超越5.1的22.2多声道还音系统将会有大的发展

朱仲新

【提要】22.2多声道还音系统对即将到来的超高清视频是有振奋人心冲击力的，为此国际有关的组织已制定了很多标准，为了使我们的观众也能在超高清视频制作下为下享受一代广播媒体逼真生动的感觉，更快的超越5.1到达22.2多声道还音系统是一个发展的趋势，应该尽早的研究。

【关键词】22.2多声道还音系统匹配 范围 感觉 兼容

一.前言

随着技术的进步，人们已经建立了一个高达4000多扫描线的图像捕捉和显示系统（超高清），超高清视频系统作为下一代广播媒体已成为可能，其中一项它的屏幕可以做的很大而且很清晰，这为提供了不仅是屏幕的大，而且还提供了沉浸感和逼真的生动感。图像的进步对于声音的发展也起到了推动作用，以前5.1多声道还音系统（2D）显然是不够的，这可能会被22.2多声道还音系统（3D）所替代。

二.5.1多声道还音系统的几个不足

5.1声道还音系统已经在I T URBS.775中被规定，该系统被广泛地用作数字广播和电影系统服务的一部分，它提高了正面声象的方向稳定性和空间（氛围）感。参考扬声器布置示于图，见图1，但是从ITU-RBS.775规定中我们很容易看到几个的不足：

A.在声音的声像和视频图像之间位置重合度存在不足，这些都是由于屏幕比较小所造成的。

B.缺少三维空间印象，即增强现实感，因为它没有利用侧和背面、顶部或底部的扬声器的布置。再则5.1声道还音响系统的每个扬声器被设置在相同的高度，空间感觉被限制在水平面上，所以没有向上/向下的高低感及混响和氛围感。

C.由于ITU-RBS.775定义的5.1声道还音系统的要求，作为正面两（左和右）扬声器被放置为传统的2声道立体声还音响系统，乃至左中、右中、后环绕也是立体声布置，这就决定了5.1声道还音系统的聆听区域的正面声音声像是由常规的2声道立体声还音来实现的，由于它的听音区域是多个立体声听音区的交集区，所以它的收听区域比正常单个双通道立体声还要小，这就是被成为一个所谓的听音“甜点”。

以上的不足（声音的宽度和垂直视角）很难于屏幕上的图像匹配，以及拥有一个很宽的观看/聆听区域，这些问题不仅存在于视频的5.1节目中，同样也存在于电影的还音系统中。

三.22.2多声道还音响系统的概要

为了解决以上的问题，人们制定一个22.2多声道还音响系统，这将是作为超级HI-视觉系统声音还音格式。图2提供了22.2多声道声音系统的一般示图，在这个系统中，扬声器被设置在在三个高度层中，除了中间层约在耳朵水平间，还有一个上层和下层，该系统有以下个四个特点：

（1）声音与屏幕上的画面匹配。

屏幕上方和下方的扬声器位置能让声音，甚至与宽垂直可视角度的图像匹配。此外，中间层的5个通道的音频与听众的前方确保宽的水平视角，达到良好的声音再现。鉴于目前超高清晰度屏幕是不透声音的，所以扬声器不能放置在屏幕的后面，为了解决此限制，前面5个通道中的3个，中间层（不包括最左边和最右边的）是设置高于或低于在屏幕。这些扬声器的组合在屏幕上创建虚拟声音声像，看图3.。

