多声道音频20年历史：从5.1、7.1到三维沉浸式音效
邓冠奇音响有限公司；视频CN
在立体声再现方面，从最早的双扬声器立体声再现，经过多年的技术发展，已经发展到多扬声器多声道再现。在这个发展过程中，目的就是还原人类在自然界中听到的各种声音效果，简而言之就是还原真实的声音。就多声道音频技术而言，它广泛应用于音乐制作、电影、电视和广播节目，甚至电子游戏的音频部分。从音效制作的角度来说，多声道音频技术可以让音频制作人在音效制作上有更大的创作空间。从声音重放效果来看，多声道音频技术可以为最终用户创造出接近现场的声音效果。
5.1声道
二十年前，5.1声道环绕声是家庭影院音响中最常用的环绕声技术。那时候家里有一个5.1声道的环绕声家庭影院系统是一件很棒的事情。每当DVD和视听设备的封面上印上“杜比数字AC-3”和“DTS-ES Matrix”的字样，就意味着它拥有5.1声道的音效和处理能力。要设置5.1声道家庭影院，您需要一台播放器和一个支持5.1声道输出功能的AV功率放大器。音箱至少需要6个音箱，分别是前左/中/右声道、左/右环绕声道和低音声道。其中，前左右声道主要负责播放电影的背景音乐，以及一些环境音效，中声道主要负责播放人声对话。同时可以使前声场的声音连续性更加流畅，可以配合左右声道扩大听音区域。环绕声道侧重于播放环境音效，有一些特定的音效，用前置声道实现声音来回移动。低音通道重放低音效果通道和其他通道的低频部分，营造震撼的低频效果。
虽然5.1声道是老环绕声技术了，但其实5.1声道在今天还是很强的。毕竟在系统架构上要简单很多，搭建成本也更低，尤其是现在流行的家庭影院套餐产品，电视和广播节目中的声音还是5.1声道制作的(比如《我是歌手》、《中国好声音》)。同时很多网络电影的音效也是5.1声道。因此，我们可以用简单、直接、经济的价格享受环绕立体声效果。
5.1声道不仅用于家庭影院系统，SACD和DVD-Audio光盘也是用5.1声道音效制作的，对应的5.1声道音频系统播放。但是对于发烧友来说，他们觉得两个声道就够了，不需要一个多声道的方式来欣赏音乐。而且在很多发烧友的心目中，多声道就是专属的家庭影院，所以多声道的纯音乐回放系统一直没有得到终端消费者的认可。
7.1频道
在介绍7.1频道之前，我们先介绍一下6.1频道。声道6.1是在声道5.1的基础上增加的后中置声道。其功能与前中声道相同，使后声场的声音连续性更加流畅，同时有助于增强声音的环绕感。但由于采用单一的后中置声道来回放声音，这样会对不在皇帝位置的观众造成声场偏差。这种偏差会让皇帝位置两侧的观众觉得声场是左还是右，造成声场没有立体感。所以发展成两个后环绕声道，成为7.1声道。这样可以修正不在皇帝位置的观众产生的声场偏差，让后方的声场听起来更加立体，进一步增强声音的包围感。
这个后声道的声音信息从何而来？首先是通过AV功放的矩阵编码器从另外两个环绕声道获得。其次，有些DVD和蓝光光盘有7.1声道的音轨，在制作音效时已经分割了一部分声音。
配到后置声道里面。
不过，人类对声音重播的追求是永无止境的，为了追求更逼真的环绕声效果，所以就出现了声道数量更多的环绕声技术。例如，Denon的Audyssey DSX和YAMAHA的3D DSP技术，它们的原理类似于杜比实验室和DTS公司的矩阵编码器，能够在5.1声道或者7.1声道的基础上继续扩展。其中，Audyssey DSX能够从前置声道中扩展出增高声道和增宽声道，3D DSP技术则从前置声道和环绕声道中扩展出增高声道来达到三维立体声场效果。当然，这些技术所创造出来的三维立体效果并非真正的三维音效，直到三维沉浸式音效技术的出现才真真正正地实现了3D音效重播。
三维沉浸式音效
