用智能放大器模塊實(shí)現(xiàn)家庭影院音效的設(shè)置和優(yōu)化

隨著先進(jìn)的音視頻技術(shù)的發(fā)展，人們對家庭影院的音效體驗(yàn)提出了越來越高的要求，傳統(tǒng)的家庭影院的設(shè)置和優(yōu)化容易出錯(cuò)，且不能滿足音效最優(yōu)化。本文分析了在家庭影院中存在的這些問題及挑戰(zhàn)，并介紹了采用D2Audio智能放大器模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)置、分析和優(yōu)化的方法。

從首部“有聲電影”誕生之日起，電影制片商一直在努力提高電影的聲音效果。不僅影院在不斷追求最佳音響效果，消費(fèi)電子市場也開始嘗試在家庭中再造這種影院音響體驗(yàn)。由于新技術(shù)要求在數(shù)據(jù)存儲媒介上記錄額外的聲道數(shù)據(jù)，人們開發(fā)出各種方法來壓縮這些音頻內(nèi)容，以節(jié)省存儲空間。

在起居室中再造這種新型音響體驗(yàn)的主要設(shè)備包括：DVD播放機(jī)、多聲道音視頻接收機(jī)、或多聲道預(yù)放與多聲道功放組合、以及各種具有影院效果的高性價(jià)比音箱等，這種影院效果還包括采用更大的視頻監(jiān)視器。今天的家庭影院集中了超亮DLP、LCD或D-ILA前投、DLP、LCoS 或LCD背投電視或PDP及LCD平板電視。這些產(chǎn)品組成了一種新的家庭娛樂產(chǎn)業(yè)，并稱為“家庭影院”。

提供這種新型娛樂體驗(yàn)的最初產(chǎn)品極為昂貴，但目前廠家已經(jīng)開發(fā)出價(jià)格適中的套裝產(chǎn)品，并開始出現(xiàn)在每一個(gè)家庭的起居室、家庭活動(dòng)室、游戲室、視聽室。很明顯，娛樂體驗(yàn)在很大程度上取決于這些產(chǎn)品的質(zhì)量、以及合理地再現(xiàn)當(dāng)初創(chuàng)作娛樂內(nèi)容的影院環(huán)境的能力。

對于大多數(shù)消費(fèi)者來說，建立這樣一種包含這么多聲道、這么多揚(yáng)聲器及不同音頻記錄格式的復(fù)雜系統(tǒng)，遠(yuǎn)超出其自身的理解力。因此，有必要建立一種基于家庭環(huán)境的新型音響體驗(yàn)系統(tǒng)。

建立高質(zhì)量影院系統(tǒng)存在的問題

要了解如何獲得最佳的音響體驗(yàn)，首先要了解最初錄音時(shí)的意圖。此過程包括創(chuàng)造出伴有視頻呈現(xiàn)的適當(dāng)多維聲場和為混合多聲道音頻以在有限的聲場中定位目標(biāo)、對象及聲音兩個(gè)部分。首先是創(chuàng)造出伴有視頻呈現(xiàn)的適當(dāng)多維聲場：盡管圖像位于影院的前方，錄音師必須創(chuàng)造出電影中的動(dòng)作是發(fā)生在整個(gè)多維空間的錯(cuò)覺，這些動(dòng)作很多并不在屏幕顯示范圍內(nèi)，例如在觀眾看到飛機(jī)出現(xiàn)在屏幕頂部以前即在其身后出現(xiàn)飛機(jī)的聲音。這種技術(shù)已經(jīng)成熟，目標(biāo)、對象及聲音均能被精確地定位于多維聲場內(nèi)。在攝影棚里的所有揚(yáng)聲器都與頻率、響度及相位響應(yīng)精確匹配。錄音師位于房間中央，且與每一揚(yáng)聲器的距離均為可控。揚(yáng)聲器的布置也受到嚴(yán)格控制，以與劇場中的現(xiàn)場特征相匹配。每一揚(yáng)聲器位置的改變都會(huì)引起聲壓或響度的改變，并改變聲音抵達(dá)錄音師位置所需的時(shí)間，及時(shí)的微調(diào)可改善決定聲音位置的聽覺失真。

