全新的3D聲音體驗(yàn)
——Dolby Atmos 與 Auro-3D

周天縱

(中央人民廣播電臺(tái) 技術(shù)制作中心，北京 100866)

全新的3D聲音體驗(yàn)
——Dolby Atmos 與 Auro-3D

周天縱

(中央人民廣播電臺(tái) 技術(shù)制作中心，北京 100866)

聲音重放的理念及技術(shù)不斷進(jìn)步，Dolby和Barco兩家公司分別發(fā)布了Dolby Atmos和Auro-3D技術(shù)，圍繞聲音對象（Object）及音床（Bed）這兩個(gè)概念展開論述。

3D聲音；環(huán)繞聲；杜比全景聲；Auro-3D；聲音對象；音床

近年來，聲音重放的理念及技術(shù)不斷進(jìn)步，并受到電影制片方、影院和觀眾的廣泛歡迎，正快步進(jìn)入聲音的3D時(shí)代，聲音重放的理念及技術(shù)不斷進(jìn)步。

圖1 Dolby Surround 5.1

1 從2D聲音到3D聲音的進(jìn)化

1992年，首部基于Dolby Surround 5.1（杜比5.1環(huán)繞聲，見圖1）制作的電影《蝙蝠俠歸來》上映后，在不到3年的時(shí)間內(nèi)就有超過400部電影使用了杜比數(shù)字環(huán)繞聲技術(shù)制作，當(dāng)年全球就有超過4 000家影劇院配備了杜比數(shù)字環(huán)繞音響設(shè)備。2010年，隨著《玩具總動(dòng)員3》的上映，杜比實(shí)驗(yàn)室開始將Dolby Surround 7.1（杜比7.1環(huán)繞聲，見圖2）推向市場。該技術(shù)把環(huán)繞聲聲道從2路增加至4路，從而使電影錄音師能夠更好地控制聲像位置，使銀幕到環(huán)繞聲之間的聲音平移過渡得更平滑。該項(xiàng)技術(shù)同樣受到業(yè)界廣泛歡迎，在隨后不到2年的時(shí)間里，全球配備杜比7.1環(huán)繞聲技術(shù)的影院就已經(jīng)達(dá)到了3 600多家。這種趨勢足以說明，不管是電影的創(chuàng)作者、院線的經(jīng)營者乃至廣大的觀眾，都在追求更加逼真、細(xì)膩的聲音再現(xiàn)，都在寄望數(shù)字音響領(lǐng)域的進(jìn)一步變革。

圖2 Dolby Surround 7.1

這種變革是從2D聲音向3D聲音的進(jìn)化。它始于電影聲音錄制與重放的革新，但并不止于影院，它必將延伸至唱片業(yè)、家庭影院、大型活動(dòng)擴(kuò)聲、汽車音響、電子游戲音響、手持移動(dòng)設(shè)備、3D耳機(jī)等各領(lǐng)域，并在未來的十幾年中，引發(fā)音響系統(tǒng)概念、制式、手段與技術(shù)上的不斷爭論與創(chuàng)新。

在以上諸多應(yīng)用方向上，除移動(dòng)設(shè)備和3D耳機(jī)技術(shù)需特別考查人們的聽覺生理、心理特性外，其他所有應(yīng)用方面都會(huì)優(yōu)先選擇增加更多的聲道數(shù)量。毫無疑問，更多的聲道數(shù)量意味著更好的“真實(shí)重現(xiàn)”，意味著更準(zhǔn)確的聲像定位。

例如，當(dāng)巨幕影院越來越多時(shí)，原先的3聲道銀幕揚(yáng)聲器對于銀幕內(nèi)聲像定位就不夠細(xì)膩了。于是，特別為巨幕影院混錄的、帶有Inner Left及Inner Right聲道的5聲道銀幕揚(yáng)聲器的重放制式被推出，如圖3所示。

