环绕声技术与环境声解码器

yinshao89 · 发表于 2010-5-18 10:52:06

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目前，我们已经进入了声音重放技术的第三个时代。单声道是第一个时代，它是从1877年爱迪生发明留声机一直到20世纪50年代。在这一时代中，人们的目标就是重放出原声音中的音色。人们没有想到要重放出声音的方向和空间特性。立体声是第二个时代。它是由30年代的发明为基础的，到50年代中期才开始大众化，并为人类提供了40年的聆听享受。立体声改进了音色的重放效果，并增加了两维的东西：左右声道展宽了演员的声舞台，还有一系列的音响内容能使聆听者获得前后空间的感觉。在双声道立体声系统中，对真实音乐空间的表达是基于脆弱的声音提示内容。在大多数普通的两音箱的立体声系统中，这些微妙的提示内容会被丢掉，使重放变得平板而不吸引人。多声道系统却能营造出这种身临其境的感觉。它就是第三个时代。

环绕声格式

数字分离环绕声的主要格式就是"5.1声道系统。5.1代表着5个全音域(20 Hz 到20 kHz)声道 (如图1) (前左/中/右，后左/右)，再加一个低音效果声道（其频率范围为3Hz到120Hz）。目前，数字5.1环绕声格式是电影院和家庭影院中最流行的格式。在电影院里，三种主要的格式有杜比实验室的杜比数字立体声 (DSD)，数字剧院系统公司的DTS系统和索尼公司动态数字声(SDDS)系统。这三种格式目前在美国的大约4,000家电影院中使用。DTS系统占的数量最大，索尼公司的SDDS系统占的数量最小。但装备SDDS系统的剧院的数量却在近两年迅速增长，大有超过DSD之势。

在家庭娱乐业的最前沿，目前只有一个名字最响亮，那就是杜比Dolby。在这里，杜比的格式就是DSD。DTS公司也推出了它的5.1声道压缩编码系统，但其压缩率要低于数字杜比。三种格式有一个共同点，那就是都采用数字压缩技术。这是将 5.1分离声道的音频与视频信号一起存储在LD或DVD光盘上、传送HDTV信号的唯一办法。但这种压缩与计算机数据存储的无损失压缩是不同的，三种存储格式都使用有损压缩（DTS允许无损压缩、有损压缩或是二者结合使用，这取决于人们怎么用它）。在HDTV 和 DVD媒介中，只允许存储原始数据的十分之一的内容，剩下的90%的内容都要被丢掉，它们在重放时就无法恢复。这就是有损压缩的本质。下面我们介绍一下三种压缩格式。

1987年，高清晰度电视系统的标准化工作开始在美国实施。在其音频系统设计中，人们想要有四个或更多个分离的声道，但当时的技术却无法做到。为了做到这一点，必须要求有至少是CD数字音频两倍的数据率。从此杜比实验室开始设计Dolby AC-3多声道音频编码系统。在电影院里，AC-3被应用到了电影胶片的音频格式中，即杜比数字立体声（Dolby Stereo Digital），在家庭领域里，杜比环绕数字声也是基于AC-3编码的，现在这种编码流行的名称是数字杜比DD。尽管AC-3最初是在设计HDTV时构想的，但它实际上投入实用却是在电影院里。它在35mm电影胶片中提供多声道数字环绕声。为了与以前没有使用AC-3技术的电影院兼容，电影中的两个模拟音轨也需要记录下来。所以新的数字音轨就被记录在胶片的链轮齿孔之间的空间上。作为一种参照，CD具有96dB的动态范围，它使用 16-bit的脉冲编码调制(PCM)技术，每个音频采样样本具有16比特的解晰度，采样频率是 44.1kHz。一张CD可以存储74分钟的双声道音乐。而杜比数字声系统则至少有20比特的动态范围，5.1 声道的每个声道的数据率至少为每秒384,000比特。这就是数字杜比环绕声系统要使用10:1压缩比的原因。下表是杜比数字声系统有关参数:DSD系统技术指标模拟输出左、右、中置、后左、后右和超重低音声道

频率范围 20 Hz-20 kHz ± 0.5 dB低频音效声道 20 Hz-120 Hz ± 0.5 dB
动态范围 120 dB采样频率 32, 44.1, 并支持 48 kHz数据率 32 kb/s 到640 kb/s32 kb/s 用于单个单声道,192 kb/s 用于双声道音频384 kb/s 用于 5.1声道压缩比 10:1

