淺談沉浸式聲音系統設計及實踐

張志春

（浙江嘉興電影集團有限公司，浙江嘉興 314000）

1 前言

電影從有聲以來，隨著技術的發展經歷了模擬單聲道、模擬多聲道、數字多聲道幾個階段。目前商業影院中比較常用的數字多聲道還音系統的模式有5.1/7.1聲道、DTS臨境音、杜比沉浸式還音系統（Dol by At mos）等沉浸式還音系統。其中沉浸式還音系統常用于影城最大影廳中，它突破了傳統意義上5.1、7.1聲道的概念，增加了影廳天棚聲道的設計理念。沉浸式還音系統能夠結合影片內容，呈現出動態的聲音效果，更真實地營造出由遠及近的音效，配合影廳天棚頂部加設音箱，實現聲場包圍，展現更多聲音細節，提升觀眾的觀影感受。下面結合筆者工作中的實際案例，就在影廳中沉浸式還音系統的設計、安裝、調試談一下自己的理解和感受。

2 沉浸式還音系統設計

沉浸式還音系統與傳統意義上的多聲道還音系統相比，在還音系統的技術指標上更高、安裝工藝更復雜。沉浸式還音系統還音模式可以向下兼容，沒有沉浸式版本的節目，還原的是5.1或7.1版本。根據自己在實踐中所掌握數據:揚聲器的頻率響應要求和傳統意義上的多聲道還音系統類似，聲功率要求更高一些，前區環繞揚聲器的覆蓋角稍有不同。在沉浸式還音系統中，經常要用到的二個名詞，一是RLP（參考聆聽位）:位于銀幕到觀眾廳后墻三分之二的軸線位置；二是CLA（中心聆聽區）是指以RLP為中心，影廳寬1/3、首排座椅到后墻長度的1/3所形成的矩形。結合實際案例，筆者談一下設計沉浸式還音系統及設備選型，順序為:主揚聲器——次低頻揚聲器——環繞揚聲器——環繞次低頻揚聲器——設備配置清單。

案例:某影城1號廳，建筑尺寸為:銀幕邊沿距觀眾廳后墻長21.5米、影廳后墻寬19.3米、第一排觀眾距觀眾廳后墻15米，銀幕位置凈高10.95米、最后一排觀眾席凈高5.37米，銀幕寬20米，如圖1、2所示。

圖1 影城平面圖

圖2 影城剖面圖

2.1 銀幕主揚聲器

2.1.1 數量

在沉浸式還音系統設計中的主揚聲器:在銀幕寬度不大于12米時，銀幕主揚聲器配置左、中、右三路；銀幕寬度大于12米時，銀幕主揚聲器建議配置左、左中、中、右中、右五路。本案例中1號廳銀幕幕寬20米，主揚聲器選用五組（左、左中、中、右中、右五個聲道）。

2.1.2 聲壓級

在設計方案中，沉浸式還音系統銀幕主揚聲器在RLP（參考聆聽位）的持續最大聲壓級采用不小于105dB，根據計算公式可以知道:105dB＝SPLmax（揚聲器最大持續聲壓級）－20lgL（L:揚聲器到RLP的距離）。1號廳最遠銀幕主揚聲器距RLP約15.3米，考慮到揚聲器功率適當冗余，本案例選用了飛達的FDM-12600 MA（（LF:1600 W/4Ω，MHF:800 W/8Ω；靈敏度:（LF: 102dB，MHF:106dB））揚聲器。（102＋10l g1600）－20lg15.3＝110dB，符合要求并適當冗余。

2.1.3 安裝位置

本案例的銀幕采用等寬模式，五路揚聲器中路揚聲器放置在銀幕中心線上，左、右路揚聲器分別放置在銀幕圖像最邊沿位置，左中路揚聲器位于左路和中路揚聲器中間位置，右中路揚聲器位于中路與右中路揚聲器中間位置。聲軸中心放置在遮幅與銀幕高度約三分之二的中間位置處，1號廳采用等寬模式，根據要求具體安裝位置如圖3所示。

圖3 銀幕主揚聲器、次低頻揚聲器安裝位置

2.1.4 揚聲器指向

沉浸式還音系統設計的實踐所采用方法:水平旋轉銀幕主揚聲器，使揚聲器軸線指向RLP處，垂直調整銀幕主揚聲器的中高音系統，使聲軸指向RLP處。1號廳銀幕主揚聲器的指向如圖4所示，圖中虛線框為CLA，圓中心為RLP點。

圖4 銀幕主揚聲器、次低音 、側環、后環、頂環 平面圖

2.2 銀幕次低頻揚聲器

2.2.1 聲壓級

沉浸式還音系統和傳統意義上的多聲道還音系統類似，銀幕次低頻揚聲器聲壓級比銀幕中路主揚聲器聲壓級高10dB，因此銀幕次低頻揚聲器持續最大聲壓級不低于115dB。1號廳銀幕次低頻揚聲器距RLP約15.3米，考慮到揚聲器功率適當冗余，本案例選用了飛達的FDM-1600SB（1600 W/4Ω；靈敏度:102dB）揚聲器2只，計算方法和銀幕主揚聲器一樣，這里不再詳述。