圖3 5聲道銀幕揚(yáng)聲器

當(dāng)然，人們不會(huì)滿足于7聲道（在巨幕制式下為9聲道）都和自己的耳朵處在同一個(gè)平面上?，F(xiàn)實(shí)世界中，聲音是來自四面八方的，如果考慮到人在大多情況下并非懸在半空，那么至少聲音也應(yīng)該來自人體的上方，在此用“上半球”表示。因此，要把更多的聲道布置在耳朵上方來還原真實(shí)世界中的聲音，正如Dolby Surround 9.1（杜比9.1環(huán)繞聲）所定義的那樣，見圖4。

圖4 Dolby Surround 9.1

至此，3D聲音重放的時(shí)代開啟，聲音重放的理念及技術(shù)不斷進(jìn)步，Dolby和Barco（巴可）兩家公司分別發(fā)布了Dolby Atmos（杜比全景聲）和Auro-3D技術(shù)。同時(shí)，關(guān)于3D聲音重放的爭論也就此開始，圍繞聲音對象（Object）及音床（Bed）這兩個(gè)概念，評述各自優(yōu)劣。

圖5 上半球的聲音

2 Dolby Atmos和Auro-3D的比較

2.1 聲音的重放

真實(shí)世界中的聲音大體來自“上半球”。比方說，有一只蜜蜂在空中飛過，或者一架直升機(jī)起飛。Dolby Surround 7.1環(huán)繞聲只能通過某種方法，誘使人腦對這種虛擬聲像進(jìn)行重建。為了更直接地定位蜜蜂或直升飛機(jī)的聲像，Dolby Surround 9.1系統(tǒng)采用了增加頂置的揚(yáng)聲器的方法，這種方法可以很好地還原物體從頭頂飛過的音效。

不同的意見來自巴可公司，該公司推出了Auro-3D這一概念。Auro-3D的設(shè)計(jì)者認(rèn)為，頂置揚(yáng)聲器盡管可以很好地還原物體從頭頂飛過的音效，但它與下層環(huán)繞揚(yáng)聲器中間空隙過大，兩組揚(yáng)聲器分層過于明顯，無法重放半球狀聲場。況且，很多生活場景中來自“上層”的聲音，比方說樹林、街道、市場、機(jī)場、體育比賽等，其上層聲音并非來自頭頂，而大多來自斜上方。于是，Auro-3D提出，在與下層環(huán)繞揚(yáng)聲器組平面呈30°夾角的高度布置“上層環(huán)繞揚(yáng)聲器組”，如圖5所示，其重要程度要大于放置頭頂揚(yáng)聲器。

而Dolby Surround 9.1還存在著進(jìn)一步增加頭頂環(huán)繞揚(yáng)聲器數(shù)量的需求，以更好地實(shí)現(xiàn)“上半球”重放，那就是Dolby Surround 11.1以及Dolby Surround 13.1等等。

顯然，更多數(shù)量的揚(yáng)聲器（聲道）也是Auro-3D的選擇。2012年，首部使用Auro 11.1制作的電影上映，其揚(yáng)聲器與相應(yīng)聲道定義如表1。這個(gè)定義也符合了SMPTE（The Society of Motion Picture and Television Engineers，電影電視工程師協(xié)會(huì)）以及DCI（Digital Cinema Initiatives，數(shù)字影院先導(dǎo)組織）的規(guī)范，即在一個(gè)DCP中至多能夠包含16個(gè)PCM格式的聲軌。

同年，杜比也推出了其新一代電影聲音制式——Dolby Atmos,杜比全景聲。杜比的工程師定義DolbyAtmos最多支持128個(gè)音頻軌道和64路揚(yáng)聲器輸出。

