20年多聲道音頻發展史：從5.1、7.1到三維沉浸式音效
鄧冠奇 影音CN
在立體聲還原方面，從最早期的採用兩隻揚聲器立體聲重播聲音開始，經過多年的技術發展，發展到如今採用多隻揚聲器來重播聲音的多聲道技術重播聲音。在這樣的發展過程當中，目的就是要還原出人類在自然界之中所聽到的各種聲音效果，簡單說就是還原真實的聲音。對於多聲道音頻技術而言，目前它被廣泛地應用在音樂製作、電影和電視廣播節目，甚至電子遊戲的音頻部分。從聲音效果製作的角度來看，多聲道音頻技術能給予音頻製作人員在音效製作上更多創作的空間。從聲音重播效果來看，多聲道音頻技術能給終端用家營造出接近於現場的聲音效果。
5.1聲道
在20年前，5.1聲道環繞聲是家庭影院音頻裡最常用的環繞聲技術，在家裡能擁有一套5.1聲道環繞聲的家庭影院系統在當時已經算是很了不起的事情了。但凡DVD碟的封套上面以及影音器材上面印有“Dolby Digital AC-3”、“DTS-ES”（DTS-ES Matrix）字樣，那都代表具備5.1聲道音效及處理能力。要組建5.1聲道家庭影院，需要支持5.1聲道輸出能力的播放機和AV功放。揚聲器方面至少需要6只揚聲器，分別是前置左/中/右聲道，左/右環繞聲道和低音聲道。其中，前置左右聲道主要負責電影背景音樂的播放，還有部分的環境聲效，中置聲道則主要負責人聲對白的播放，同時還能讓前方聲場的聲音連貫性更平滑，並能與左右聲道配合將聆聽區域範圍擴大化。環繞聲道側重於播放環境聲效，還有部分特定音效，並配合前方聲道來實現聲音的前後移動效果。低音聲道則重播低音效果聲道以及其他聲道的低頻部分，用來營造震撼的低頻效果。
儘管5.1聲道在現在看到是很老舊的環繞聲技術了，可是實際上5.1聲道在如今的生命力還是非常強的，畢竟它在系統的架構方面相對簡單得多且構建成本也相對便宜，特別是在普及型的家庭影院套裝產品裡面還是5.1聲道配置，而且電視廣播節目裡面的聲音依然採用5.1聲道（例如“我是歌手”、“中國好聲音”）製作。與此同時，不少在線電影的音效也是5.1聲道的。因此，我們能通過簡單直接且經濟實惠的價格就可以享受到環繞聲效果。
5.1聲道不僅僅應用在家庭影院系統裡面，SACD、DVD-Audio碟片也有采用5.1聲道音效的製作，也有相應的5.1聲道音頻系統進行播放。不過，對於音響發燒友來說，他們覺得兩聲道已經足夠，並不需要多聲道的方式來欣賞音樂。而且在很多發燒友心中，認為多聲道是家庭影院的專屬，所以多聲道的純音樂重播系統一直以來都沒有得到終端消費者的認可。
7.1聲道
在介紹7.1聲道之前，首先我們介紹一下6.1聲道。6.1聲道是在5.1聲道的基礎上加上一個後方中置聲道，其功能如同前方的中置聲道一樣，讓後方聲場的聲音連貫性更平滑，同時還有助於增強聲音的包圍感。但由於採用單一隻後方中置聲道回放聲音，這樣會對不在皇帝位的觀眾的聽感產生聲場偏差，這個偏差會讓皇帝位兩邊的觀眾在聽感上覺得聲場靠左或靠右，導致聲場沒有立體感。所以，後來發展成兩個後置環繞聲道，變成7.1聲道。如此一來就可以修正不在皇帝位的觀眾在聽感上產生的聲場偏差，讓後方聲場聽起來更有立體感，聲音包圍感進一步增強。
至於這個後置聲道的聲音信息從哪裡來？第一，通過AV功放自帶的矩陣編碼器從另外兩個環繞聲道中獲得。其二，有些DVD和藍光碟本身就具備7.1聲道音軌，在製作音效的時候已經將部分聲音分配到後置聲道里面。
不過，人類對聲音重播的追求是永無止境的，為了追求更逼真的環繞聲效果，所以就出現了聲道數量更多的環繞聲技術。例如，Denon的Audyssey DSX和YAMAHA的3D DSP技術，它們的原理類似於杜比實驗室和DTS公司的矩陣編碼器，能夠在5.1聲道或者7.1聲道的基礎上繼續擴展。其中，Audyssey DSX能夠從前置聲道中擴展出增高聲道和增寬聲道，3D DSP技術則從前置聲道和環繞聲道中擴展出增高聲道來達到三維立體聲場效果。當然，這些技術所創造出來的三維立體效果並非真正的三維音效，直到三維沉浸式音效技術的出現才真真正正地實現了3D音效重播。