前文所说的5.1和7.1声道，它们都属于二维平面化的声音描述方式。也就是说，在看一部电影的时候，你最多只能感受到声效的前后左右移动效果，却不能感受到声音的上下移动效果。而三维沉浸式音效的出现，它在原来二维平面化声音描述的基础上，通过增加上层声道来完善对声音上下移动效果以及声音的高度感的描述，从而达到三维立体化的声音重播。在另一方面，由于增加了上层声道的关系，声音制作人员在制作电影音效的时候，能将原本属于上方出现的声效元素（如打雷、小鸟或者飞机从上空飞过的声音）安排在上层声道来还原，这使得声音的重播更加合理化。所以，三维沉浸式音效能够比以往的环绕声技术在声音重播方面更进一步地接近真实还原，是环绕声技术上的一次革命性发展。
目前，最为人所熟悉的三维沉浸式音效技术有三种，分别是杜比实验室的Dolby Atmos、DTS公司的DTS:X和Auro Technology公司的Auro-3D。近年来，电影公司纷纷在电影大片当中应用三维沉浸音效进行音效制作。与此同时，影音厂商在新推出的机型上面也对这种全新的音效技术进行支持。所以大家去电影院看电影或者购买蓝光碟和影音器材的时候，不妨留意一下电影院的宣传海报，或者蓝光碟的包装盒以及影音器材的机身上是否印有这三种环绕声技术的Logo。倘若有的话，那就证明它们是采用三维沉浸式音效技术制作，又或者能支持三维沉浸式音效的重播。那么，你就可以在电影院体验又或者自己组建一套三维沉浸式家庭影院系统，在家庭环境下感受三维沉浸式音效带来的真实声音体验！
不同的三维沉浸式音效技术在系统的设计上都有不同的要求，所以必须对影音系统进行重新的升级改造和配置。其中，最大的特点在于，三维沉浸式音效影院系统在扬声器布局的要求方面都需要增加上层扬声器部分。与此同时，还需要数量更多的扬声器来重播声音，一方面能达到更好的声音包围感，另一方面又能实现更好的声像移动效果。除了扬声器的布局需要重新改造外，还需要一系列能支持三维沉浸式音效处理能力的环绕声处理器来配合才能实现。对于家庭环境而言，杜比实验室、DTS公司和Auro Technology都提出了一系列的解决方案，而且现阶段支持三维沉浸式音效的影片和家用影音器材的可选性已经十分丰富，用家完全可以根据自己的实际环境来组建家庭影院系统。
如移动物件一样设计音效
在环绕声踏入三维化声音重播之后，就出现了一种Object-Based(基于对象)的处理方式。这种处理方式在前期音效制作时可以让声音制作人员对电影里面的某些声音元素进行编排，在后期回放的时候环绕声处理器会对这些Object-Based进行独立处理，然后根据系统配置进行声音分配和回放。
在引入Object-Based处理方式之前，多声道音频都是采用Channel-Based（基于声道）制作的，系统本身有固定的声道数量。在设计音效的时候，系统会将声音分别安排到每一个声道里面，然后生成多声道音轨并存储起来（如7.1声道为8条音轨、5.1声道为6条音轨），环绕声处理器在重播的时候只需要对音频信号进行解码就可以回放。
AMS Neve公司为Dolby Atmos音效制作而设计的控制面板。图中圆形的标识就是“声音对象”，音效制作人员可以控制这些“声音对象”的运动轨迹和所在位置
Object-Based的处理方式完全不同，就好像“对一件物件进行移动”。它将某个声音元素变成一件“物件”，声音制作人员就可以将这个“物件”随意地在一个空间里面移动，或者放置在空间的某个位置上面，然后系统就会将这个“物件”的运动轨迹数据或者它在空间里面的坐标数据记录下来。在播放的时候，当环绕声处理器处理这个“物件”的时候，也同时会读取这个“物件”相关联的运动轨迹或者空间坐标数据进行实时运算，然后就对多声道音响系统里面的某一个区域的扬声器进行独立控制，甚至可以对系统里面的某一个扬声器进行控制。所以，采用Object-Based处理方式的多声道音频系统可以实现更自然流畅的声像移动效果以及更精准的声像定位。而且系统本身的扩展性很好，只要扬声器的使用数量越多，声像移动感和声像定位感就会越好。