表1 Auro 11.1的揚(yáng)聲器與相應(yīng)聲道定義

2.2 聲音對象與聲道

多聲道重放制式把如何更精準(zhǔn)地在銀幕內(nèi)及銀幕外實(shí)現(xiàn)聲像定位作為爭論的焦點(diǎn)。

圖6 環(huán)繞揚(yáng)聲器可單獨(dú)發(fā)聲

圖7 環(huán)繞揚(yáng)聲器不可單獨(dú)發(fā)聲

Dolby Atmos更是索性打破了所有的聲音重放都要基于聲道的傳統(tǒng)，全新定義了獨(dú)立的“聲音對象”（Object）這一概念，即在放影端增加一個(gè)解碼處理器，它可以利用聲音對象自身所攜帶的定位信息去調(diào)用本地影院所對應(yīng)的揚(yáng)聲器。聲音對象并不屬于任何一個(gè)物理意義上的聲道。通過這一方式，任意一只環(huán)繞揚(yáng)聲器都可以單獨(dú)發(fā)聲，從而能夠更精確地?cái)[放聲音位置。例如，當(dāng)銀幕上的人物與銀幕外的人物對話時(shí)，銀幕上人物的視線離開銀幕進(jìn)入房間，錄音師可以利用Dolby Atmos精確地使處在那條視線上的揚(yáng)聲器出聲，如圖6所示，環(huán)繞揚(yáng)聲器可單獨(dú)發(fā)聲，而且，這種效果對于在影院中的每一位觀眾都是同等的。而非Dolby Atmos則如圖7的環(huán)繞揚(yáng)聲器不可單獨(dú)發(fā)聲，如對于Dolby Surround 5.1或Dolby Surround 7.1的觀眾來說，那個(gè)銀幕外的聲音位置則一定程度上取決于自身的坐席位置。顯然，Dolby Atmos這種能力的額外好處還在于，當(dāng)銀幕外發(fā)出的是一聲槍響，或是一根管子噴出蒸汽的“絲絲”聲時(shí)，只有其中一只揚(yáng)聲器發(fā)聲要比整個(gè)揚(yáng)聲器組發(fā)聲的效果來的真實(shí)。

盡管從概念上講，Dolby Atmos可以將環(huán)境聲同樣定義為聲音對象，只不過其定位信息調(diào)用了一組（或多組）揚(yáng)聲器，但實(shí)際操作中，把環(huán)境聲編入某個(gè)虛擬聲道明顯會(huì)更方便一點(diǎn)。顯然，Dolby Atmos并沒有完全拋棄聲道，它使用了“音床”(Bed/Stem)這一概念。

“音床”是基于物理聲道的輔助母線。Dolby Atmos解碼器可以將音頻解碼為單獨(dú)的“聲音對象”，亦或是屬于某一“音床”的信號，然后再根據(jù)影院的情況，將“音床”和“聲音對象”配置為Dolby Atmos，甚至Dolby Surround 5.1、Dolby Surround 7.1、 Dolby Surround 9.1等，如圖8所示。

圖8 聲音對象與音床

看起來，Dolby Atmos使用“聲音對象”這一概念進(jìn)行聲像定位是革命性的，讓人印象深刻。不過，Auro-3D對此有不同的看法。

首先，Auro-3D認(rèn)為這個(gè)方案并不實(shí)用。例如，從銀幕飛向觀眾席的音效往往是做高速運(yùn)動(dòng)的，這一過程極為短暫，人腦幾乎沒有時(shí)間感受這類高速運(yùn)動(dòng)過程的精確軌跡。因此，對于觀眾而言，基于聲道的重放還是基于聲音對象的重放區(qū)別不大。即便有些運(yùn)動(dòng)緩慢的音效，基于聲音對象的重放也確實(shí)精準(zhǔn)地描繪了其運(yùn)動(dòng)軌跡，但同時(shí)，觀眾的注意力也被吸引到了銀幕以外，而這恰恰正是大多數(shù)混音師所努力避免出現(xiàn)的狀況。

其次，Auro-3D還認(rèn)為這個(gè)方案并不好用。一般來講，影院的銀幕揚(yáng)聲器無論從頻段響應(yīng)還是聲壓級上來說，都會(huì)大大優(yōu)于環(huán)繞揚(yáng)聲器。于是，當(dāng)把一個(gè)銀幕上的聲音移出銀幕時(shí)，那可不是單獨(dú)調(diào)用一只環(huán)繞揚(yáng)聲器就能搞定的事了。

