邹霁
【摘 要】22.2声道环绕声系统由NHK科学与技术研究实验室开发,用于超高清电视(UHDTV)系统中.介绍了22.2声道环绕声系统方案,并阐述了它的优点,以及实际运用的情况. 【期刊名称】pcu h《电声技术》
【年(卷),期】2012(036)005自动埋钉机
【总页数】5页(P69-73)
【关键词】环绕声;超高清电视;22.2声道
【作 者】邹霁
【作者单位】重庆广播电视集团技术制播中心,重庆400039
【正文语种】中 文
【中图分类】TN912.27
1 引言
当前，高清电视(HDTV)的普及为家庭观众带来了高清晰度的图像。虽然高清电视相对于传统的标清电视有着更为逼真的临场感，但仍旧不够理想。科学研究发现，要营造出真实的临场感很大程度上取决于观众的水平视角，临场感随着视角扩大成正比增长，当视角到100°时达到最佳状态［1］。
现在的高清电视由于最佳观看距离为屏幕高度的3倍，水平视角只能达到30°，在宽高比(16∶9)确定的情况下要让视角提高就必须提高画面的分辨率。基于这个需求，日本NHK科学与技术研究实验室开发出了超高清电视(UHDTV，NHK称其为Super Hi－Vision)系统，在视频方面具有惊人的7 680×4 320超高分辨率，是HDTV的16倍。由于垂直分辨率较HDTV提高了4倍，最佳观看距离得以缩短为屏幕高度的0.75倍，水平视角达到100°，如图1所示。
超高清视频在水平和垂直方向都具有极其宽广的范围，现有的5.1声道环绕声系统在如此高
分辨率的图像下已无法保证正面声像的准确定位，同时由于其只能反映水平面上的声像变化，显然无法再继续使用在超高清电视系统之中。基于以上的原因，必须研发一种新型环绕声技术，其应当具备以下条件。
图1 高清电视、数字影院与超高清电视的水平观看视角
(1)在屏幕的任何区域都能进行准确的声像定位。
在超高清电视系统这样有着广视角、大画面的视听环境下，图像与声像的一致性对于观众来说非常重要，从而必须要对屏幕任意区域进行准确的声像定位。 (2)让观众能感受到来自所有方向的声音。
在现实生活环境中，声音是在各个方向都存在的。要让观众有着真实的临场感，系统必须要具备再现所有方向声音的能力。
(3)能再现一个高品质的三维立体空间。
现实环境中的混响声非常自然，而且是立体的。如能够真实再现出来同样会让观众的临场声音设备
感得到增强。
(4)有着宽广的高质量听音范围。
在环绕声播放环境中有一个能完美再现制作者意图的最佳听音位置，它位于每个扬声器等距离指向的中心，发烧友通俗形象地称其为“皇帝位”，如图2所示［2］。然而，对于电影院这样的同时有着上百人观看的环境，必须要有一个宽广的高质量听音范围。
图2 5.1环绕声系统最佳听音位置
(5)能向下兼容现有的环绕声技术。
对于新研发的环绕声技术来说，与现在正处于实际使用中的环绕声技术保持相互兼容是非常重要的。在这里，相互兼容体现在两方面，一是采用其他环绕声技术制作的节目能够顺利通过新研发的系统播放出来，二是采用新技术制作的节目，通过下变换等方式，也能在其他环绕声系统中顺利播放。
NHK研发出的22.2声道环绕声系统完全满足以上条件的要求。
2 系统方案
2.1 扬声器摆位方式
如图3所示，22.2声道环绕声系统由上、中、下三层组成。上层与房间顶部高度相同，共9声道;中层与屏幕中央位置以及听众的耳朵高度相同，共10声道;下层与地板高度相同，共3声道，另外还有2个低频效果声道(LFE)［3］。依靠观众前方上层的3声道、中层的5声道以及下层的3声道，便可以在屏幕的任意位置进行准确的声像定位。上、中、下三层结合起来可以表现出声像上下移动的情况，为观众营造出如同真实环境般的三维立体空间，这是现有的环绕声系统所无法想象的。
图3 22.2声道扬声器摆位方式
所有扬声器的布置角度如图4所示，α1为45°～60°，α2 为 α1/2，α3 为 110°～ 135°，α4 为 30°～ 90°，β1为0°～ 5°，β2为 0°～ 15°，β3 为 30°～ 45°，β4 为15°～25°。
图4 扬声器布置角度
2.2 兼容性