三維沉浸式音效
前文所說的5.1和7.1聲道，它們都屬於二維平面化的聲音描述方式。也就是說，在看一部電影的時候，你最多隻能感受到聲效的前後左右移動效果，卻不能感受到聲音的上下移動效果。而三維沉浸式音效的出現，它在原來二維平面化聲音描述的基礎上，通過增加上層聲道來完善對聲音上下移動效果以及聲音的高度感的描述，從而達到三維立體化的聲音重播。在另一方面，由於增加了上層聲道的關係，聲音製作人員在製作電影音效的時候，能將原本屬於上方出現的聲效元素（如打雷、小鳥或者飛機從上空飛過的聲音）安排在上層聲道來還原，這使得聲音的重播更加合理化。所以，三維沉浸式音效能夠比以往的環繞聲技術在聲音重播方面更進一步地接近真實還原，是環繞聲技術上的一次革命性發展。
目前，最為人所熟悉的三維沉浸式音效技術有三種，分別是杜比實驗室的Dolby Atmos、DTS公司的DTS:X和Auro Technology公司的Auro-3D。近年來，電影公司紛紛在電影大片當中應用三維沉浸音效進行音效製作。與此同時，影音廠商在新推出的機型上面也對這種全新的音效技術進行支持。所以大家去電影院看電影或者購買藍光碟和影音器材的時候，不妨留意一下電影院的宣傳海報，或者藍光碟的包裝盒以及影音器材的機身上是否印有這三種環繞聲技術的Logo。倘若有的話，那就證明它們是採用三維沉浸式音效技術製作，又或者能支持三維沉浸式音效的重播。那麼，你就可以在電影院體驗又或者自己組建一套三維沉浸式家庭影院系統，在家庭環境下感受三維沉浸式音效帶來的真實聲音體驗！
不同的三維沉浸式音效技術在系統的設計上都有不同的要求，所以必須對影音系統進行重新的升級改造和配置。其中，最大的特點在於，三維沉浸式音效影院系統在揚聲器佈局的要求方面都需要增加上層揚聲器部分。與此同時，還需要數量更多的揚聲器來重播聲音，一方面能達到更好的聲音包圍感，另一方面又能實現更好的聲像移動效果。除了揚聲器的佈局需要重新改造外，還需要一系列能支持三維沉浸式音效處理能力的環繞聲處理器來配合才能實現。對於家庭環境而言，杜比實驗室、DTS公司和Auro Technology都提出了一系列的解決方案，而且現階段支持三維沉浸式音效的影片和家用影音器材的可選性已經十分豐富，用家完全可以根據自己的實際環境來組建家庭影院系統。
如移動物件一樣設計音效
在環繞聲踏入三維化聲音重播之後，就出現了一種Object-Based(基於對象)的處理方式。這種處理方式在前期音效製作時可以讓聲音製作人員對電影裡面的某些聲音元素進行編排，在後期回放的時候環繞聲處理器會對這些Object-Based進行獨立處理，然後根據系統配置進行聲音分配和回放。
在引入Object-Based處理方式之前，多聲道音頻都是採用Channel-Based（基於聲道）製作的，系統本身有固定的聲道數量。在設計音效的時候，系統會將聲音分別安排到每一個聲道里面，然後生成多聲道音軌並存儲起來（如7.1聲道為8條音軌、5.1聲道為6條音軌），環繞聲處理器在重播的時候只需要對音頻信號進行解碼就可以回放。
AMS Neve公司為Dolby Atmos音效製作而設計的控制面板。圖中圓形的標識就是“聲音對象”，音效製作人員可以控制這些“聲音對象”的運動軌跡和所在位置
Object-Based的處理方式完全不同，就好像“對一件物件進行移動”。它將某個聲音元素變成一件“物件”，聲音製作人員就可以將這個“物件”隨意地在一個空間裡面移動，或者放置在空間的某個位置上面，然後系統就會將這個“物件”的運動軌跡數據或者它在空間裡面的座標數據記錄下來。在播放的時候，當環繞聲處理器處理這個“物件”的時候，也同時會讀取這個“物件”相關聯的運動軌跡或者空間座標數據進行實時運算，然後就對多聲道音響系統裡面的某一個區域的揚聲器進行獨立控制，甚至可以對系統裡面的某一個揚聲器進行控制。所以，採用Object-Based處理方式的多聲道音頻系統可以實現更自然流暢的聲像移動效果以及更精準的聲像定位。而且系統本身的擴展性很好，只要揚聲器的使用數量越多，聲像移動感和聲像定位感就會越好。