不过，现在的三维沉浸式音效在制作的时候实际上都是以Object-Based和Channel-Based的混合方式进行的。其中，Object-Based方式用于设计电影场景里面那些移动的声音效果（如汽车行走、飞机飞过的音效），Channel-Based则用于表达一些相对静止的声音效果或者某些指定声音（如人声对白由中置声道发出，或者环境音效）。
杜比实验室的Dolby Atmos音效插件。插件界面中的“X”、“Y”、“Z”的参数就是代表“物件”在三维空间里面的所在位置，或者运动轨迹。“Size”代表“物件”体积大小。音效设计师就是通过调整这些参数来得到各种各样的移动音效和精准的声像定位
Dolby Atmos（杜比全景声）
Dolby Atmos（杜比全景声）由美国杜比实验室在2012年推出，杜比实验室通过收购西班牙ImmSound（音尚）公司再融入自己的声音处理技术之后所得到的产物。Dolby Atmos是目前应用得最为广泛的三维沉浸式音效之一。其中，电影音效制作里面使用得最多，而且市面上可选的资源（包括蓝光碟、AV功放）也是最多的。Dolby Atmos除了应用在电影制作之外，音乐制作、电子游戏以及电视广播节目都开始使用Dolby Atmos技术来制作环绕声音效。应用Dolby Atmos技术制作的环绕音效，声音制作人员能够最多使用128个声音对象，并最多能支持64个独立的输出声道。
Dolby Atmos在家用环境中的7.1.4声道配置
应用到家用领域，因为考虑到使用空间的问题，DolbyAtmos最多可以支持34个独立的输出声道。但实际上，绝大部分的家庭环境都不允许安装那么多的扬声器，所以杜比实验室就根据普通家庭环境提出了多种解决方案。例如，5.1.2（8声道）、7.1.2/5.1.4（10声道）、7.1.4（13声道）等配置，在这个标识里面的第二个小数点之后的数字所表示的是天空声道扬声器的数量，而且Dolby Atmos对天空声道扬声器的数量要求必须是双数。其中，最基础的配置就是5.1.2声道。也就是说，在原有的5.1声道基础上增加2只天空声道扬声器，如果原本是7.1声道配置的话，那么直接将其中的两只环绕音箱安装到天花板上面就可以完成配置。
采用Dolby Atmos Enabled Speaker配置的7.1.4全景声系统
DTS:X（临境音）
相比起Dolby Atmos和Auro-3D这两种音效技术，DTS公司推出DTS:X技术的时间稍晚，于2015年发布，最主要的竞争对手就是Dolby Atmos。DTS公司能够推出DTS:X音效技术主要得益于收购了SRS公司，获得了SRS公司的Multi Dimensional Audio平台之后再演变出DTS:X。从技术原理角度来说，DTS:X和Dolby Atmos在音效制作和回放方面都没有太大的区别，都是采用Object-Based和Channel-Based的混合方式来制作和呈现立体音效。而且DTS公司还声称能支持无限多个声音对象，且没有扬声器数量的限制，在后期重播的时候，用户还能够对某些特定的声音对象进行音量控制等等。因此，DTS:X在自由度和开放性方面会比Dolby Atmos更好。
DTS公司位于美国加州Calabasas总部的环绕声制作室里面的DTS:X系统，整个音箱布局其实分为两个部分，一个是内圈的近场监听音箱系统，主要用于家庭领域聆听蓝光制作音效的环绕声系统，另一个是外圈的环绕声音箱系统，主要用于监听专业电影制作之后的环绕声音效