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由于现有的5.1声道环绕声的扬声器都位于同一平面，这样的话即使拿到22.2声道下播放也非常容易实现。另外，22.2声道也可经过下混合(downmix)变为5.1声道，这样便保证了向下的兼容性。其具体的转换方程式如下
3 主观测试情况
为了检验22.2声道环绕声系统的实际效果，NHK邀请了53位测试人员(其中包括28位音响工程专业的大学生以及25位专业音响工程师)分别对2.0立体声、5.1和22.2声道环绕声进行主观试听评价。
测试地点共有两个，一个在NHK实验室的超高清影院(450 in(1 in=2.54 cm)屏幕，长 14 m，宽15 m，高10 m);另一个在NHK实验室的小型后期制作工作室(50 in屏幕，长8 m，宽7.5 m，高4 m)。两地的声学测试指标均为:混响时间0.7 s(500 Hz)，每个声道输出粉红噪声，参考电平－18 dBFS(RMS)，声压级85 dB(C记权)，LFE声压级95 dB(C记权)。测试人员被要求坐在不同的位置上，以便测试对于各个方案的印象差异。
整个测试共有2段视频，每段分为4个场景，长度约8 min。在本实验中使用语义差异法(Se
mantic Differential)来评价，这是一种心理测定的方法，在社会学、社会心理学和心理学研究中，其被广泛用于文化的比较研究，个人及体间差异的比较研究，以及人们对周围环境或事物的态度、看法的研究等等。语义差异法以形容词的正反意义为基础，里面包含一系列形容词和它们的反义词，在每一个形容词和反义词之间有约7～11个区间，测试人员对事物的感觉可以通过其所选择的两个相反形容词之间的区间反映出来。在本次实验中，测试人员就24个方面进行评分，每个方面都包含两种完全相反的评价，如“动态”或者“静态”。评分的分数范围从－3～3，其中3意味着非常有动态，而－3意味着非常静态，0意味着既不是动态的，也不是一成不变的。
测试结果总体上清楚地表明，在每个系统之间没有响度差异的情况下，22.2声道环绕声比2.0立体声以及5.1环绕声在三维立体空间上有着更好的表现、更好的音质以及更宽广的优质听音范围。尤其是在小型工作室内，三者之间的差异更加明显［4］。
4 实际运用案例
4.1 现场环境声收录
在大型音乐电视节目中，22.2环绕声技术被首次运用是在2006年的红白歌会(红白歌会在日本是无论男女老少都大受欢迎的音乐电视节目，每年的12月31日晚在位于东京涩谷的NHK会馆举行，整个节目长度约5 h)上。录音师在现场布置了大量的传声器，以便拾取丰富的环境声细节，让观众在家里观看也能感受到现场的真实气氛，如图5所示［5］。
图5 2006年红白歌会传声器布置图
整场演出的传声器共采用了以下四类指向性。
(1)心形(Cardioid)
感温元件
顾名思义，这种指向性的拾音范围跟人类的心脏很相似。心形指向传声器在恶劣的录音环境中，非常有用。它能直接拾取前方目标的声音，屏蔽掉两边以及后方的声音，在各类传声器里使用率较高。
(2)超心形(Supercardioid)
水褥子其对前方的指向性比心形传声器略高一些。
(3)形(Shotgun)
形传声器对前方有着更尖锐的指向性，其对目标的定位非常明确。
(4)全向形(Omnidirectional)
能拾取传声器周围各个方向的声音。
这四类传声器一部分悬吊在场馆顶部的天花板上，用于拾取环境声;另一部分布置在距离观众较近的地板上，用于拾取他们的掌声和呐喊声。
4.2 现场混音
在此次红白歌会之前，音效设计师与混音师都没有在22.2声道下现场混音的经验，在本次演出中还是以5.1声道环绕声作为直播信号。由于22.2声道的数量较5.1方式提高了3倍以上，声像分布也由平面变为了立体，如何让音效得到合理的分配对于音效设计师和混音师来说是一大挑战。他们表示虽然目前已经成功制作出了一些实验性质的超高清节目，但今后仍然需要花大量的时间积累经验，以掌握22.2声道环绕声的混音诀窍。表1列出的是目前混音师对22.2声道系统各层的音效分布建议。