yinshao89 · 发表于 2010-5-18 20:33:10

DTS系统是1993年在影片《侏罗纪公园》中首次推出的。影剧院里的DTS 格式称作 DTS-6,而用于家庭的格式却大不相同。在电影院里，DTS系统的操作是自动的，它与以前的影院处理系统都是兼容的。DTS将数字音轨存储在两张CD-ROM光盘上。这一点与DSD或SDDS系统不同，后两者是将数字音轨存储在电影胶片上。DTS影片的35mm胶片上也记录有传统的模拟音轨，这是出于与以前系统兼容的考虑。 DTS的独特之处是将时序编码挤压存储在传统音轨和胶片帧之间的空间上。这种设计允许系统读取胶片上的时序编码，并播放与所投射出胶片帧所对应的正确的音频。这样音频就能与影片胶片帧保持同步。如果任何时候DTS解码器不能重放出正确的数字音轨，它会立即切换到传统的模拟音轨上。另外，电影胶片的片头上还包含有片头信息，它可以让DTS解码器检查驱动器里装入的CD-ROM光盘是否正确。 DTS使用一种编码算法，叫连贯声学编码(CAC)。这种算法将20-bit的线性PCM音频数据编码，但其数据率却低于CD音频所要求的每秒705600比特。这种算法就可以把6个声道的高质量音频数据存储在一张CD或LD光盘上。在家庭影院系统中，DTS将压缩的5.1声道数据存储在一张LD或DVD光盘上，将数据存储在原来被专业杜比逻辑音轨所占的空间上。DTS系统唯一的问题就是与以前系统的兼容性。没有DTS解码器的人就只能听模拟音轨。DTS系统的一个强项就是其压缩比要比数字杜比系统要低，每个分离声道的数据率为 240 kb/s，或是6个声道为1.4 Mb/s 。这就意味着DTS的声音可能听着更好一些。但这种编码由于数据量过大而不能存储在DVD上，为了存储在DVD上，就开发出了新的DTS格式，其数据率限制在384kb/s。. 下表是DTS系统的技术参数：DTS技术指标模拟输出可多达8个声道: 左、右、中、左中、右中、左环绕、右环绕、超重低音频率范围 20 Hz -20 kHz低频效果声道: 20 to 80 Hz动态范围最高至145 dB数据率最高至 1.4 Mb/s每张CD存储量 100 分钟压缩比约 4:1SDDS索尼动态数字声是三种格式中最后进入市场的。它在1994年初出现。这种格式目前只能用于电影院中，在家庭影院领域还没有出现其版本。现在国内许多电影院里就装备了SDDS的音响系统。SDDS 格式的目标与任何配置兼容，它可以有4, 5.1或 6个分离声道，这些方式混和存储在系统中，系统解码器有足够声道的情况下解码将其内容伸展到各个声道中。与DSD相同， SDDS把数字音轨也记录在电影胶片上。但它记录在胶片的链轮齿孔外的两边上。由于它上面是光记录音轨，所以它就能与现有的杜比环绕声系统兼容。 SDDS使用一种5:1压缩技术，使用这种算法可以保持100%的数据冗余量。这使胶片上可以将大量的数据流保存下来。经过测试这种胶片可以放映500次以上而不会在其表现上有所降低。下表是其技术指标：SDDS 系统技术指标模拟输出最多到8个声道: 左、右、中、左中、右中、左环绕、右环绕、超重低音

频率范围 5 Hz -20 kHz ± 1动态范围 105 dB采样频率 44.1 kHz声道分离度 > 80 dB压缩比 5:1　

解码器选择合并还是分离？

人们可以选择许多种环绕声解码器。它们中大多数为合并式功放的一部分，也就是说，它们是一套包括了前级、AM/FM 调谐器和功率放大器以及许多种数字声音处理(DSP)的“套餐”。这种器材被称作环绕声接收机 (环绕声功放不包括调谐器)。还有的环绕声解码器有一个前级和DSP,但没有功率放大器。还有的解码器连前级和DSP都没有。你也许会认为接收机是最不贵的，接下来是前级/解码器，而专用解码器自已就是最贵的。这是因为接收机是批量生产，面向大众化市场的。而其它类型则是小批量生产，其电器质量也更高一些。所以你就要做出一个重要的选择。在国外一个带有各个声道功率放大的合并机 (一个功放用于前左/前右立体声双声道，一个功放用于中置声道，两个功放用于两个后置环绕声声道)的价位约在$250-$3,500。如果你想有内置的DD 和/或 DTS，基本的接收机的价格与此相同，但是你要考虑它是否有一套5.1的输入接口，以在将来接收DVD-Audio的输入。一台前级/环绕声解码器的价位在$1,200-$15,000。如果你把这些器材摆在一起比较其声音质量，你会听出非常大的差别来。专用的解码器与环绕声解码芯片有关系的电子器件(将信号传送给解码芯片及从解码芯片向放大电路传送信号的电子线路部分)的质量也更高。1998年以后，能完成DD和DTS解码的二合一芯片已经开始出现，如YAMAHA的YSS912（918）Crystal的CS492604，Z0RAN的38650等。现在较低价格的“通吃”型接收机已经十分普遍。也就是我们常说的双解码机型。买接收机花钱较贵的是因为它们有各种模式的DSP及更大功率的功放。

家庭影院系统需要足够的功率，现在许多接收机带有“前置输出”接口，或是用前级/解码器及专用解码器，你就可以按自己的需要去组合最佳的搭配，以得到最大的功率。一般情况下，在定向逻辑模式下，前左/中/右声道的功率至少要达到85w，每个后置声道至少要50w。在数字杜比和 DTS模式下，5个声道都要达到至少85瓦。这些功率指的是连续输出功率，而不是峰值功率，音箱的阻抗是8欧。许多合并式器材(环绕声接收机)提供不了这么大的功率，我们建议在你的经济能力内做到最大的功率。即使你播放时只用到每个声道15-50w，但拥有更多的功率可以使这些15-50w的输出位于失真曲线的线性部分，其含义就是音质要比每声道只有50w的功放要更好一些。

连接器件和其它功能

不管你买的是一台合并机(有前级、环绕声解码器和功率放大器)还是一台前级/解码器，在器材的背后你都需要一大堆连接插孔（RCA插孔），最好是镀金的。器材的背板上应该有CD输入，LD输入（包括一组S-Video输入）, 调谐器输入(如果没有内置的调谐器),唱机输入(如果你喜欢听黑胶唱片LP，这一点就很重要), 两组 VCR录像机输入 (包括两组S-Video输入), 两组音频卡座输入, 还要有一组或两组辅助音频输入。如果你的器材没有内置的数字杜比解码器，你还想把它升级带上DD功能，那么这台器材就必

ganyu12 · 发表于 2010-5-23 07:13:22

谢谢楼主的发布，文章资源丰富，收藏了！~

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[声卡] 环绕声技术与环境声解码器

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