浅谈沉浸式声音系统设计及实践

张志春

（浙江嘉兴电影集团有限公司，浙江嘉兴 314000）

1 前言

电影从有声以来，随着技术的发展经历了模拟单声道、模拟多声道、数字多声道几个阶段。目前商业影院中比较常用的数字多声道还音系统的模式有5.1/7.1声道、DTS临境音、杜比沉浸式还音系统（Dol by At mos）等沉浸式还音系统。其中沉浸式还音系统常用于影城最大影厅中，它突破了传统意义上5.1、7.1声道的概念，增加了影厅天棚声道的设计理念。沉浸式还音系统能够结合影片内容，呈现出动态的声音效果，更真实地营造出由远及近的音效，配合影厅天棚顶部加设音箱，实现声场包围，展现更多声音细节，提升观众的观影感受。下面结合笔者工作中的实际案例，就在影厅中沉浸式还音系统的设计、安装、调试谈一下自己的理解和感受。

2 沉浸式还音系统设计

沉浸式还音系统与传统意义上的多声道还音系统相比，在还音系统的技术指标上更高、安装工艺更复杂。沉浸式还音系统还音模式可以向下兼容，没有沉浸式版本的节目，还原的是5.1或7.1版本。根据自己在实践中所掌握数据:扬声器的频率响应要求和传统意义上的多声道还音系统类似，声功率要求更高一些，前区环绕扬声器的覆盖角稍有不同。在沉浸式还音系统中，经常要用到的二个名词，一是RLP（参考聆听位）:位于银幕到观众厅后墙三分之二的轴线位置；二是CLA（中心聆听区）是指以RLP为中心，影厅宽1/3、首排座椅到后墙长度的1/3所形成的矩形。结合实际案例，笔者谈一下设计沉浸式还音系统及设备选型，顺序为:主扬声器——次低频扬声器——环绕扬声器——环绕次低频扬声器——设备配置清单。

案例:某影城1号厅，建筑尺寸为:银幕边沿距观众厅后墙长21.5米、影厅后墙宽19.3米、第一排观众距观众厅后墙15米，银幕位置净高10.95米、最后一排观众席净高5.37米，银幕宽20米，如图1、2所示。

图1 影城平面图

图2 影城剖面图

2.1 银幕主扬声器

2.1.1 数量

在沉浸式还音系统设计中的主扬声器:在银幕宽度不大于12米时，银幕主扬声器配置左、中、右三路；银幕宽度大于12米时，银幕主扬声器建议配置左、左中、中、右中、右五路。本案例中1号厅银幕幕宽20米，主扬声器选用五组（左、左中、中、右中、右五个声道）。

2.1.2 声压级

在设计方案中，沉浸式还音系统银幕主扬声器在RLP（参考聆听位）的持续最大声压级采用不小于105dB，根据计算公式可以知道:105dB＝SPLmax（扬声器最大持续声压级）－20lgL（L:扬声器到RLP的距离）。1号厅最远银幕主扬声器距RLP约15.3米，考虑到扬声器功率适当冗余，本案例选用了飞达的FDM-12600 MA（（LF:1600 W/4Ω，MHF:800 W/8Ω；灵敏度:（LF: 102dB，MHF:106dB））扬声器。（102＋10l g1600）－20lg15.3＝110dB，符合要求并适当冗余。

2.1.3 安装位置

本案例的银幕采用等宽模式，五路扬声器中路扬声器放置在银幕中心线上，左、右路扬声器分别放置在银幕图像最边沿位置，左中路扬声器位于左路和中路扬声器中间位置，右中路扬声器位于中路与右中路扬声器中间位置。声轴中心放置在遮幅与银幕高度约三分之二的中间位置处，1号厅采用等宽模式，根据要求具体安装位置如图3所示。

图3 银幕主扬声器、次低频扬声器安装位置

2.1.4 扬声器指向

沉浸式还音系统设计的实践所采用方法:水平旋转银幕主扬声器，使扬声器轴线指向RLP处，垂直调整银幕主扬声器的中高音系统，使声轴指向RLP处。1号厅银幕主扬声器的指向如图4所示，图中虚线框为CLA，圆中心为RLP点。

图4 银幕主扬声器、次低音 、侧环、后环、顶环 平面图

2.2 银幕次低频扬声器

2.2.1 声压级

沉浸式还音系统和传统意义上的多声道还音系统类似，银幕次低频扬声器声压级比银幕中路主扬声器声压级高10dB，因此银幕次低频扬声器持续最大声压级不低于115dB。1号厅银幕次低频扬声器距RLP约15.3米，考虑到扬声器功率适当冗余，本案例选用了飞达的FDM-1600SB（1600 W/4Ω；灵敏度:102dB）扬声器2只，计算方法和银幕主扬声器一样，这里不再详述。

