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解析环绕声系统

  杜比环绕、AC-3等近来在一些报刊上有过介绍,但介绍得比较笼统,有的根本就没有分清杜比环绕和AC-3的区别,或者认为是一回事。因此下面将杜比环绕、杜比AC-3等一些与音频有关的概念作一介绍。

杜比环绕
  虽然杜比环绕对于电脑爱好者来说比较陌生,但它并不是什么新的概念和技术,它是美国杜比公司研究发明的用于处理影院音频系统的专利技术。早在70年代后期,该公司就将杜比立体声(Dolby Stereo)专利技术应用于35mm电影的影院系统,标志着影院多声道系统的真正开始。此后杜比公司又不断改进,推出了杜比环绕、杜比定向逻辑等一系列的音频处理技术,用于电影院和家庭影院中。
  杜比环绕技术的核心是对音频信号的4-2-4编码解码技术。即在录音时,把原来的左、右、中、环绕四个声道的信号通过特定的编码手段将其合成为二个声道的复合信号;在还原声音时,通过解码器将二个声道的复合信号解码还原成原来的四个声道信号。这样做的好处是显而易见的:能够完全兼容原有的双声道立体声系统。
  由于杜比环绕技术经历了不断改进和从专业电影院应用到家庭影院的发展过程,所以其名称和标志也有多种,常常使人困惑,现将常见的几种列出如下:
  Dolby Stereo:杜比立体声。这是最早(1976年)用于35mm电影的杜比矩阵四声道技术,为了与传统的双声道立体声区别而命名;
  Dolby Stereo SR:这是1987年推出的对Dobly Stereo的改进型,主要是克服Dolby Stereo声道隔离度不好的缺陷,采用了杜比矩阵四声道SR型编解码技术,而Dolby Stereo采用的是杜比矩阵四声道A型编解码技术;
  Dolby Surround Basic:杜比环绕。前面介绍的两种杜比技术是应用于专业电影院的,20世纪80年代初杜比公司又将其发展为应用于家庭影院系统。由于民用产品在价格上必须大大低于专业产品,所以采用的技术及解码设备都有所不同,Dolby Surround Basic只有左、右、环绕三个声道;
  Dolby Surround Pro.Logic:杜比定向逻辑。这是杜比公司于1987年推出的,由Dolby Stereo SR发展而来的用于家庭影院的杜比技术,它克服了Dolby Surround Basic因采用廉价解码器而带来的部分声音信号丢失等缺陷,而且与专业影院系统一样含有四个声道,在解码器中使用了一种方位增强电路,故称为杜比定向逻辑。
  目前的家庭影院杜比解码器基本上都采用的是杜比定向逻辑四声道解码技术,但习惯上人们并不严格加以区分,仍然称其为杜比环绕。

杜比AC-3
  杜比AC-3,也称Dolby Digital(杜比数字),它与前面介绍的杜比环绕技术最根本的区别是:杜比环绕处理的是模拟音频信号,而AC-3处理的是数字信号。AC-3目前被广泛用于DVD影碟中,美国的高清晰度电视也采用AC-3作为音频标准。
  AC-3音频系统是全音域的5.1声道系统(五个声道的频率响应都为20Hz~20KHz,±0.5dB),这五个声道是左、右、中、左环绕、右环绕,5.1声道中的.1声道是超重低音声道,频响范围为20Hz~120Hz。AC就是Audio Coding(音频编码)的意思,AC-3将5.1声道的数字音频信号经过压缩编码以后形成单一的比特流,在还原声音时,通过AC-3解码器将比特流解码还原成5.1声道的音频信号。由于编码解码器处理的是数字信号,所以就不会出现杜比环绕技术中的声道分离度不佳等缺陷。
  AC-3是如何对音频信号进行压缩的呢?它是采用了一种称为ATC的第三代感觉编码技术,利用人耳的听觉效果来达到压缩信息的目的。举例来说,假设在你的周围有两个声音频率相近的人在讲话,其中一个声音很大而另一个声音较小,那么你就听不到较小的声音,这就是人耳的遮蔽效应。AC-3在压缩编码时,通过分析音频数据,将频率相近、音量较低的会被遮蔽的信息删除,将音量低于聆听界限的信息删除,这样将大量人耳听不到的音频信息去掉,达到压缩信息的目的。
  AC-3中的3是什么意思呢?当然表示序号啦!既然如此,也就有AC-1和AC-2。AC-1是杜比公司为DBS(直播卫星)而设计的,特点是解码器价格便宜,性能也较好,数据比特率为220Kbps~325Kbps;AC-2主要用于专业音响传输技术上,其压缩率和音质都比AC-1好,数据比特率为128 Kbps~192Kbps。 数字影院系统(DTS)
  如果说DTS还不为大家所熟悉的话,那么说到电影《侏罗纪公园》、《生死时速》,恐怕是无人不晓了吧。《侏罗纪公园》就是第一部采用DTS音频编码技术的具有多声道环绕效果的电影。
  DTS(Digital Theater System,数字影院系统),是DTS公司于1993年研究推出的全数字化多声道环绕声音频系统,采用了相干声学编码(CAC: Coherent Acoustics Coding)方式。DTS同AC-3一样具有全音域的5.1声道,但编码的压缩比为3∶1~4∶1,比AC-3(12∶1)低,所以能够比AC-3保留更多的音频信息,使得声场的层次性、细腻性等均优于AC-3,因此大有后来居上之势。实际情况也是如此,现在市场上的第三代DVD播放机均增加了DTS读取功能,采用DTS技术的DVD影碟也越来越多。

