“環(huán)繞聲”對于影音愛好者來說肯定不會陌生，也有人稱為“環(huán)回立體聲”，也叫“多聲道環(huán)繞聲”。如果你去電影院看電影，或者到音響店買音響，甚至去看某位明星的演唱會，你都會看到有關(guān)于環(huán)繞聲的宣傳，還能體驗(yàn)到環(huán)繞聲效果。在體驗(yàn)的時(shí)候，當(dāng)你聽室里上看下看，左看右看就會發(fā)現(xiàn)，視聽室的前方、側(cè)方、后方，甚至上方都安裝了音箱，這時(shí)候你或許會覺得奇怪，為什么要那么多的音箱呢？環(huán)繞聲的目的是讓觀眾有方向感，即聆聽者能感受到聲源的方向；還有環(huán)繞感，即聆聽者有被聲源包圍感覺；還有擴(kuò)展感，即聲源向四周擴(kuò)散和被物體反射的感覺。
環(huán)繞聲的首次應(yīng)用
在環(huán)繞聲出現(xiàn)之前，電影院的音響通常以三聲道形式重放聲音的，這三個(gè)聲道分別是前方的左、中、右聲道。后來在觀眾的左右兩側(cè)，后方加入環(huán)繞聲道音箱，這些聲道能夠產(chǎn)生重現(xiàn)聲音的移動感、定位感，營造電影場景的氣氛，讓聲音效果更接近于現(xiàn)實(shí)。
如今的環(huán)繞聲技術(shù)應(yīng)用不僅局限在電影，甚至是音樂會、電子游戲、廣播系統(tǒng)、演唱會、展覽廳都會使用到環(huán)繞聲技術(shù)，通過環(huán)繞聲技術(shù)來實(shí)現(xiàn)一些特殊的聲音效果，提高了用戶體驗(yàn)。例如，玩游戲時(shí)能知道敵人的方位；看展覽作品時(shí)，在作品解說時(shí)伴隨著一些特別的音效，以增加觀眾的吸引力。如今的環(huán)繞聲技術(shù)是三維聲音重現(xiàn)，更進(jìn)一步地接近于真實(shí)的聲音重現(xiàn)。不得不說，人類在聲音還原方面做出了很大的努力。
迪士尼“Fantasound”
環(huán)繞聲技術(shù)的應(yīng)用最早出現(xiàn)在1940年由美國迪士尼公司制作的一部名為《Fantasia》（中文名“幻想曲”）的動畫音樂選集電影，迪士尼公司和RCA公司合作專門為這部電影開發(fā)了環(huán)繞聲系統(tǒng)，命名為“Fantasound”。
話說，迪士尼當(dāng)年為了制作這部電影，找到了指揮家Leopold Stokowski（史托科夫斯基）。由他帶領(lǐng)費(fèi)城管弦樂團(tuán)演奏整部電影所需要的音樂作品。音樂部分在1939年錄制，共花費(fèi)了7周時(shí)間才錄制完成。錄制時(shí)一共使用了33支麥克風(fēng)進(jìn)行錄制，音軌保存到8軌光學(xué)錄音機(jī)里面。在聲音重現(xiàn)方面，F(xiàn)antasound要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)效果。第一，聲音的移動感，能讓聲音配合主角米老鼠的動作來移動。第二，得到更大的動態(tài)范圍，讓觀眾帶來樂隊(duì)就在現(xiàn)場的錯(cuò)覺。
聲音的移動感是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？通過一個(gè)三路差分接線方式的電位器來實(shí)現(xiàn)。到底怎么理解呢？簡單說，有A、B兩只音箱，要實(shí)現(xiàn)聲音從A往B移動。那就先讓A音箱發(fā)聲，然后調(diào)整電位器。在調(diào)整過程中，A音箱的聲音會減少，同時(shí)B音箱的聲音會提高，最終A音箱不響，B音箱發(fā)聲。而且經(jīng)過研究，聲音在A、B兩只音箱相差20公分距離以上述方式切換就會產(chǎn)生聲音移動的錯(cuò)覺。至于怎樣實(shí)現(xiàn)更大動態(tài)范圍？就是在響亮的時(shí)候增加音量，安靜的時(shí)候降低音量。因此需要一個(gè)可變增益放大器來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)輸入電平來改變增益來實(shí)現(xiàn)更大的動態(tài)范圍。
5.1聲道與7.1聲道
在經(jīng)歷了不斷的蛻變，多聲道經(jīng)歷了3.0/4.0/5.0等時(shí)代，最終邁入了5.1時(shí)代。5.1聲道的錄制非常麻煩，需要采集各種材料然后以手工的方式混合在一起，之后分別錄入5.1聲道各音軌之中，5.1的主要載體是電影與唱片。