在大家最关心的扬声器布局方面，DTS公司宣称DTS:X系统在扬声器布局上是自由、灵活且无限制的。DTS公司实际所表达的意思，是指DTS:X技术在扬声器布局方面有很强的兼容性。例如：DTS在CES展会上首次展示的时候就以“圆形”进行布局，天空声道的布局上采用以1只扬声器作为中心点，然后再以多只扬声器在中心点扬声器外围的地方围成一圈进行布局，而下层的扬声器布局也采用多只扬声器围成圆形进行布局。而在香港的嘉禾黄埔戏院里面的DTS:X系统的扬声器布局，则与Dolby Atmos系统并没有什么区别。
在家用领域的应用方面，DTS公司也给予了用户多个推荐的扬声器布局解决方案。从家用领域的推荐扬声器布局形式上看，DTS:X的推荐方案与Dolby Atmos的家庭影院扬声器布局形式非常接近，但它更加灵活。而且现今推出的家用型AV功放都能同时支持Dolby Atmos和DTS:X处理能力。因此，在家用环境之下就能够实现同时兼容DTS:X和Dolby Atmos的音效重播。
香港的嘉禾黄埔戏院里面的DTS：X系统的扬声器布局与Dolby Atmos系统并没有什么区别
Auro-3D/AuroMax
Auro-3D是从2005开始发展，由Galaxy Studios和Auro Technologies两家公司共同拥有。与Dolby Atmos和DTS:X两种技术的不同之处在于，Auro-3D是纯粹的Channel-Based实现方式。在扬声器布局方面，Auro-3D也有推荐的布局方式，音乐方面采用9.1声道的两层式扬声器布局，电影方面，无论是家庭影院还是专业电影院都采用11.1或13.1（即使使用数量再多的扬声器，其本质都是11.1或者13.1声道）的三层式扬声器布局来实现三维沉浸音效的还原。由于Auro-3D是纯粹的Channel-Based实现方式，它在电影音效的还原方面不可能达到Dolby Atmos和DTS:X技术那种声像连贯性和精准的声像定位。Auro-3D在实际的应用当中并不多见，最主要的原因是一直以来都缺乏内容，Auro-3D主要应用在一些多声道音乐制作以及少部分的电影音效制作，至于电影蓝光碟方面更是少之又少，国内基本买不到。
Auro-3D采用三层式扬声器布局，分别是下层声道、增高声道以及顶层声道
到了2015年，Barco与Auro Technologies推出AuroMax格式，AuroMax与Dolby Atmos和DTS:X一样采用Object-Based和ChannelBased方式实现，这方面的核心技术源自德国的IOSONO Sound的IOSONO 3D平台。在扬声器的布局方面，AuroMax同样采用像Auro-3D那样的三层式扬声器布局，每只扬声器都能做到独立控制。目前，AuroMax有20.1、22.1和26.1声道的配置。不过，AuroMax目前的应用偏向于专业领域，主要配合Barco Escape三联屏一起做推广，而家用领域在短时间内应该是不会有所动作的。
Auro 11.1声道配置，可以看出它是在5.1声道基础上增加5个增高声道和1个顶层声道
总结
多声道环绕声技术在这20年的发展，不仅仅是声道数量上的增加，而且重播方式也从二维平面往三维立体化的方向发展，使得声音效果越来越接近真实环境。与此同时，也给音效制作人员带来更多声音创作的灵感，让我们在电影院或者家中能够享受到前所未有的声音效果。
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备注
因《家庭影院技术》杂志创办20周年，本刊编辑部特别策划20周年影音系统与市场变迁史重要专题。请留意《家庭影院技术》及影音CN连续报道。