不過，現在的三維沉浸式音效在製作的時候實際上都是以Object-Based和Channel-Based的混合方式進行的。其中，Object-Based方式用於設計電影場景裡面那些移動的聲音效果（如汽車行走、飛機飛過的音效），Channel-Based則用於表達一些相對靜止的聲音效果或者某些指定聲音（如人聲對白由中置聲道發出，或者環境音效）。
杜比實驗室的Dolby Atmos音效插件。插件界面中的“X”、“Y”、“Z”的參數就是代表“物件”在三維空間裡面的所在位置，或者運動軌跡。“Size”代表“物件”體積大小。音效設計師就是通過調整這些參數來得到各種各樣的移動音效和精準的聲像定位
Dolby Atmos（杜比全景聲）
Dolby Atmos（杜比全景聲）由美國杜比實驗室在2012年推出，杜比實驗室通過收購西班牙ImmSound（音尚）公司再融入自己的聲音處理技術之後所得到的產物。Dolby Atmos是目前應用得最為廣泛的三維沉浸式音效之一。其中，電影音效製作裡面使用得最多，而且市面上可選的資源（包括藍光碟、AV功放）也是最多的。Dolby Atmos除了應用在電影製作之外，音樂製作、電子遊戲以及電視廣播節目都開始使用Dolby Atmos技術來製作環繞聲音效。應用Dolby Atmos技術製作的環繞音效，聲音製作人員能夠最多使用128個聲音對象，並最多能支持64個獨立的輸出聲道。
Dolby Atmos在家用環境中的7.1.4聲道配置
應用到家用領域，因為考慮到使用空間的問題，DolbyAtmos最多可以支持34個獨立的輸出聲道。但實際上，絕大部分的家庭環境都不允許安裝那麼多的揚聲器，所以杜比實驗室就根據普通家庭環境提出了多種解決方案。例如，5.1.2（8聲道）、7.1.2/5.1.4（10聲道）、7.1.4（13聲道）等配置，在這個標識裡面的第二個小數點之後的數字所表示的是天空聲道揚聲器的數量，而且Dolby Atmos對天空聲道揚聲器的數量要求必須是雙數。其中，最基礎的配置就是5.1.2聲道。也就是說，在原有的5.1聲道基礎上增加2只天空聲道揚聲器，如果原本是7.1聲道配置的話，那麼直接將其中的兩隻環繞音箱安裝到天花板上面就可以完成配置。
採用Dolby Atmos Enabled Speaker配置的7.1.4全景聲系統
DTS:X（臨境音）
相比起Dolby Atmos和Auro-3D這兩種音效技術，DTS公司推出DTS:X技術的時間稍晚，於2015年發佈，最主要的競爭對手就是Dolby Atmos。DTS公司能夠推出DTS:X音效技術主要得益於收購了SRS公司，獲得了SRS公司的Multi Dimensional Audio平臺之後再演變出DTS:X。從技術原理角度來說，DTS:X和Dolby Atmos在音效製作和回放方面都沒有太大的區別，都是採用Object-Based和Channel-Based的混合方式來製作和呈現立體音效。而且DTS公司還聲稱能支持無限多個聲音對象，且沒有揚聲器數量的限制，在後期重播的時候，用戶還能夠對某些特定的聲音對象進行音量控制等等。因此，DTS:X在自由度和開放性方面會比Dolby Atmos更好。
DTS公司位於美國加州Calabasas總部的環繞聲製作室裡面的DTS:X系統，整個音箱佈局其實分為兩個部分，一個是內圈的近場監聽音箱系統，主要用於家庭領域聆聽藍光製作音效的環繞聲系統，另一個是外圈的環繞聲音箱系統，主要用於監聽專業電影製作之後的環繞聲音效