2.2.2 安装位置

银幕次低频扬声器安装在靠近银幕（房间）中心线的位置，但不放在中心线上，避免驻波的影响。如果是采用多个扬声器，则把这些扬声器紧密地靠近一些，通过相互耦合提高效率。1号厅银幕次低频扬声器的安装位置详见图3。

2.3 环绕扬声器

2.3.1 声压级

每一个环绕扬声器在RLP点的最大持续声压级不低于99dB，根据笔者的实践经验，建议相应的功放具有3dB的冗余。一个环绕区域（如左环、右环）的扬声器在RLP点的最大持续声压级不低于105dB，也就是说每一环绕区域不少于4只扬声器。

根据各环绕扬声器与RLP的距离，分别计算出各环绕扬声器所需功率，选型时还需考虑角度和适当的功率冗余。具体计算方法参照前面银幕主扬声器的功率计算。

2.3.2 数量

沉浸式还音系统与传统意义上的多声道还音系统相比，环绕扬声器的布置变化是最大的，不仅在观众厅首排座椅和银幕之间的空间安装环绕扬声器，在观众厅天棚顶部增加了二组扬声器（左顶环、右顶环）。下面根据在沉浸式还音系统设计的实践谈一下环绕扬声器数量的选择。本案例（1号厅）建筑尺寸为:银幕边沿距观众厅后墙长21.5米、影厅后墙宽19.3米、第一排观众距观众厅后墙15米。左右侧环绕扬声器的推荐数量各为8只，最小数量为6只。本案例在结合侧墙装修美观等因素，侧环最终每组选用7只；顶部环绕扬声器数量的选择与侧环扬声器数量一致，选用7只。后墙环绕扬声器数量的选择也同侧环的数量选择一样，根据设计推荐数量为5只－7只，案例中后环选用6只。

2.3.3 安装位置及指向

2.3.3.1 后环扬声器安装高度

根据本案例的实践，在所有扬声器安装高度基本一致的情况下，能很好地保持整个座位区域的良好覆盖，推荐安装高度为影厅宽度的1/4。如1号厅建筑尺寸:银幕边沿距观众厅后墙长21.5米、影厅后墙宽19.3米、第一排观众距观众厅后墙15米。理论计算可以得出后环扬声器安装高度为4.8米（19.3/4），安装时可根据现场实情做微调，但必须在保证良好覆盖的前提下。

2.3.3.2 后环扬声器的安装间距

扬声器的安装间距推荐在W/N与W/（N－1）之间，W——影厅宽度、N——后环扬声器数量。最边沿扬声器与侧墙的距离在扬声器间距的50%－100%之间。根据理论计算并结合现场实践，最终1号厅后环的安装高度为4.3米（相对于RLP点）、水平间距2.9米、最边沿扬声器距侧墙2.4米，如图5示。

图5 后环扬声器安装位置

2.3.3.3 侧环扬声器安装高度

在本案例中，所有侧环扬声器安装在从银幕主扬声器声轴中心与后墙环绕扬声器所连成的一条直线上，达到最佳的安装位置。高度位置允许有一定的误差，允许与这条直线高度有±25%的误差范围，如图6所示。

图6 顶环、侧环扬声器安装位置

2.3.3.4 侧环扬声器安装间距

左右侧环绕扬声器成对安装、间距一致。侧环第一个扬声器距银幕边沿的距离为L/N与L/2N之间，同样最后一个扬声器距后墙的距离为L/N与L/2 N之间，L——影厅长度，N——侧环（单侧）扬声器数量。扬声器之间的距离为最前与最后扬声器之间的距离除以（N－1），允许误差±10%。根据技术要求结合现场实情，最终1号厅侧环的水平间距2.8米、距银幕最近扬声器1.7米，后墙最近扬声器距后墙2.8米。