在影院環(huán)境中，可采用大量揚(yáng)聲器來優(yōu)化音響效果，每一個(gè)揚(yáng)聲器都經(jīng)過最佳定位并專用于某一特定聲道。這種環(huán)境類似于下面介紹的環(huán)境，而這種采用眾多聲道及揚(yáng)聲器的方法，既提供更大的劇場空間，同時(shí)又不犧牲多維音響體驗(yàn)。

正如您將從此示例中看到的，該環(huán)境被設(shè)計(jì)及規(guī)定用來提供最佳的音響體驗(yàn)，而這在受空間及成本局限的起居室實(shí)現(xiàn)中并不多見。此外，還必須將音視頻內(nèi)容壓縮到整個(gè)存儲空間中，以便能更方便及更加經(jīng)濟(jì)高效地為消費(fèi)者提供這些內(nèi)容。音視頻內(nèi)容壓縮采用有損(非熵保留)及基于變換的壓縮算法。因此，新的家庭影院設(shè)備不僅需要提供高帶寬視頻及多聲道音頻，而且還需要擁有額外的解壓縮能力來復(fù)原被壓縮的視頻及多聲道音頻信號。

錄音過程的第二部分即為混合多聲道音頻以在有限的聲場中定位目標(biāo)、對象及聲音。如想要將音頻混合成能與家庭影院環(huán)境相兼容，則需將其混合成雙聲道(立體聲)、6聲道(5.1多聲道)或8聲道(7.1多聲道)，并采用有損壓縮方案來壓縮。Dolby Digital、DTS及其它行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所定義的多種壓縮技術(shù)增加了音頻設(shè)備的復(fù)雜度以及設(shè)置選項(xiàng)。

下面介紹一種典型的家庭影院環(huán)境，該環(huán)境擁有可在解壓縮及放大至適當(dāng)音量后再現(xiàn)多聲道音響效果的典型揚(yáng)聲器配置。在此特定情況下，解壓縮技術(shù)采用可提供8個(gè)聲道音頻內(nèi)容(7個(gè)聲道全帶寬音頻和承載超低頻的第八聲道)的Dolby Digital EX。為保持針對影院創(chuàng)造的攝影棚的設(shè)置，相對于視頻內(nèi)容將聲道提前或滯后，以確保聲音抵達(dá)聽眾位置后能與銀幕上的畫面同步。須注意的是，相對于公共影院而言，家庭影院環(huán)境中的揚(yáng)聲器數(shù)量要少得多。如果想要保持多維攝影棚的音效，則這種局限將使揚(yáng)聲器的布置變得極為關(guān)鍵。

大多數(shù)家庭影院的主要問題仍然是視聽室本身，盡管越來越多的家庭擁有為家庭影院設(shè)計(jì)的專用視聽室，但家庭視聽室的面積遠(yuǎn)小于500個(gè)座位的影院，因此不可能有精確的揚(yáng)聲器布置。圖2顯示一種典型的影院及8聲道(7.1)音響環(huán)境揚(yáng)聲器布置。為將其與原始影院錄音環(huán)境聯(lián)系起來，有必要了解如何將公共電影院中的眾多揚(yáng)聲器“映射”到家庭影院環(huán)境中(如圖3所示)。

家庭影院的設(shè)置與優(yōu)化

在家庭視聽室條件下創(chuàng)造出完美的視聽環(huán)境，其過程可分成以下兩步：

1. 設(shè)置或配置；

2. 聲音優(yōu)化。

這些多聲道系統(tǒng)的復(fù)雜性使得難以保證每一步都能正確完成，很容易犯可能嚴(yán)重影響視聽環(huán)境的簡單錯(cuò)誤。設(shè)置任務(wù)包括：

1. 揚(yáng)聲器連接－揚(yáng)聲器是否已與放大器物理連接？

2. 揚(yáng)聲器位置－揚(yáng)聲器是否被放置在正確的空間位置上？

3. 揚(yáng)聲器相位(或極性)－揚(yáng)聲器連接線是否正確連接？

4. 揚(yáng)聲器規(guī)格－揚(yáng)聲器規(guī)格是大還是??？是否能重現(xiàn)低音頻？

5. 揚(yáng)聲器音量(音量－SPL)－每個(gè)揚(yáng)聲器的音量設(shè)置是否正確？

如果這些工作都由消費(fèi)者自己來完成，則出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率很大。即使每一位用戶都能仔細(xì)閱讀用戶手冊，但這些任務(wù)的正確實(shí)施步驟在用戶手冊中也很少能十分清楚地解釋。