大部分電影中，90%的對白會由中置音箱播放，而立體環(huán)繞感主要由前方聲場構(gòu)造與前后環(huán)繞側(cè)箱構(gòu)建。不少愛好者喜歡在5.1時(shí)代說后環(huán)這個(gè)詞，這是因?yàn)楫?dāng)初大家想把5.1負(fù)責(zé)后面聲場的環(huán)繞想成后環(huán)，但實(shí)際這兩個(gè)音箱并不是放在后方，而是side surround，也就是側(cè)環(huán)繞。
現(xiàn)今次世代7.1聲道在藍(lán)光音視頻升級的過程中，音頻從數(shù)據(jù)和原始錄音聲道數(shù)上的突破，讓7.1聲道DTS HD和Dolby TureHD披上了次世代音軌的稱號，這也是真正意義上的原始7.1家庭影院格式！
后置中央聲道可以用Surround Back來統(tǒng)一稱呼。雖然也是通過電腦模擬出來的Surround back L與Surround back R，但都是基于側(cè)聲道環(huán)繞分別抽取的聲音。而基于Dolby TureHD與DTS HD的Surround back L&R，是真正完全分離的，所以在擺放的位置上，也不存在是否需要盡量靠近一說了。
沉浸式環(huán)繞聲7.1.4甚至更高
在不斷進(jìn)化的腳步中，難免會遇到瓶頸，以前所有的錄音都是基于聲道，要考慮每一個(gè)聲道要出什么聲音，然后再構(gòu)成一套完整的體系。5.1還想較簡單，然而做成7.1就相對復(fù)雜，不談制作難度，龐大的音軌數(shù)據(jù)量就可以把錄音師搞瘋。于是一種新的混音技術(shù)出現(xiàn)了————Dolby Atmos和DTS:X。
你要做5.1，就每個(gè)聲道去混音，你要混6個(gè)分別送到5.1聲道中。如果是7.1那么就要混8個(gè)。而基于對象則是，我不考慮你用多少個(gè)聲道回放，我只管電影中會出現(xiàn)哪些聲音，然后給這些聲音定出坐標(biāo)和運(yùn)動軌跡。
然后，你用的多少聲道的家庭影院，功放自動運(yùn)算，把這些聲音分別送到相應(yīng)的聲道放出來就行了。杜比ATMOS全景聲就是第一個(gè)運(yùn)作這個(gè)技術(shù)的格式，同時(shí)為了讓聲音更逼真更有代入感，杜比ATMOS還加入了頭頂上的天空聲道。
聲音的描述方式也在改變
從文章開頭看到現(xiàn)在，是不是發(fā)現(xiàn)隨著人類對環(huán)繞聲的探索，音箱的數(shù)量也在增加，甚至還增加了增高、增寬聲道音箱，在音效制作上更加入了對聲音高度感描述的聲軌，相繼出現(xiàn)了10.2/12.2、11.1、22.2聲道環(huán)繞聲。10.2/12.2是THX創(chuàng)始人Tomlinson Holman開發(fā)，宣傳口號是“兩倍好于5.1”。在重放環(huán)繞聲的時(shí)候，前方使用7個(gè)音箱重播，分別是左、中、右、左增寬，右增寬，左增高，右增高。環(huán)繞聲道是3個(gè)音箱重播，分別是左環(huán)繞、右環(huán)繞和后環(huán)繞。然后再加上2個(gè)低音效果聲道。至于12.2就是增加兩個(gè)環(huán)繞聲道，分別是左擴(kuò)散環(huán)繞和右擴(kuò)散環(huán)繞，作用就是營造反射聲。
11.1是Barco公司使用的環(huán)繞聲系統(tǒng)，實(shí)際上就是Auro-3D的音箱布局之一。它在5.1聲道布局的基礎(chǔ)上再增加6個(gè)聲道，分別是左、中、右3個(gè)前置聲道以及2個(gè)環(huán)繞聲道的增高聲道音箱，以及1個(gè)位于頂部的音箱（又稱為“上帝之聲”），從而形成三層式的音箱布局。在音軌制作的時(shí)候已經(jīng)具備對聲音高度感描述的聲軌，然后采用編碼技術(shù)把12個(gè)聲軌變成6個(gè)聲軌（5.1聲道），在重播的時(shí)候再通過解碼方式還原。
22.2是NHK科學(xué)技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，搭配Super Hi-Vison巨幕做商用超高清演示。它的音箱布局更復(fù)雜，僅僅是前方就有11個(gè)音箱，分三層布局，環(huán)繞聲部分共10個(gè)音箱，再加上1個(gè)頂部音箱以及2只低音音箱。而且NHK科學(xué)技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室還為22.2聲道重新設(shè)計(jì)了拾音系統(tǒng)。另外，我們熟悉的Dolby Atmos、DTS:X也是具備聲音高度感描述的環(huán)繞聲技術(shù)。
我們對聲音高度的感知