（2）确保更宽的视听范围。

通过从上层扬声器再现反射和混响声音，能够分发接近方向的反射声，并且由此保持在宽观看范围的真实感，相比5.1还音有一个放大的最佳听音区。

（3）实现观众能体会出声音从屏幕的上方或下方出现的感觉。

通过观众上方的多个扬声器，它能够再现声音从上方而来的感觉。例如，它将有可能创建一个场景—孙悟空腾空驾云感，并结合中、下层的扬声器在接近声音的方向实现垂直运动感。

（4）确保与现有5.1环绕声音格式的兼容性。

该系统的中间层包含所有的声音格式（5.1、6.1、7.1），从而提供与现有格式的兼容性。

四.22.2多声道还音系统中扬声器布置的要求

为了达到满意的声场，根据“ITU-RBS.2159-4多声道家庭和广播应用音效技术”应满足以下要求具体参见，参见图5、图6。

45°≤α1≤60°，α2=α1/2，110°≤α3≤135°α1和α3与中间层α1和α3有相同的值

（a）在中间层扬声器位置（b）在顶间层扬声器位置

α1与中间层的α1有相同的值

中间层的β1β2仰角的角度：

30°≤α4≤90°0°≤β1≤5°，0°≤β3≤15°

（c）在底层扬声器的位置顶层的β3抬高的角度：30°≤β3≤45°

底层β4的俯角角度：15°≤β4≤30°

（b）扬声器的仰角

图7 22.2多声道还音频系统三个层（上，中，下）结构为扬声器定位和角度

五.22.2多声道还音格式的功能endprint

22.2多声道还音系统中的中间层通道是还原主声音源的，对应现有的多通道音频格式如3、5.1、6.1和7.1通道，它们都能充当首要的通道，这就意味着22.2多通道音频格式可以很容易地再现所制作的多通道音频格式的内容。

每个听者（正面、侧面、背面）的左、右两侧的有三个方向，它们都能再现向前和向后方向的声象运动，侧通道还能再现天然的、高品质的声空间感，它能对在音乐厅的音乐剧演出产生反射的空间扩展感或声音的笼罩感，这一点非常重要。侧面扬声器能够再现这样的反射声，因此，它们帮助给到听众的音乐厅的自然声学空间的印象。

上层通道可以让观众在任何地方用于定位声象，或可以结合中层和底层通道产生在垂直方向上的声象运动，这意味着该格式是能够再现具有垂直感的声象，这是先前多通道音频格式不可能做到的。上层通道对于在宽广的聆听区域再现声音包围感也是重要的，特别是在宽广的聆听区域通过适当地再现早期反射和后期混响可以再现一个良好的声学空间。

使用屏幕顶部上三个通道（TpFL，TpFC，TpFR），三个屏幕底部通道（BtFL，BtFC，BtFR）和五个处于中间水平的前面的通道（FL，FLC，FC，FRc，FR），声音可以被定位到任何位置。布置在屏幕底部的两个LFE声道也改善了声音宽的空间感和被包络感。

六.22.2多通道还音格式的国际标准化已建立

在未来超高清晰的广播发展中音频超高清晰的22.2多通道还音系统也越来越受到人们的关注，用于超高清电视的制作、记录、传输和编码以及家庭观看都在制定一些标准。日本NHK在2016年要开始试点8KSHV广播服务，到2020年全面铺开服务。目前已有很多的国际组织都为22.2多通道还音系统制定了标准，它们有：ITU-R、SMPTE、AES、ISO/ IEC、ARIB等。

ITU-R（国际电信联盟-无线电通信部门）是一个声学和音频技术，无线电波等媒体与广播标准化组织。它为22.2多通道还音格式做了从节目制作，传送/编码做了标准：

-超过5.1多声道的多声道音频标准

-数字音频和接口的标准

SMPTE（电影电视工程师协会）它是一个进行声学和音频技术制定标准的（美国）机构，目前也对相关的电影和电视的制作、传输和编码制定了如下标准：

-多通道音频节目制作的标准

-节目制作的多通道音频-接口标准

-支持多通道音频文件格式的标准

AES（音频工程协会）是EBU（欧洲广播联盟）的一个分支，是专门以广播音频技术相关的标准化协会，它是一个唯一相关专业音频技术的国际组织，它制定的AES（例如：AES3-20096）的数字音频接口标准）几乎所有数字-音频相关标准，其组织的标准已作为其它组织的标准的重要参考标准。标准化委员会进行了广泛的有关声和音频捕获、记录、传输和再现试验，它们也制定了22.2多通道还音格式的国际标准：

-节目制作的数字音频同步标准

-节目制作的数字音频接口标准

-支持文件格式的多通道音频标准

ISO（国际标准化组织）它是IEC技术委员会中一个专注数字音频和消费电子设备标准化的，ISO（国际标准化组织）/IEC（国际电工委员会）间的联合组织进行了数字音频编码标准化也叫运动图像专家组（MPEG）。这次ISO/IEC也为多通道音频做了相关的编码标准，IEC还为家庭观看-消费类设备制定了标准。

ARIB（电波产业会）是日本有关通信使用无线电频率和广播领域的音频技术调查、研究、开发和标准化组织。他们也制定了有关22.2多通道还音格式的节目制作、传送/编码和家庭观看的日本广播标准。

从以上的情况来看22.2多声道还音系统可能是今后发展的方向。B&Pendprint