家庭版全景聲混錄棚系統搭建
——以北京電影學院聲音學院家庭版全景聲混錄棚為例

宋 碩

(北京電影學院聲音學院,北京 100088)

從2004 年Iosono和NHK22.2 多聲道系統的提出,到2009 年Iosono 系統安裝于電影混錄棚,針對影院的沉浸式音頻系統開始出現,Auro-3D、Imm Sound等制式逐漸走進人們的視野。直到2012年6月,隨著影片 《勇敢傳說》 (Brave)的上映,杜比實驗室才發布了自己的沉浸式音頻制式——杜比全景聲Dolby Atmos。雖然發布時間較晚,但在短短幾年的時間內,成為了發展最為迅速的沉浸式音頻制式。大約在2018年,杜比實驗室推出了針對藍光制作、電視廣播等應用范疇的家庭版全景聲混錄棚認證服務。

北京電影學院聲音學院于2017年建設了三間家庭版全景聲混錄棚,采用矩形7.1.4方式音箱布局,參照標準為杜比實驗室家庭版全景聲建設的相關建議,如圖1 所示。為了畫面還放的尺寸相對更大,畫面的還放選擇了激光投影+透聲銀幕的方式。

圖1 杜比家庭版全景聲矩形音箱布局方式①

1 配套工藝設計及設備選型

筆者對于家庭版全景聲混錄棚工藝設計的定位,希望能夠接近聲音學院全景聲電影混錄棚的系統,系統架構相對一致,便于維護,因此首先確定了控制臺配合音頻工作站的基本架構。

1.1 音頻工作站

音頻工作站方面,根據聲音學院教學需要,配備了Avid Protools Ultimate 和Steinberg Nuendo兩種數字音頻工作站。在音頻工作站接口方面,選擇了DAD AX32音頻接口。選擇此接口的原因,主要是看中它的靈活性。AX32除了自身帶有Digilink接口,可與Avid Protools HDX 音頻工作站板卡直接連接使用外,其自身音頻矩陣處理能力極強,可同時對上千路音頻信號進行輸入、輸出處理,帶有8個擴展槽位,并且擴展卡種類多。在家庭版全景聲混錄棚內使用,如需要增加多臺還音工作站和錄音工作站同時工作,通過擴展卡與音頻工作站聲卡直連即可。如系統中需臨時增加聲處理設備,也直接與AX32連接,在軟件內進行信號路由即可。

1.2 控制臺

控制臺型號選擇與全景聲電影混錄棚一致的Avid S6 M40,但縮小了臺面的規模,也定位為單工位工作模式。與電影混錄棚型號一致,可讓學生在預混階段提前接觸熟悉與終混階段相近的工作環境。此外,在系統維護方面,當某些模塊出現故障可互相作為備件進行補充。

監聽系統通過Eucon 協議控制DAD AX32 或DAD DX32音頻接口,實現信號源的選擇、監聽控制等功能。系統在設計和進行設備采購時,當時DAD AX32還未推出現在的SPQ Speaker Processor選配卡,如果希望在每個監聽通路使用房間均衡進行頻譜修正的話,使用BSS 公司的BLU-800 系列產品相對簡單。BLU-800 系列也可選配相應的配件,通過觸摸屏對監聽系統實現Dim、Mute,以及每個監聽通路的Solo等功能,但是需要編寫相應程序,此外由于觸摸屏尺寸及分辨率的限制,需要進行翻頁操作。而通過Eucon協議,從Avid S6 M40 Master模塊進行監聽控制的話,可將同樣功能映射到硬件按鈕,而且也基本避免了翻頁操作的情況。因此筆者選擇了通過Eucon協議進行監聽控制。

2 杜比實驗室家庭版全景聲混錄棚編碼方式

2.1 Dolby Atmos Production Suite (DAPS)

杜比的DAPS 軟件是最先推出的編碼器軟件,只能裝在音頻工作站的主機里作為插件來使用,而且會和音頻工作站一起占用電腦CPU 進行運算處理。但是目前杜比實驗室的DAPS 只支持蘋果系統,而且只支持作為插件來使用,只能通過Dolby Audio Bridge或者發送/返回模式進行音頻信號的路由。目前基于蘋果系統的Avid Protools Ultimate工作站安裝了此插件。

2.2 Dolby Atmos Mastering Suite (DAMS)

杜比DAMS編碼器為一臺獨立的硬件設備,具有物理的數字音頻輸入輸出端口,可支持128通路音頻輸入及128路音頻輸出,因此也就解決了不同平臺的支持問題。由于是獨立的設備,所以它的運算和處理不會和音頻工作站爭奪資源。此外,和DAPS軟件相比,目前DAMS軟件支持房間均衡功能,也支持音箱的陣列方式。

與杜比實驗室之前的編碼器不同,它可由用戶自行搭建硬件設備,運行杜比DAMS軟件。對于杜比全景聲家庭版編碼器DAMS的配置,杜比實驗室給出了一些基于蘋果系統和Windows系統的推薦配置。