2.3.3.5 侧环与后环的水平指向

所有环绕扬声器均指向中心聆听区（CLA），靠近CLA区域的扬声器垂直指向CLA，其余扬声器指向CLA最近角左右侧相同。1号厅侧环、后环扬声器水平指向如图4所示。

2.3.3.6 侧环与后环的垂直指向

侧环扬声器的声轴指向对面最边沿观众席，高度为观众坐姿时耳朵位置。后环扬声器的声轴指向首排观众席，高度为观众坐姿时耳朵位置。1号厅侧环、后环扬声器垂直指向见图6。

2.3.3.7 顶环扬声器的纵向与横向安装间距

在沉浸式还音系统设计的实践所得，顶环扬声器分左右二组阵列，对称于银幕中心线安装，纵向安装间距和左右侧环一致，横向间距对应于银幕主扬声器的左中、右中路，左顶环对准左中路、右顶环对准右中路，这是最小宽度要求。在本案例中根据设计要求结合现场条件，最终1号厅顶环的水平间距2.8米，距银幕最近扬声器1.7米，距后墙最近扬声器距后墙2.8米。左、右顶环间距9.6米，对称银幕中心轴线布置，见图4（Lts1－7、Rts1－7）。

2.3.3.8 顶环扬声器的安装高度

天棚顶部环绕扬声器的仰角大于或等于（E/2）＋450，E是从RLP处测得的最近侧环扬声器仰角，如图6示（E＝20度）。相对应的1号厅顶环扬声器横向角度不小于55度（45＋20/2），实际是56度，最终1号厅顶环的安装高度为6.8米（相对于RLP点）。

2.3.3.9 顶环扬声器的横向与纵向指向

顶环扬声器横向指向:扬声器和所对应的观众席的垂线与观众厅中心线之间的1/2位置。

顶环扬声器纵向指向:所有顶部环绕扬声器均指向中心聆听区（CLA），靠近CLA区域的扬声器垂直指向CLA，其余扬声器指向CLA最近角，左右侧相同，如图6所示。

2.4 环绕次低频扬声器

沉浸式还音系统支持全频段的环绕信号重现，所以在影厅内需配置环绕次低频扬声器，扬声器成对配置、左右对称。在本案中影院信号处理器支持低音管理信号的生成，称低音管理系统。

2.4.1 声压级

环绕次低频扬声器声压级与银幕中路主扬声器声压级一样，因此环绕次低频扬声器持续最大声压级不低于105dB。

2.4.2 安装位置

环绕次低频扬声器安装在观众厅后区侧墙，与后墙的距离不小于1米，高度尽可能靠近天花板。如安装在后墙，左右扬声器的间距要大于银幕主扬声器左右路的宽度，与侧墙的距离不小于1米。扬声器距最近观众的距离不小于扬声器到RLP位置的1/4距离。另外，环绕次低音扬声器也可以安装在银幕后面，扬声器间距大于银幕左右主扬声器的间距，与侧墙距离大于1米。在1号厅中，配置了环绕低频扬声器1对，根据与RLP的距离计算所需功率，考虑到功率适当冗余，最终选用飞达的FD-118BMV（600 W/8Ω；灵敏度:101dB）扬声器，安装位置如图4示，图中Rsub为右侧环绕低频扬声器。

通过上面的设计与选型，形成设备清单。在实践中，如果考虑到距离的原因，侧环和顶环距银幕最近的扬声器选用功率更大一些的型号。清单见表1。

表1 设备清单

以上就是沉浸式还音系统对各区域扬声器的技术要求及安装工艺要求。驱动每一路扬声器的功放在满足系统技术要求的同时，建议有3dB的冗余。

沉浸式还音系统设计到此基本完成。可将设计的扬声器点位图、设备配置表等资料发给相关的供应商或工程师进行方案审核，原则上通过审核后方可施工。后期还需经过设备安装、调试、测试等环节。

3 小结

从这次实践中可以感受到，沉浸式还音系统技术规范是一个宽泛性的要求，不能刚性地去照搬，要根据场地的实际情况进行合理微调。

例如侧环扬声器数量，根据空间尺寸侧环数量为6－8只，实际选用几只，需要结合装饰造型，空调、消防等设备布置。本案例中选用7只，一是侧墙扬声器安装位置不影响侧墙装饰造型，二是顶部扬声器和空调、消防设备不干涉。而选用6只或8只的时候，要么是和装饰造型有冲突，要么和空调、消防设备位置有冲突。

又如环绕低音扬声器的安装位置，环绕低音扬声器的作用是补充和加强后区低频部分，安装位置应该靠近观众厅后区。本案例中环绕低音扬声器的安装位置，一是距后墙大于1米，二是不遮挡侧墙扬声器发声，三是不和内装饰冲突。

所以，如何合理、科学地进行沉浸式还音系统设计很重要，不仅要配置合理的沉浸式还音系统技术方案，还要做好工艺设计。扬声器的安装既符合规范的要求也和影厅装修风格、造型有完美的结合，让观众有好的听觉体验的同时有好的视觉体验。