2.2.2 安裝位置

銀幕次低頻揚聲器安裝在靠近銀幕（房間）中心線的位置，但不放在中心線上，避免駐波的影響。如果是采用多個揚聲器，則把這些揚聲器緊密地靠近一些，通過相互耦合提高效率。1號廳銀幕次低頻揚聲器的安裝位置詳見圖3。

2.3 環繞揚聲器

2.3.1 聲壓級

每一個環繞揚聲器在RLP點的最大持續聲壓級不低于99dB，根據筆者的實踐經驗，建議相應的功放具有3dB的冗余。一個環繞區域（如左環、右環）的揚聲器在RLP點的最大持續聲壓級不低于105dB，也就是說每一環繞區域不少于4只揚聲器。

根據各環繞揚聲器與RLP的距離，分別計算出各環繞揚聲器所需功率，選型時還需考慮角度和適當的功率冗余。具體計算方法參照前面銀幕主揚聲器的功率計算。

2.3.2 數量

沉浸式還音系統與傳統意義上的多聲道還音系統相比，環繞揚聲器的布置變化是最大的，不僅在觀眾廳首排座椅和銀幕之間的空間安裝環繞揚聲器，在觀眾廳天棚頂部增加了二組揚聲器（左頂環、右頂環）。下面根據在沉浸式還音系統設計的實踐談一下環繞揚聲器數量的選擇。本案例（1號廳）建筑尺寸為:銀幕邊沿距觀眾廳后墻長21.5米、影廳后墻寬19.3米、第一排觀眾距觀眾廳后墻15米。左右側環繞揚聲器的推薦數量各為8只，最小數量為6只。本案例在結合側墻裝修美觀等因素，側環最終每組選用7只；頂部環繞揚聲器數量的選擇與側環揚聲器數量一致，選用7只。后墻環繞揚聲器數量的選擇也同側環的數量選擇一樣，根據設計推薦數量為5只－7只，案例中后環選用6只。

2.3.3 安裝位置及指向

2.3.3.1 后環揚聲器安裝高度

根據本案例的實踐，在所有揚聲器安裝高度基本一致的情況下，能很好地保持整個座位區域的良好覆蓋，推薦安裝高度為影廳寬度的1/4。如1號廳建筑尺寸:銀幕邊沿距觀眾廳后墻長21.5米、影廳后墻寬19.3米、第一排觀眾距觀眾廳后墻15米。理論計算可以得出后環揚聲器安裝高度為4.8米（19.3/4），安裝時可根據現場實情做微調，但必須在保證良好覆蓋的前提下。

2.3.3.2 后環揚聲器的安裝間距

揚聲器的安裝間距推薦在W/N與W/（N－1）之間，W——影廳寬度、N——后環揚聲器數量。最邊沿揚聲器與側墻的距離在揚聲器間距的50%－100%之間。根據理論計算并結合現場實踐，最終1號廳后環的安裝高度為4.3米（相對于RLP點）、水平間距2.9米、最邊沿揚聲器距側墻2.4米，如圖5示。

圖5 后環揚聲器安裝位置

2.3.3.3 側環揚聲器安裝高度

在本案例中，所有側環揚聲器安裝在從銀幕主揚聲器聲軸中心與后墻環繞揚聲器所連成的一條直線上，達到最佳的安裝位置。高度位置允許有一定的誤差，允許與這條直線高度有±25%的誤差范圍，如圖6所示。

圖6 頂環、側環揚聲器安裝位置

2.3.3.4 側環揚聲器安裝間距

左右側環繞揚聲器成對安裝、間距一致。側環第一個揚聲器距銀幕邊沿的距離為L/N與L/2N之間，同樣最后一個揚聲器距后墻的距離為L/N與L/2 N之間，L——影廳長度，N——側環（單側）揚聲器數量。揚聲器之間的距離為最前與最后揚聲器之間的距離除以（N－1），允許誤差±10%。根據技術要求結合現場實情，最終1號廳側環的水平間距2.8米、距銀幕最近揚聲器1.7米，后墻最近揚聲器距后墻2.8米。