設(shè)置任務(wù)完成后，即可執(zhí)行聲音優(yōu)化任務(wù)。這可能需要用昂貴的設(shè)備進(jìn)行長達(dá)數(shù)小時(shí)的單調(diào)工作才能完成，如果沒有專用及特殊設(shè)計(jì)的環(huán)境，用于家庭影院的房間很少能擁有攝影棚的真正形狀，且采用的空間結(jié)構(gòu)可能不允許進(jìn)行最佳的前置及環(huán)繞揚(yáng)聲器布置。將重低音揚(yáng)聲器放在墻角或緊貼墻壁放置，可導(dǎo)致其發(fā)出的低頻聲音增強(qiáng)至令人討厭及不舒服的程度。視聽室的大小及形狀常常會(huì)在低頻上導(dǎo)致共振駐波，并因此而導(dǎo)致低頻聲音不是被消弱就是被增強(qiáng)。這些共振的位置或地點(diǎn)隨頻率及視聽室的大小及形狀而改變。我們的目標(biāo)是保證在主要收聽位置或“最佳點(diǎn)”上能聽到原始攝影棚的最佳重現(xiàn)，并使該“最佳點(diǎn)”盡可能地大。此外，每個(gè)揚(yáng)聲器及其頻響也會(huì)影響最終的音響效果。

優(yōu)化任務(wù)包括：

1. 產(chǎn)生共振及揚(yáng)聲器異常時(shí)的收聽面積分析；

2. 揚(yáng)聲器均衡；

3. 室內(nèi)模式及共振校正。

為幫助校正上述所有不理想條件，家庭影院設(shè)備廠商已開始為消費(fèi)者提供一組內(nèi)置校正工具。

設(shè)置、分析及優(yōu)化模式

正如示例所示，D2Audio智能放大器模塊可提供以下校正能力，該模塊是這些新型家庭影院放大器系統(tǒng)中的主要組件。以下為這種智能放大器模塊的相關(guān)功能，它們與上述問題及配置任務(wù)有關(guān)：

1. “設(shè)置或配置”模式

根據(jù)由“揚(yáng)聲器檢測”算法所檢測到的揚(yáng)聲器，作出以下關(guān)于系統(tǒng)配置的假設(shè)：

已檢測 配置

立體聲(左、右)

左/右、重低音 2.x

左/右/中、重低音 3.x

左/右/中/左環(huán)繞/右環(huán)繞、重低音 5.x

左/右/中/左環(huán)繞/右環(huán)繞/后置、重低音 6.x

左/右/中/左環(huán)繞/右環(huán)繞/左后環(huán)繞/右后環(huán)繞、重低音 7.x

其中“x”為系統(tǒng)連接的重低音揚(yáng)聲器數(shù)。此算法的結(jié)果將用來指導(dǎo)該算法的其余部分，因此首先完成。

在“設(shè)置或配置”模式下，該算法其余部分的執(zhí)行順序可任意安排，因?yàn)檫@些算法的結(jié)果全都獨(dú)立。

“揚(yáng)聲器位置”將相對于收聽者的位置確定。此位置信息將用來計(jì)算必要的延遲，以將揚(yáng)聲器“虛擬放置”于相對其實(shí)際物理位置的最佳收聽位置上。如圖5中的“揚(yáng)聲器位置”校正舉例所示，如果將揚(yáng)聲器實(shí)際放置在靠右邊的位置上，則“揚(yáng)聲器位置”算法將通過增加延時(shí)來“虛擬地”將揚(yáng)聲器放置在“右邊”位置上，以適應(yīng)距離d與距離d'之間的差。

采用一種技術(shù)來確定連接在每一輸出通道上的揚(yáng)聲器規(guī)格，這將能確定每一揚(yáng)聲器的適當(dāng)頻響，及重低音揚(yáng)聲器與其周邊揚(yáng)聲器之間的適當(dāng)功率分配。優(yōu)化揚(yáng)聲器規(guī)格有助于優(yōu)化所需的系統(tǒng)整體功率以及放大器功耗。此步驟還有助于確定將在其中測試“室內(nèi)模式”均衡的頻率范圍。