圖9 Dolby Atmos的混錄流程

Dolby Atmos顯然也注意到了這種情況。Dolby Atmos的方法是：通過改進(jìn)對環(huán)繞聲揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)管理，使一個(gè)全頻聲音對象在移出銀幕時(shí)，音色不致有太大變化。而當(dāng)一個(gè)大響度聲音對象移出銀幕且其功率要求已超出單只環(huán)繞揚(yáng)聲器的極限時(shí)，Dolby Atmos會(huì)自動(dòng)把這個(gè)聲音對象擴(kuò)散到附近的若干只環(huán)繞揚(yáng)聲器上，以保證其響度一致。

Auro-3D則進(jìn)一步認(rèn)為，此種重放已和基于聲道的方式差別不大，何況，當(dāng)調(diào)用若干只揚(yáng)聲器時(shí)，其功率管理、相位管理會(huì)變得極為復(fù)雜，增加了成本，還不一定能達(dá)到好的效果；具體到每家影院的音響設(shè)備也是千差萬別的。

2.3 兼容性的挑戰(zhàn)

Dolby Atmos或Auro-3D都認(rèn)為自己的3D制式與現(xiàn)存的電影混錄制作流程及設(shè)備能夠達(dá)成令人滿意的兼容性。

Dolby Atmos首先關(guān)注到電影制作端。經(jīng)過幾十年的實(shí)踐，電影混錄棚已形成了固有的工作流程及工作習(xí)慣。Dolby Atmos充分尊重這些傳統(tǒng)，通過在音頻工作站上加載一個(gè)插件，使錄音師可以延用原來的聲像定位及編輯技術(shù)，即可以在裝備Dolby Surround 5.1系統(tǒng)的混錄棚中，實(shí)現(xiàn)對聲音對象及音床的編輯。所有聲音對象及音床的矢量信息，既可以在調(diào)音臺(tái)上編輯，也可以在工作站中編輯。這些帶有矢量信息的聲音元素經(jīng)杜比“編解碼母版處理器”（Rendering and Mastering Unit,RMU）解碼后傳送至監(jiān)聽設(shè)備。同時(shí)，RMU還將所有的聲音元素合成為母版，這個(gè)母版包含Dolby Atmos文件，也包含Dolby Surround 5.1或Dolby Surround 7.1文件。該母版通過DCP（Digital Cinema Packaging，數(shù)字院線文件包）格式發(fā)送至影院。圖9即是Dolby Atmos的整個(gè)混錄流程。

Auro-3D則認(rèn)為，Dolby Atmos所發(fā)送的DCP并不符合SMPTE標(biāo)準(zhǔn)，不能被影院現(xiàn)有的處理器解碼。Dolby Atmos需要為影院放映端增加一個(gè)處理器，以8組AES數(shù)字音頻接口和現(xiàn)有設(shè)備連接，這樣經(jīng)過解碼的全景聲聲道就可以在現(xiàn)有的Dolby Surround 5.1或Dolby Surround 7.1還音系統(tǒng)中重放；另一方面，對于那些裝備了Dolby Atmos的影院，新的解碼器可以將最多128個(gè)包含“聲音對象”及“音床”的聲道進(jìn)行解碼，對其中的“音床”做些延時(shí)及頻率調(diào)整，然后發(fā)送給最多64路揚(yáng)聲器。而Auro 11.1并不存在硬件上的障礙，其編碼器是一個(gè)軟件插件，它可以運(yùn)行于絕大多數(shù)常用的蘋果或PC環(huán)境的數(shù)字音頻工作站（例如：Pro Tools、Nuendo等）上 ；Auro-3D解碼器則能夠作為固化的軟件升級嵌入到現(xiàn)有的媒體服務(wù)器中，并且也將能夠運(yùn)行于大多數(shù)最新型的服務(wù)器以及媒體模塊中。