筆者出于實驗測試的目的,自行搭建了一臺DAMS編碼器。筆者自行搭建的編碼器選擇基于PC 平臺,因為蘋果系統除了目前最新的Mac Pro主機以外,其他型號的主機均不配置擴展插槽用來安裝其他硬件板卡。而最新的Mac Pro主機價格較高,使用其他型號的主機勢必要搭配第三方廠家的硬件擴展設備,系統連接方面略顯復雜,相關兼容性等也帶來一定的隱患。因此筆者選擇了PC 平臺來進行測試。筆者用于實際測試的PC 主機配置如下:惠 普Z8 G4 工 作 站,Inter (R)Xeon (R)Bronze 3106 CPU@1.70GHz,16GB 內存,Windows 10 64位專業版操作系統。

DAMS原則上支持基于ASIO 的聲卡,杜比實驗室給出基于PC系統的聲卡推薦配置有RME HDSPe MADI和Focusrite Dante PCI-e。筆者測試了其他幾款支持ASIO 的聲卡,有些聲卡與DAMS軟件存在兼容性問題。筆者著重介紹兩款聲卡的測試結果:RME HDSPe MADI FX 和Audinate PCIe-R Dante。

杜比實驗室推薦的RME HDSPe MADI在采樣頻率為44.1k Hz/48k Hz的情況下,MADI音頻通道數量為64路,在家庭版全景聲編碼器要實現最多128路輸入的情況下,必須要兩塊HDSPe MADI卡級聯使用,而且還需要配置TCO 選配卡來實現LTC時間碼輸入。HDSPe MADI FX 卡本身在采樣頻率為44.1k Hz/48k Hz的情況下最多可同時支持3組MADI數字音頻信號,也就是192路音頻同時輸入、輸出,但是它不支持TCO 選配卡,但是在杜比DAMS 家庭版全景聲編碼器中,可以選擇由HDSPe MADI FX 的MIDI通道獲取由LTC 轉換成的MTC時間碼信號。經過多次長時間測試,杜比DAMS 編碼器對HDSPe MADI FX 聲卡的兼容性不好,問題主要為提示對于音頻的緩存錯誤,而且會有斷音的現象,通過MIDI通道獲取MTC來跟隨音頻工作站進行同步沒有問題。

圖2 杜比實驗室DAMS硬件渲染編解碼器推薦配置②

筆者測試的另一款聲卡,是基于Dante的網絡音頻聲卡,但不是杜比實驗室推薦的型號。它和杜比實驗室推薦的Focusrite Dante PCI-e聲卡一樣,在采樣頻率為44.1k Hz/48k Hz的情況下可以支持128路數字音頻同時輸入、輸出。由于總共只有128路數字音頻輸入,只能占用其中1路Object音頻通道用來傳輸LTC時間碼信號。在筆者用于測試的主機上,安裝Audinate PCIe-R Dante聲卡,使用杜比全景聲編碼軟件DAMS 時可正常進行工作,對于CPU 的占用率與杜比推薦配置主機運行DAMS軟件幾乎一致。經超過1個月測試,未發現異常現象。

3 聲音學院家庭版全景聲混錄棚系統架構調整

聲音學院家庭版全景聲混錄棚系統架構主要經歷了以下幾個階段的改變:

3.1 純軟件方式,工作站安裝DAPS編碼軟件

聲音學院家庭版全景聲混錄棚于2017年系統安裝完成,當時進行家庭版全景聲的編碼有兩種方式,一種為純軟件的DAPS方式,另一種為使用影院全景聲渲染編碼器RMU。由于影院全景聲編碼器RMU 為使用單位從杜比實驗室借用方式,只有通過杜比實驗室全景聲電影混錄棚認證的混錄棚才配備,對于每個小型家庭版全景聲系統來說都使用影院版的RMU 不太現實,因此,筆者在進行系統設計時選擇了系統架構較為直觀、明了的方式,將系統分為順序的三大塊。如圖3 所示,圖中的Mac Pro安裝音頻工作站軟件、杜比DAPS軟件及DAD AX32音頻接口一起實際是一套完整的音頻工作站系統;BSS BLU-DAN 為網絡數字音頻格式轉換設備,與BLU-160組成了揚聲器管理系統,主要負責修正音箱的頻率響應曲線及音箱的延時調整;圖3中最右邊為按照7.1.4 制式排布的Meyersound Amie監聽音箱。系統這樣搭建的優勢在于線路清晰,遇到技術問題時便于排查。

圖3 聲音學院家庭版全景聲制作系統使用Dolby DAPS編解碼軟件方式

但其缺點也很明顯:杜比DAPS軟件只支持蘋果系統,且為單機模式,不能用于系統中基于Windows系統的Steinberg Nuendo 音頻工作站,以及較復雜混錄工作中多臺還音工作站協同工作的場景。此外,它和音頻工作站軟件安裝于同一主機內,使用時會和音頻工作站軟件爭奪CPU 等資源。如果使用發送SEND/返回RETURN 模式進行信號路由的話,還需要用到音頻工作站自身的延時補償功能(Delay Compensation)。但音頻工作站延時補償的量是有限度的,如果工程本身音床 (Bed)和對象(Object)數量較多,再加上使用插件較多的情況,可能會引起超過延時補償限度的問題,在這種情況下只能通過減少插件數量來解決,沒有其他解決辦法。

