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環繞聲是如何實現的？

什麼是環繞聲

製作和呈現錄音的方法有很多。最簡單的方法，也是最早的有聲電影中使用的方法，叫做單聲道。單聲道意味著所有的聲音都被記錄到一個音軌或聲道上（例如，一個唱片上的一個螺旋槽，或磁帶上的一個磁軌），通常在一個揚聲器上播放。

雙聲道錄音通常被稱為立體聲，其中聲音在聽者兩側的揚聲器上播放。但這並不完全准確，因為立體聲實際上指的是更廣泛的多聲道錄音。雙聲道聲音是家庭立體聲接收器、電視和調頻收音機廣播的標准格式。最簡單的兩聲道錄音，稱為雙耳錄音，是在現場活動（例如音樂會）上設置兩個麥克風來代替人的雙耳。當你在兩個不同的揚聲器上收聽這兩個頻道時，它會重現出親臨現場的體驗。

環繞錄音將這一理念更進一步，添加更多的音頻通道，使聲音來自三個或更多的方向。雖然「環繞聲」一詞在技術上指的是杜比實驗室設計的特定多通道系統，但它更常用作劇院和家庭影院多通道音響系統的通用術語。在本文中，我們將以這種通用的方式使用它。

有一些特殊的麥克風可以錄制環繞聲(通過從三個或更多的方向拾取聲音)，但這並不是製作環繞聲原聲帶的標准方法。幾乎所有的電影環繞音效都是在混音工作室里製作的。聲音編輯和調音師會收集許多不同的音頻記錄，在電影片場錄制的對話、在配音工作室錄制的聲音效果或在電腦上製作的聲音效果、樂譜，然後決定播放哪個或多個音頻頻道。

早期的環繞聲

多年來，環繞聲有許多不同的製作方法。迪斯尼的《幻想曲》（1941年）是最早的環繞聲電影之一，它讓觀眾沉浸在古典音樂中。迪斯尼音響工程師威廉·加里蒂將每個管弦樂隊的錄音分開，並將它們混合，製作出四個不同的音軌，這些音軌作為光學音軌記錄在一個單獨的膠卷上。

四個音軌驅動著劇院周圍不同的揚聲器。在一個裝備齊全的劇院里，音樂似乎在禮堂里來回移動，這種效果是通過聲音平移來實現的。平移包括從一個音頻頻道淡出聲音（例如小提琴旋律），同時在另一個頻道上構建聲音。

為了用環繞立體聲播放《幻想曲》，影院需要一台額外的投影機來播放原聲，還需要一台昂貴的接收器和揚聲器。

這種環繞立體聲系統沒有流行起來(必要的設備非常昂貴)，但到了20世紀50年代末，許多好萊塢電影都採用了更簡單的多頻道格式。在這個時代出現了幾種不同的劇院設置，包括著名的電影放映廳和電影放映機，但大多數都使用相同的基本音響技術。作為一個整體，這些系統被稱為立體聲，或簡單的劇院立體聲。

立體聲

立體聲使用四個或更多的模擬磁音頻軌道周圍的電影邊緣。磁軌不能像傳統的光學聲軌那樣發出清晰的聲音，而且隨著時間的推移，它們會逐漸消失，但它們在膠片上佔用的空間要小得多。標准膠片格式沒有足夠的空間容納兩個以上的光軌，但可以在膠片框架周圍擠壓多達六個磁軌。

在立體聲系統中，三到五個頻道在電影屏幕後面驅動揚聲器。流行的四通道系統包括一個通道驅動左側揚聲器，一個通道驅動右側揚聲器，一個通道驅動中央揚聲器，以及一個通道驅動沿劇院兩側和後部的環繞揚聲器。有些系統在屏幕後面有五個獨立的頻道和一個環繞頻道。

在這些電影中，大部分聲音都被錄制在前面的頻道上，這樣文字就好像是從屏幕上傳出來的。當一個演員在屏幕左側講話時，對話聲來自左側的揚聲器。當一個演員在右邊說話時，聲音來自右邊的演講者。大多數的對話也被引導到中央揚聲器，它用來錨定或聚焦屏幕上的聲音。後音軌（或音軌）通常用於「效果聲音」，如環境背景噪音或屏幕外發出的聲音。