在環(huán)繞聲重放里面使用增高聲道，或頂部聲道音箱，增加了對聲音高度感的描述，使得聲音從二維平面轉(zhuǎn)向三維立體，實(shí)現(xiàn)了沉浸式的聽音效果。對于人類對聲音高度感的感知能力主要依賴肩膀、頭部和耳廓反射所造成的頻率變化。在1996年的時(shí)候科學(xué)家就進(jìn)行深入研究，研究發(fā)現(xiàn)了聲源位置于特定頻率的提升和衰減之間的關(guān)系，這個(gè)特定頻率被命名為“方向性頻段”。
到了2015年，兩位科學(xué)家對聲源帶寬、時(shí)長和音箱位置等不同物理因素進(jìn)行了研究，分析了它們對于位置感知的影響，最終得到的研究結(jié)果。例如，用一個(gè)8kHz為中心頻率的1/3倍頻程的聲源在一個(gè)空間的8個(gè)區(qū)域中播放，用來測試聽音者對于聲音定位響應(yīng)的百分比。結(jié)果這些區(qū)域的聲源都可以為聽音者提供高度定位。其中，聽音者以頭頂上方，前上方，后上方的響應(yīng)最多。但如果“方向性頻段”發(fā)生改變時(shí)會影響人類對高度定位的感知。因此，在錄音和播放時(shí)需要考慮頻率內(nèi)容對信號在人頭上半部分的合理分布可能產(chǎn)生的影響。
“聲音對象”的三維沉浸式音效
在上述提到的三維沉浸式環(huán)繞聲里面，只有Dolby Atmos和DTS:X是目前主流的兩種環(huán)繞聲技術(shù)。其中，以Dolby Atmos的應(yīng)用是最廣泛的。它們在制作上是在基于“聲道”的基礎(chǔ)上整合“聲音對象”。什么叫聲音對象呢？那是音頻元素和體現(xiàn)藝術(shù)動機(jī)的相關(guān)參數(shù)。比如說，一些需要移動的音頻元素，或者需要出現(xiàn)在特定位置的聲音元素，音頻工程師在設(shè)計(jì)音效時(shí)需要在音頻工作站里面給這個(gè)音頻元素設(shè)定一個(gè)在空間中的運(yùn)動軌跡，或者所在位置。在回放的時(shí)候，環(huán)繞聲系統(tǒng)會根據(jù)音箱的配置進(jìn)行聲音分配來實(shí)現(xiàn)聲音的移動感和空間定位。Dolby Atmos和DTS:X對環(huán)繞聲系統(tǒng)里面的每一個(gè)聲道都是獨(dú)立控制的，在專業(yè)電影院里面都使用多只音箱組成陣列的形式來播放。理論上，音箱的數(shù)量越多，它的聲音移動感就會更平滑，定位更精準(zhǔn)。Dolby Atmos在商業(yè)電影院中最多可以實(shí)現(xiàn)64聲道輸出，DTS:X可以實(shí)現(xiàn)11.2（13聲道），而DTS:X Pro版本為30.2（32聲道）。
為音樂制作而開發(fā)的四聲道立體聲
踏入50年代，環(huán)繞聲再次在電影中出現(xiàn)。1952年的電影《This is Cinerama》就使用了7個(gè)聲道來重現(xiàn)環(huán)繞聲，包括前方5只音箱和后方2只音箱，然后由一名音響工程師在后臺根據(jù)劇情需要來控制聲音的定位和移動效果。與此同時(shí)，人類對環(huán)繞聲技術(shù)的探索力度繼續(xù)加大，環(huán)繞聲的開發(fā)以及應(yīng)用就在這個(gè)年代爭相出現(xiàn)。
四聲道立體聲就是50年代出現(xiàn)的環(huán)繞聲技術(shù)，主要應(yīng)用于音樂錄制。四聲道采用前方左/右2只音箱，后方左/右2只音箱進(jìn)行聲音回放，音樂的主體內(nèi)容由前方左右聲道音箱重現(xiàn)，后方兩個(gè)音箱播放一些混響聲音，或者聽眾掌聲，從而實(shí)現(xiàn)沉浸式音響效果。德國德律風(fēng)根和美國Ampex在50年代就開發(fā)了四聲道開盤錄音機(jī)。到了1954年，四聲道開盤錄音機(jī)開始在歐洲的一些音樂制作室里面使用，開始嘗試四聲道音樂的制作。一直到了60年代末才開始向家用市場推廣四聲道錄音，70年代開始盛行。
從上世紀(jì)40年代的“Fantasound”到今天的Dolby Atmos、DTS:X，在環(huán)繞聲技術(shù)幾十年時(shí)間的發(fā)展，音頻工程師們不斷地研究，不斷地嘗試，從而改進(jìn)環(huán)繞聲的制作和播放，優(yōu)化環(huán)繞聲系統(tǒng)的性能，而音樂和電影制作人也花了大量的精力來制作環(huán)繞聲音樂和電影音效，一方面向業(yè)界展示自己的成果，另一方面是為了讓聽眾/觀眾提供更好的聽覺體驗(yàn)，我們今天能夠在逼真震撼的環(huán)繞聲效果，能夠沉浸在電影情節(jié)里面，能夠感受到如同現(xiàn)場版的音樂會，離不開前人的努力。