Dolby Atmos繼而額外地依據(jù)當(dāng)?shù)赜霸翰煌那闆r，進(jìn)行個(gè)別的校正。通過對全景聲聲道進(jìn)行智能解碼，盡量照顧到影院的揚(yáng)聲器布局及其中每一只揚(yáng)聲器的音色特征，達(dá)到優(yōu)化聲音效果的目的。此外，對于那些裝備有環(huán)繞低音揚(yáng)聲器的影院來說，通過Dolby Atmos亦可達(dá)到使用小功率環(huán)繞揚(yáng)聲器達(dá)到大功率揚(yáng)聲器效果的目的。

Auro-3D則指出，一部電影的聲音元素成千上萬，混錄時(shí)需要經(jīng)過預(yù)混和終混。錄音師經(jīng)常會(huì)為把某個(gè)聲音元素保存為“聲音對象”（這樣會(huì)占用128個(gè)定義聲道中的一個(gè)）或直接將其編入某個(gè)“音床”而煩惱。其次，對影院的個(gè)別校正產(chǎn)生了更多的不確定性，使得電影錄音師很難兼顧到最終音響效果。而Auro 11.1編解碼器能夠?qū)⑺械囊纛l標(biāo)準(zhǔn)格式（立體聲、5.1環(huán)繞聲 以及Auro 11.1）嵌入到一個(gè)單一的、標(biāo)準(zhǔn)的5.1 PCM（Pulse Code Modulation，脈沖編碼調(diào)制）數(shù)據(jù)流中，即使對于沒有配置Auro 11.1 系統(tǒng)的放映商，這個(gè)數(shù)據(jù)流也能夠在任何5.1 環(huán)繞聲系統(tǒng)中重放。而對于那些已配置了Auro 11.1 系統(tǒng)的放映商，解碼器將從5.1 PCM 數(shù)據(jù)流中解碼出嵌入其中的上層聲道信息，還原成原始的Auro 11.1。

3 結(jié)語

基于不同聲音重放的理念及原理，不同的3D聲音技術(shù)有著各自的優(yōu)劣及相適應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，在音響系統(tǒng)概念、制式、手段與技術(shù)上引發(fā)的探討也將持續(xù)。不管是在電影、廣播、唱片及大型活動(dòng)擴(kuò)聲等商用領(lǐng)域，或在汽車音響、移動(dòng)設(shè)備、電子游戲等個(gè)人消費(fèi)市場中，期待Auro 11.1 、Dolby Atmos或其他各種音頻設(shè)計(jì)方案都能帶給人們?nèi)碌穆曇趔w驗(yàn)。

[1] Wilfried Van Baelen. Auro-3D?Listening Fomats and Technology Suite.

[2] Bert Van Daele, Wilfried Van Baelen. Auro11.1.

[3] Dolby Laboratories,Inc.. Dolby?Atmos Next-Generation Audio for Cinema.

周天縱，于1992年畢業(yè)于北京廣播學(xué)院（現(xiàn)中國傳媒大學(xué)）錄音藝術(shù)專業(yè)，并于同年進(jìn)入中央人民廣播電臺(tái)，從事音樂錄音及擴(kuò)聲工作。近年來關(guān)注音響技術(shù)發(fā)展以及新媒體、信息技術(shù)對廣播形態(tài)的影響。

（編輯 杜 青）

Whole New Experiences about 3D Sound -Dolby Atmos and Auro-3D

ZHOU Tian-zong
(Technical production center China National Radio, Beijing 100866, China)

With advances in concepts and technologies about sound reproduction, two companies Dolby and Barco released Dolby Atmos technology and Auro-3D technology, and discussed around two concepts about sound object (Object) and sound bed (Bed).

3D sound; surround; Dolby Atmos；Auro-3D；sound object；sound bed

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.02.005