在20世紀70年代，杜比實驗室基於相同的配置引入了一種新的聲音格式。

動態杜比

與立體聲一樣，最初的Dolby Stereo有三個前聲道和一個環繞聲聲道。但是，它沒有使用磁軌，而是恢復到卓越的光學磁軌技術，以允許更清晰的聲音播放。杜比立體聲還採用了先進的降噪工藝，進一步提高了音質。

杜比立體音響的高音質使電影製作者更廣泛地利用環繞聲道。喬治·盧卡斯的《星球大戰》（StarWars）是杜比立體音公司（Dolby Stereo）編碼的首批電影之一，它使用環繞聲來增強其史詩般的太空戰斗場景。聲音工程師逐漸將戰斗機的聲音從前頻道移到後頻道，使之看起來像是從屏幕上飛過的聲音。

後來的電影採用了「星球大戰」模式，使用環繞音軌創造出奇妙的效果，並填充背景噪音來建立場景的設置。在較新版本的環繞聲音響系統中，影院主人可以掛上一個低音炮來處理極低頻的聲音（一個分頻器可以將這些聲音從兩個音軌中分離出來）。許多電影製作者使用低音炮在劇院里製造出強烈的轟鳴聲，當屏幕上發生爆炸或地震時，會震動觀眾。模擬和數字環繞聲音響系統中的超低音聲道有時被稱為低頻效應（LFE）聲道。

1982年，杜比推出了杜比環繞音響，一種家庭娛樂系統杜比立體聲版本。杜比環繞立體聲在劇院里再現了杜比立體音響的效果，但效果有點不同。音頻通道被編碼為磁帶上的磁軌，或作為電視信號廣播，而不是作為光學軌道。除了最初的家庭杜比系統只有三個通道——左揚聲器、右揚聲器和後揚聲器，揚聲器的設置與劇院的基本方式相同。1987年，杜比推出了Dolby Pro Logic，它有一個額外的通道用於前置中央揚聲器。

杜比立體聲的真正創新之處在於，如此多的音頻信息被壓縮到電影的一個小空間中。當杜比的工程師們開始研究這種新的格式時，他們發現他們只能在可用的空間中安裝兩條光軌。為了允許四個獨立的音頻通道，他們開發了一個特殊的4-2-4處理系統。該系統最初用於20世紀70年代初的四聲道家庭立體聲錄音，將四個聲道的音頻信息編碼為兩個音軌。

4-2-4處理系統

4-2-4處理系統的基本思想是從兩個信息流中導出四個信息流。基本上，這四種信息流是：流A中的信息、流B中的信息、流A和流B中相同的信息、流A和流B中的信息之間的差異。

前兩個通道相當簡單。A流提供給左側揚聲器，B流提供給右側揚聲器。但是「相同的」和「不同的」頻道要復雜一些。要理解這是如何工作的，您需要了解一些關於揚聲器如何發聲的知識。

一個基本的揚聲器是圍繞著一個電磁鐵建造的，電磁鐵是一個金屬圓柱體，周圍繞著一圈電線。電磁鐵被永久的天然磁鐵所包圍。當你把電流通過電磁鐵時，它就會被磁化，就像天然磁鐵一樣，有北極和南極。電磁鐵中的線圈連接到一端的(+)揚聲器線和另一端的(-)揚聲器線。音頻放大器不斷地改變電流的方向，使磁極的方向保持開關。

改變磁極的方向會改變電磁鐵和周圍自然磁鐵之間的吸引力。這使得電磁鐵來回移動。當電磁鐵移動時，它推動並拉動揚聲器錐體，揚聲器錐體快速地將空氣推出，然後再將其拉回來。空氣粒子的運動產生我們聽到的聲音。

那麼，音頻信號就是一個波動的電流。當電流以一種方式波動時，揚聲器圓錐體向內移動；當電流以另一種方式波動時，揚聲器圓錐體向外移動。這個信號可以表示為振盪波。產生的特殊聲音取決於圓錐體移動的速度和距離，這取決於電流的波動模式。

在環繞聲設置中，中央聲道的信號同時記錄在A流和B流上。兩個流上的中心信號在振幅和頻率上是相同的，並且它們是完全同步的。

相移

支持中央信道的環繞聲解碼器將根據A流和B流的模式和振幅來挑選相同的信號。在沒有中央揚聲器的環繞聲設置中，完美平衡的中央信號將在左右揚聲器之間直接創建一個「幻影揚聲器」（揚聲器的幻影）。

