【专题】为什么要那么多扬声器——环绕声技术专题（下）

人类对声音高度的感知

在环绕声重放里面使用增高声道，或顶部声道扬声器，增加了对声音高度感的描述，使得声音从二维平面转向三维立体，实现了沉浸式的听音效果。对于人类对声音高度感的感知能力主要依赖肩膀、头部和耳廓反射所造成的频率变化。在1996年的时候科学家就进行深入研究，研究发现了声源位置于特定频率的提升和衰减之间的关系，这个特定频率被命名为“方向性频段”。

到了2015年，两位科学家对声源带宽、时长和扬声器位置等不同物理因素进行了研究，分析了它们对于位置感知的影响，最终得到的研究结果。例如，用一个8kHz为中心频率的1/3倍频程的声源在一个空间的8个区域中播放，用来测试听音者对于声音定位响应的百分比。结果这些区域的声源都可以为听音者提供高度定位。其中，听音者以头顶上方，前上方，后上方的响应最多。但如果“方向性频段”发生改变时会影响人类对高度定位的感知。因此，在录音和播放时需要考虑频率内容对信号在人头上半部分的合理分布可能产生的影响。

引入“声音对象”的三维沉浸式音效

在上述提到的三维沉浸式环绕声里面，只有Dolby Atmos和DTS:X是目前主流的两种环绕声技术。其中，以Dolby Atmos的应用是最广泛的。它们在制作上是在基于“声道”的基础上整合“声音对象”。什么叫声音对象呢？那是音频元素和体现艺术动机的相关参数。比如说，一些需要移动的音频元素，或者需要出现在特定位置的声音元素，音频工程师在设计音效时需要在音频工作站里面给这个音频元素设定一个在空间中的运动轨迹，或者所在位置。在回放的时候，环绕声系统会根据扬声器的配置进行声音分配来实现声音的移动感和空间定位。Dolby Atmos和DTS:X对环绕声系统里面的每一个声道都是独立控制的，在专业电影院里面都使用多只扬声器组成阵列的形式来播放。理论上，扬声器的数量越多，它的声音移动感就会更平滑，定位更精准。Dolby Atmos在商业电影院中最多可以实现64声道输出，DTS:X可以实现11.2（13声道），而DTS:X PRO版本为30.2（32声道）。

为音乐制作而开发的四声道立体声

踏入50年代，环绕声再次在电影中出现。1952年的电影《This is Cinerama》就使用了7个声道来重现环绕声，包括前方5只扬声器和后方2只扬声器，然后由一名音响工程师在后台根据剧情需要来控制声音的定位和移动效果。与此同时，人类对环绕声技术的探索力度继续加大，环绕声的开发以及应用就在这个年代争相出现。

四声道立体声就是50年代出现的环绕声技术，主要应用于音乐录制。四声道采用前方左/右2只扬声器，后方左/右2只扬声器进行声音回放，音乐的主体内容由前方左右声道扬声器重现，后方两个扬声器播放一些混响声音，或者听众掌声，从而实现沉浸式音响效果。德国德律风根和美国Ampex在50年代就开发了四声道开盘录音机。到了1954年，四声道开盘录音机开始在欧洲的一些音乐制作室里面使用，开始尝试四声道音乐的制作。一直到了60年代末才开始向家用市场推广四声道录音，70年代开始盛行。

例如，资深发烧友熟悉Vanguard Records唱片公司就采用开盘磁带为载体在美国市场上销售少量的四声道录音。直到70年代四声道录音才全面向消费市场推广，载体分别采用黑胶唱片和8轨磁带作为主流载体。其中，8轨磁带主要应用在汽车音响，黑胶唱片为家庭音响。与此同时，音响厂商也推出相应的音响设备。

四声道环绕声除了应用在家庭音响和汽车音响之外，还应用到无线广播领域以及现场音乐会。比如说，BBC Radio 3、Radio 4、旧金山古典音乐电台、WQSR-FM“Quad 102½、KEXL-FM（“KEXL 104.5”）等电台在70年代都推行过四声道广播。1967年，摇滚乐队Pink Floyd在“Game for May”音乐会上使用4声道音响，并通过Azimuth Co-ordinator（方位协调器）来实现声音的移动感。

总结

从上世纪40年代的“Fantasound”到今天的Dolby Atmos、DTS:X，在环绕声技术几十年时间的发展，音频工程师们不断地研究，不断地尝试，从而改进环绕声的制作和播放，优化环绕声系统的性能，而音乐和电影制作人也花了大量的精力来制作环绕声音乐和电影音效，一方面向业界展示自己的成果，另一方面是为了让听众/观众提供更好的听觉体验，我们今天能够在逼真震撼的环绕声效果，能够沉浸在电影情节里面，能够感受到如同现场版的音乐会，离不开前人的努力。

作为《家庭影院技术》杂志，我们经常和环绕声技术“打交道”。在我们看来，环绕声技术是疯狂的产物，是人类对多年来声音重播的研究结晶，同时也带动了影音产品的发展，记得在我们以前的《只为更好的声音！回顾那些疯狂的音响设计》专题内容当中所介绍到的音响产品，有相当一部分顶级产品正是环绕声技术发展的带动下出现的。相对于发展处于停滞状态的两声道HIFI音响，环绕声技术还是处于发展的，进步的状态，而且还是悄悄然地进入到我们的生活，让我们不知不觉间体验到这些声音重播的研究结果。

连载完

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