THX家庭影院系统
  20世纪80年代,美国卢卡斯电影公司为了改善影片在电影院的声音回放效果,制定了专供电影院使用的THX声音系统。之后,为了能在家庭环境中再现电影院里的完美音响效果, 在杜比定向逻辑解码器的基础上成功地开发出用于家庭影院的Home THX Audio 系统。THX并不是一种独立的声音回放系统,它是对经过杜比定向逻辑处理的立体声信号进行适当的后期处理, 以便获得定位更为准确、动态范围较大的更为真实的音响效果。THX实际是建立在杜比定向逻辑基础上的家庭影院音响系统标准。
  THX系统比杜比定向逻辑环绕系统中的解码器多了个THX控制器, 它由超低频电子分频 (Subwoofer EleGtric Crossover)、 再均衡处理 (Re-Equalizer)、 去相关处理 (De-Correlation) 和音色匹配处理 (Timbre Matching) 四部分组成。其中的超低频电子分频的作用是从左、中、右三个前置声道中分离出超低频声道,以增加这三个声道的动态效果。再均衡电路的作用就是对声音进行再次均衡, 使声音不过于明亮。去相关电路的作用是将输入的单声道信号用模拟的方式转换成左右两个声道, 使音响效果更具临场感。音质匹配电路的作用是修饰前置声道和环绕声道之间音色的差异,当声音从前方向两侧和后方移动时使聆听者感觉不到音色的变化。 数字声场处理系统 (Cinema DSP)
  这是日本YAMAHA公司研究杜比定向逻辑系统时开发的技术,Cinema DSP系统主要使用了DSP(Digital Sound Field Processing,数字音场处理)技术。它将输入信号通过音频信号处理器来模拟不同要求的环绕反射声,创造出模拟环绕混响声场。在实际的处理系统中,将各种类型的环绕声场,如音乐厅、电影院、教堂、体育场等特定声场的传播参数贮存在音频信号处理器的存储器内,使用时根据 AV放大器显示屏上的菜单来选择所需要的声场模式,并直接加到固定的杜比定向逻辑解码以后的环绕声上。它实际也是在杜比定向逻辑系统解码的基础上进一步的加工,使它具有更好的临场感。对于未经杜比定向逻辑系统处理的软件,如两声道的立体声通过 DSP处理,也可以增强它的立体声效果。高档的 Cinema DSP系统除设置左、中、后置环绕声音箱外,还在听者的前方两侧配置两个环绕声音箱,四个环绕声输出将使环绕声效果更加生动逼真。

3D环绕声系统
  3D环绕声是利用人耳听觉特性和听觉心理学, 把普通的立体声信号经过一定的处理,通过两只音箱获得真实三维空间感的立体声声场的系统。目前较为常用的3D环绕声系统有SRS、Spatializer、APX、QSound、Virtaul Dolby等。3D环绕声系统有三大优点:首先是对音源没有特殊的要求,无须对节目源进行处理;其次可以利用原来的双声道立体声,用两只音箱即可享受真实的环绕声效果;其三是对环境没有严格的要求。其缺点也是显而易见的,声音的定位准确性和空间感比不上前述声音系统。

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