2.3.3.5 側環與后環的水平指向

所有環繞揚聲器均指向中心聆聽區（CLA），靠近CLA區域的揚聲器垂直指向CLA，其余揚聲器指向CLA最近角左右側相同。1號廳側環、后環揚聲器水平指向如圖4所示。

2.3.3.6 側環與后環的垂直指向

側環揚聲器的聲軸指向對面最邊沿觀眾席，高度為觀眾坐姿時耳朵位置。后環揚聲器的聲軸指向首排觀眾席，高度為觀眾坐姿時耳朵位置。1號廳側環、后環揚聲器垂直指向見圖6。

2.3.3.7 頂環揚聲器的縱向與橫向安裝間距

在沉浸式還音系統設計的實踐所得，頂環揚聲器分左右二組陣列，對稱于銀幕中心線安裝，縱向安裝間距和左右側環一致，橫向間距對應于銀幕主揚聲器的左中、右中路，左頂環對準左中路、右頂環對準右中路，這是最小寬度要求。在本案例中根據設計要求結合現場條件，最終1號廳頂環的水平間距2.8米，距銀幕最近揚聲器1.7米，距后墻最近揚聲器距后墻2.8米。左、右頂環間距9.6米，對稱銀幕中心軸線布置，見圖4（Lts1－7、Rts1－7）。

2.3.3.8 頂環揚聲器的安裝高度

天棚頂部環繞揚聲器的仰角大于或等于（E/2）＋450，E是從RLP處測得的最近側環揚聲器仰角，如圖6示（E＝20度）。相對應的1號廳頂環揚聲器橫向角度不小于55度（45＋20/2），實際是56度，最終1號廳頂環的安裝高度為6.8米（相對于RLP點）。

2.3.3.9 頂環揚聲器的橫向與縱向指向

頂環揚聲器橫向指向:揚聲器和所對應的觀眾席的垂線與觀眾廳中心線之間的1/2位置。

頂環揚聲器縱向指向:所有頂部環繞揚聲器均指向中心聆聽區（CLA），靠近CLA區域的揚聲器垂直指向CLA，其余揚聲器指向CLA最近角，左右側相同，如圖6所示。

2.4 環繞次低頻揚聲器

沉浸式還音系統支持全頻段的環繞信號重現，所以在影廳內需配置環繞次低頻揚聲器，揚聲器成對配置、左右對稱。在本案中影院信號處理器支持低音管理信號的生成，稱低音管理系統。

2.4.1 聲壓級

環繞次低頻揚聲器聲壓級與銀幕中路主揚聲器聲壓級一樣，因此環繞次低頻揚聲器持續最大聲壓級不低于105dB。

2.4.2 安裝位置

環繞次低頻揚聲器安裝在觀眾廳后區側墻，與后墻的距離不小于1米，高度盡可能靠近天花板。如安裝在后墻，左右揚聲器的間距要大于銀幕主揚聲器左右路的寬度，與側墻的距離不小于1米。揚聲器距最近觀眾的距離不小于揚聲器到RLP位置的1/4距離。另外，環繞次低音揚聲器也可以安裝在銀幕后面，揚聲器間距大于銀幕左右主揚聲器的間距，與側墻距離大于1米。在1號廳中，配置了環繞低頻揚聲器1對，根據與RLP的距離計算所需功率，考慮到功率適當冗余，最終選用飛達的FD-118BMV（600 W/8Ω；靈敏度:101dB）揚聲器，安裝位置如圖4示，圖中Rsub為右側環繞低頻揚聲器。

通過上面的設計與選型，形成設備清單。在實踐中，如果考慮到距離的原因，側環和頂環距銀幕最近的揚聲器選用功率更大一些的型號。清單見表1。

表1 設備清單

以上就是沉浸式還音系統對各區域揚聲器的技術要求及安裝工藝要求。驅動每一路揚聲器的功放在滿足系統技術要求的同時，建議有3dB的冗余。

沉浸式還音系統設計到此基本完成。可將設計的揚聲器點位圖、設備配置表等資料發給相關的供應商或工程師進行方案審核，原則上通過審核后方可施工。后期還需經過設備安裝、調試、測試等環節。

3 小結

從這次實踐中可以感受到，沉浸式還音系統技術規范是一個寬泛性的要求，不能剛性地去照搬，要根據場地的實際情況進行合理微調。

例如側環揚聲器數量，根據空間尺寸側環數量為6－8只，實際選用幾只，需要結合裝飾造型，空調、消防等設備布置。本案例中選用7只，一是側墻揚聲器安裝位置不影響側墻裝飾造型，二是頂部揚聲器和空調、消防設備不干涉。而選用6只或8只的時候，要么是和裝飾造型有沖突，要么和空調、消防設備位置有沖突。

又如環繞低音揚聲器的安裝位置，環繞低音揚聲器的作用是補充和加強后區低頻部分，安裝位置應該靠近觀眾廳后區。本案例中環繞低音揚聲器的安裝位置，一是距后墻大于1米，二是不遮擋側墻揚聲器發聲，三是不和內裝飾沖突。

所以，如何合理、科學地進行沉浸式還音系統設計很重要，不僅要配置合理的沉浸式還音系統技術方案，還要做好工藝設計。揚聲器的安裝既符合規范的要求也和影廳裝修風格、造型有完美的結合，讓觀眾有好的聽覺體驗的同時有好的視覺體驗。