在大家最關心的揚聲器佈局方面，DTS公司宣稱DTS:X系統在揚聲器佈局上是自由、靈活且無限制的。DTS公司實際所表達的意思，是指DTS:X技術在揚聲器佈局方面有很強的兼容性。例如：DTS在CES展會上首次展示的時候就以“圓形”進行佈局，天空聲道的佈局上採用以1只揚聲器作為中心點，然後再以多隻揚聲器在中心點揚聲器外圍的地方圍成一圈進行佈局，而下層的揚聲器佈局也採用多隻揚聲器圍成圓形進行佈局。而在香港的嘉禾黃埔戲院裡面的DTS:X系統的揚聲器佈局，則與Dolby Atmos系統並沒有什麼區別。
在家用領域的應用方面，DTS公司也給予了用戶多個推薦的揚聲器佈局解決方案。從家用領域的推薦揚聲器佈局形式上看，DTS:X的推薦方案與Dolby Atmos的家庭影院揚聲器佈局形式非常接近，但它更加靈活。而且現今推出的家用型AV功放都能同時支持Dolby Atmos和DTS:X處理能力。因此，在家用環境之下就能夠實現同時兼容DTS:X和Dolby Atmos的音效重播。
香港的嘉禾黃埔戲院裡面的DTS：X系統的揚聲器佈局與Dolby Atmos系統並沒有什麼區別
Auro-3D/AuroMax
Auro-3D是從2005開始發展，由Galaxy Studios和Auro Technologies兩家公司共同擁有。與Dolby Atmos和DTS:X兩種技術的不同之處在於，Auro-3D是純粹的Channel-Based實現方式。在揚聲器佈局方面，Auro-3D也有推薦的佈局方式，音樂方面採用9.1聲道的兩層式揚聲器佈局，電影方面，無論是家庭影院還是專業電影院都採用11.1或13.1（即使使用數量再多的揚聲器，其本質都是11.1或者13.1聲道）的三層式揚聲器佈局來實現三維沉浸音效的還原。由於Auro-3D是純粹的Channel-Based實現方式，它在電影音效的還原方面不可能達到Dolby Atmos和DTS:X技術那種聲像連貫性和精準的聲像定位。Auro-3D在實際的應用當中並不多見，最主要的原因是一直以來都缺乏內容，Auro-3D主要應用在一些多聲道音樂製作以及少部分的電影音效製作，至於電影藍光碟方面更是少之又少，國內基本買不到。
Auro-3D採用三層式揚聲器佈局，分別是下層聲道、增高聲道以及頂層聲道
到了2015年，Barco與Auro Technologies推出AuroMax格式，AuroMax與Dolby Atmos和DTS:X一樣採用Object-Based和ChannelBased方式實現，這方面的核心技術源自德國的IOSONO Sound的IOSONO 3D平臺。在揚聲器的佈局方面，AuroMax同樣採用像Auro-3D那樣的三層式揚聲器佈局，每隻揚聲器都能做到獨立控制。目前，AuroMax有20.1、22.1和26.1聲道的配置。不過，AuroMax目前的應用偏向於專業領域，主要配合Barco Escape三聯屏一起做推廣，而家用領域在短時間內應該是不會有所動作的。
Auro 11.1聲道配置，可以看出它是在5.1聲道基礎上增加5個增高聲道和1個頂層聲道
總結
多聲道環繞聲技術在這20年的發展，不僅僅是聲道數量上的增加，而且重播方式也從二維平面往三維立體化的方向發展，使得聲音效果越來越接近真實環境。與此同時，也給音效製作人員帶來更多聲音創作的靈感，讓我們在電影院或者家中能夠享受到前所未有的聲音效果。
往期回顧
【聚焦】一切以“大”方向發展-20週年影音系統變遷史之信號源篇（上）
【聚焦】一切以“大”方向發展-20週年影音系統變遷史之信號源篇（下）
【聚焦】回顧，品味與展望-20週年家庭影院投影機變遷史（上）
【聚焦】回顧，品味與展望-20週年家庭影院投影機變遷史（下）
【聚焦】20年Hi-Fi音響變遷史（上）：音樂光盤的瘋狂年代
【聚焦】20年Hi-Fi音響變遷史（下）：網絡音樂取代實體唱片？
備註
因《家庭影院技術》雜誌創辦20週年，本刊編輯部特別策劃20週年影音系統與市場變遷史重要專題。請留意《家庭影院技術》及影音CN連續報道。
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