3.2 系統中加入DAMS全景聲編解碼器,保證監聽控制功能,占用Object通道

家庭版全景聲混錄棚第二次系統調整,是在2018年末至2019年初杜比實驗室推出DAMS軟件及給出相應渲染器推薦配置后。筆者先進行了前文提到的渲染編解碼器的搭建測試。測試完成后,對系統進行了相應的調整。圖4中的白色部分表示與之前DAPS系統架構相比增加的設備。除了硬件的DAMS編碼器外,在音頻工作站系統中增加了另外一臺接口DAD DX32,用來擴展64通路音頻工作站輸入、輸出通道數量,以及64通路Dante網絡音頻數量 (系統搭建時DAD 還未推出后來的Digilink I/O 擴展卡及128 通路Dante網絡音頻 擴 展 卡)。 增 加 的 Avid SYNC HD 同步器用來輸出工作站內部的LTC 時間碼。Video Devices PIX 270i原來在系統中作為外接的畫面還放硬盤錄像機使用,由于其自身接口配置齊全,此次調整中,還作為模擬音頻信號轉換為數字音頻信號的轉換器來使用,把來自SYNC HD 的LTC時間碼轉換為AES/EBU信號,再由AX32轉換為Dante信號。

圖4 聲音學院家庭版全景聲制作系統使用Dolby DAMS編解碼器方式

此次系統調整,總體架構相當于將杜比DAMS編碼器作為獨立的外接設備 “插入”進系統,沒有改變整個系統的實際布局。音頻工作站依然可以通過Eucon協議具有監聽控制的功能。此外,可以讓系統中使用Yamaha AIC128D 作為聲卡的Nuendo音頻工作站,直接通過Dante網絡音頻信號,也使用杜比DAMS渲染器進行編碼工作。

在調整后的系統中,唯一的問題在于監聽需要占用12路從DAD AX32輸出的網絡音頻通道,因此DAMS 實際音床(Bed)和對象 (Object)的輸入通道數量是116 個。從理論上來講,絕大多數的影片制作應該是夠用的。但對于像杜比實驗室測試工程文件,包括考慮到極端情況下杜比DAMS編碼器需要128通路輸入,所以筆者又進行了第3次系統的調整。

3.3 系統中加入DAMS全景聲編解碼器,增加轉換器,保證監聽控制功能,不占用Object通道

第3次調整的方式,對比上一版方案增加了一臺Jetsen BAR300轉換器,用來將從DAD AX32輸出的64通路MADI數字音頻信號轉換為64通路Dante網絡音頻信號。因為第2版方案的瓶頸在于,DAD AX32的Dante網絡音頻輸出信號總共只有64路,而整個系統的監聽鏈路必須由Dante信號轉換為BLU-LINK,因此必然會占用12 個Dante信號通路。而DAD AX32具有很強的音頻信號輸入、輸出能力,可將從音頻工作站來的64 路音頻信號從AX32 的其他端口輸出,避開其64路Dante信號輸出的限制。因此筆者選擇了AX32的MADI輸出端口,再使用BAR300將MADI 信號轉換為Dante 信號后,送入杜比DAMS編碼器。DAMS的12路輸出信號通過Dante再返回給AX32,經過AX32的監聽控制功能進入監聽鏈路。

圖5 聲音學院家庭版全景聲制作系統使用Dolby DAMS編解碼軟件方式改進后

經過此次調整,可使DAMS編碼器具有127路音頻信號輸入能力(剩余1路作為LTC時間碼信號輸入用來同步),而且系統中用Eucon協議進行監聽控制的功能正常使用。在正常制作不需要使用DAMS編碼器的情況下,可便捷切換音頻工作站輸出信號至監聽通路。

4 小結

聲音學院家庭版全景聲混錄棚的搭建經過幾次系統調整,目前已趨于穩定的工作狀態。當然,現在的系統架構并非當下“絕對優化、簡化”的方案,而是根據聲音學院當時具有的設備及相關配置,進行優化的系統方案。隨著音頻設備的不斷升級和改進,前文提到DAD 公司后來推出了SPQ Speaker Processor卡、Digilink I/O 擴展卡、128通路Dante網絡音頻擴展卡以及Avid公司之后推出的MTRX Studio音頻接口等,都可以進一步簡化系統的架構。音頻技術的發展方向,是系統趨于簡化,工藝更加合理,這樣才能保證系統的穩定性和可靠性。筆者希望通過這篇文章,介紹一些系統搭建的思路,以及考慮問題的方法,起到拋磚引玉的作用。?

注釋

①圖片來源于杜比實驗室國際有限公司2019年1月30日發布的 《杜比全景聲家庭版混錄棚認證指南》第6頁。

②圖片來源于杜比實驗室國際有限公司2020年10月7日發布的 《杜比全景聲渲染器V3.5版本 發布說明》第28頁。