在設(shè)置任何音視頻系統(tǒng)時(shí)最容易出錯(cuò)的是將揚(yáng)聲器接線柱上的連線接反，這種錯(cuò)誤通常是將放大器輸出的正(+)端與揚(yáng)聲器的負(fù)(-)端連接、同時(shí)將放大器輸出的負(fù)(-)端與揚(yáng)聲器的正(+)端連接。連接揚(yáng)聲器時(shí)的“異相”所導(dǎo)致的結(jié)果是，系統(tǒng)音響將由于收聽位置上的某些特定聲音頻率(尤其是低音頻)被“消弱”而導(dǎo)致效果不佳。“揚(yáng)聲器相位”算法可檢查揚(yáng)聲器連接是否正確，并對任何不正確連線發(fā)出告警。

所有揚(yáng)聲器都在適當(dāng)收聽音量上經(jīng)過單獨(dú)測試，并與決定每一揚(yáng)聲器相對“音量”的預(yù)定SPL比進(jìn)行比較。此SPL比率與上面確定的揚(yáng)聲器規(guī)格有關(guān)，且可由消費(fèi)者來自行設(shè)定。

2. 分析模式

完成“設(shè)置或配置”模式后，即可執(zhí)行“分析”模式。如果系統(tǒng)解決方案中的“揚(yáng)聲器均衡”不理想，則可能需要在執(zhí)行多聲道音響系統(tǒng)“分析”模式以前運(yùn)行這些算法。請注意，如果不使用頻響相當(dāng)平坦的麥克風(fēng)，則需要為算法提供麥克風(fēng)頻響以進(jìn)行麥克風(fēng)補(bǔ)償及室內(nèi)特征化。

分析帶有低音揚(yáng)聲器的系統(tǒng)時(shí)，算法必須能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所連接的超重低音揚(yáng)聲器。這很必要，以便達(dá)到所需的寬頻響指標(biāo)、并對帶有低音揚(yáng)聲器的系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，否則處理算法將不能對“駐波”進(jìn)行最佳修正。

“分析”模式分成以下三個(gè)步驟：

1. 將參考麥克風(fēng)放在第一位收聽者的位置上；

2. 啟用“分析”模式。啟用后，放大器模塊將產(chǎn)生適當(dāng)?shù)囊纛l信號，并通過在頻率范圍“箱(bin)”中捕獲麥克風(fēng)音頻來進(jìn)行相應(yīng)的測量。從麥克風(fēng)上捕獲適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)量后，計(jì)算任務(wù)會(huì)通知消費(fèi)者：位置1處的數(shù)據(jù)收集已完成。然后由處理器將所收集的數(shù)據(jù)存儲在預(yù)定號碼的“箱”中，再根據(jù)“箱”號及收聽者位置來進(jìn)行加權(quán)。

3. 接著再將參考麥克風(fēng)移至下一個(gè)聽者位置，重復(fù)步驟2。重復(fù)此過程測量數(shù)個(gè)收聽位置，再對每一位置上的測量值進(jìn)行檢查，并用前面所積累的樣本來進(jìn)行加權(quán)及平均。

4. 優(yōu)化模式

完成分析模式后，處理器將對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，并確定內(nèi)部均衡器的頻率位置、帶寬及衰減量，以對被測室內(nèi)特征進(jìn)行修正。任何揚(yáng)聲器或麥克風(fēng)補(bǔ)償都必須包含在以上校正的計(jì)算中。D2Audio公司的校正技術(shù)帶給您一種可自動(dòng)測量及精確優(yōu)化環(huán)繞立體聲參數(shù)、以提供最佳收聽體驗(yàn)的方便易用技術(shù)。

由于 “經(jīng)過優(yōu)化”的收聽環(huán)境是一種極為主觀及定性的結(jié)果，故每一位“收聽者”都需要評價(jià)這些技術(shù)的實(shí)用效能。對于實(shí)施這種自動(dòng)校正技術(shù)的效果有多好、以及其自動(dòng)化程度有多高存在多種不同的看法。很明顯，上述D2Audio技術(shù)肯定能為消費(fèi)者提供必要的工具來創(chuàng)造這種收聽體驗(yàn)，且它們在實(shí)施過程中消費(fèi)者的操作更簡便。