侧增加左中置与右中置音箱,对于超大屏幕而言能够获得一个更加顺滑的声音表现力,特别是当屏幕的尺寸超过12m宽的时候。而且所有的屏幕扬声器都应该带有指向性,全部都应该指向观众区域的参考位置上。另外,超低音音箱的放置位置并没有变化,仍然是在房间中央,以减低房间低频驻波的出现。

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在屏幕扬声器部分的布局设置图中,绿色的两只左右中置音箱特别推荐在超大屏幕上使用,而超低音音箱的位置与安装方式都并没有发生变化


环绕声扬声器部分的布局

  由于每一个环绕声音箱都要担当独立声音对象发声的任务,因此都需要由独立的放大器通道进行驱动,同时还要求有一个较大的声压输出,一个更加宽的频响以及在观众区域统一的覆盖性。由于大部分的电影院环绕声音箱都不能在低频下实现大声压输出,因此Dolby Atmos系统布局中特别设置有针对性的环绕超低音音箱,可以通过环绕声处理器进行低音管理与信号分配。

  为了让使屏幕的声音衔接更加顺滑,侧环绕音箱相对于以往的环绕声音箱阵列布局更加贴近屏幕,而所有的侧环绕音箱都应该与座椅区域呈水平设置且都应该带有指向性,指向观众区域的参考位置上。而天花环绕音箱主要是使用两个音箱阵列,一直从屏幕延伸至后墙。而这两个平行放置的天花音箱阵列,左右之间的距离应该稍微比左右中置屏幕音箱的距离要宽。另外,所有天花音箱都应该带有指向性,均以不同的指向角度指向观众区域的参考位置上。

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在放映厅的侧面解剖图上,我们可以清楚地看到侧环绕音箱的数量已经延伸到前方屏幕,而天花音箱也有指向性,分别以不同的角度指向参考位置之上


  这就是Dolby Atmos环绕声系统基本的音箱布局,可以看到与传统的7.1系统相比还是有很多不同的地方,不过当你进入一个杜比影院的放映厅之中,你并不会看到这么庞大的环绕声音箱系统,因为整个放映厅都采用透声材料将这些音箱隐藏起来,你所能感受到的将会是不断在整个空间中走动的声音,非常过瘾。

总结与展望

  杜比影院就是一个令人非常兴奋的前沿电影院,分别通过Dolby Vision、Dolby 3D以及Dolby Atmos三大核心技术构成,在视频显示、3D立体成像以及环绕声音效方面都取得了相比常规电影院更加出色的效果。由于Dolby Vision是杜比影院中独有的技术,因此我们也对其进行了更加深入的介绍,而另外两者则是有针对性地分析其技术中的关键之处。从杜比影院的模式,我们可以看到未来商业电影院的发展趋势将更加接近电影内容创造者的制作理念,真实地重现影像与声音方面各种丰富的信息。而在未来家庭影院的发展当中,除了现在已经加入了沉浸式三维音效技术之外,以Dolby Vision为首的新一代视频显示技术也将融入其中,提升的不仅是分辨率、帧率,更会在画面的色彩、动态范围与细节层次方面更加接近我们平常看到的景象,确实令人十分兴奋与期待。

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