環繞通道的聲音信號也記錄在流A和流B上，但每個流中的相同信號彼此不同步。它們不是同步播放，而是在兩個音頻流中隨時間移動。結果是這兩個信號相互作用：當A流中的環繞聲信號告訴左揚聲器圓錐體向外移動時，B流中的信號告訴右揚聲器圓錐體向內移動。因此，來自左前和右前揚聲器的環繞聲信號信息在很大程度上會自動取消。

環繞聲解碼器接收流A和流B，並相對移動它們，使環繞聲信號再次處於相位。有了這種偏移，右、左和中心信號都不同步，因此往往相互抵消。

除了分離不同的信號外，適當的環繞解碼器還通過不同的濾波器和降噪元件傳遞音頻信息，以平衡聲級和降低雜訊。專業的邏輯解碼器使用主動「轉向」元素來更精確地控制過程。

許多家庭音頻愛好者已經找到了一種方法，只使用一個雙聲道家庭立體聲和一組額外的揚聲器，部分解鎖環繞立體聲頻道。

得到環繞信道

訪問環繞聲聲道的最簡單方法是獲得帶有環繞聲解碼器的接收器。解碼器識別出異相信息並將其提取到第三個通道中。為了平衡聲音，接收器還將頻道提升到適當的水平，並增加一個輕微的時間延遲。然而，使用標准立體聲接收器可以訪問環繞聲，因為所有信息實際上都包含在左右聲道中。

為此，請准備一對後置揚聲器，並將它們放在聽者的左右兩側。將右聲道的（+）放大器端子連接到右後揚聲器的（+）揚聲器端子，將左聲道的（+）放大器端子連接到左後揚聲器的（+）揚聲器端子。然後連接後揚聲器上的兩個（-）端子。

前聲道同相的立體聲信號在後揚聲器中相互抵消：左右兩側的（+）電流同時到達每個揚聲器的（+）和（-）端子，因此電流根本不會改變電磁鐵磁極。

但是立體聲通道中的異相信號將形成交流電，這些信號的電流將從左聲道的（+）放大器端子流出，而電流的（+）揚聲器端子流入右聲道的（+）放大器端子。其效果是這些異相信號移動後揚聲器的電磁鐵，從而控制後揚聲器的聲音。

要設置一個簡單的中央揚聲器（固定左右立體聲揚聲器的揚聲器），只需打開電視。如果是單聲道電視，它會同時播放兩個立體聲頻道。立體聲電視也可以很好地用於錨定目的，因為兩個頻道都是從電視區域發射的。

在此設置中，您需要的另一個部件是電位器，它可以對電流施加不同程度的電阻，從而降低電路中的電壓。在這種環繞聲設置，電位器只是作為一個音量控制的後方揚聲器。你可以把它掛在任何地方沿著電路通向後面的揚聲器。

當然，這個設置不會提供與實際環繞聲接收器相同質量的環繞聲。

在20世紀90年代，一種新的環繞聲開始出現在劇院，從那時起，它逐漸超過了標準的4-2-4方法。

數字域：DTS

如今，許多影院都擁有數字環繞音響系統。數字聲音的工作原理與模擬聲音系統截然不同。

在模擬錄音中，聲音被編碼為一個長的、波動的信息流。在數字錄音中，聲音被編碼成一系列1和0，就像計算機程序一樣。通過這種方法，您可以在有限的空間內編碼更多的信息，從而使音頻曲目更清晰、更精確。

1993年，隨著《侏羅紀公園》的上映，數字影院音效開始向公眾開放。《侏羅紀公園》使用了一種名為DTS Digital Sound的技術，該技術以數字影院系統公司命名，該公司為該技術申請了專利。

在這個音響系統中，六個獨立的音頻通道被編碼到一張或兩張CD上。劇院配備了一個CD播放器和一個解碼器，將這些頻道分開，並在整個劇院內布置的不同揚聲器上播放。和杜比立體聲一樣，DTS有三個前聲道和一個低音炮。但是，它不是一個環繞立體聲頻道，而是為劇院左側的揚聲器和劇院右側的揚聲器提供單獨的頻道。

數字域：杜比數字

杜比隨後推出了自己的數字格式，杜比數字。Dolby Digital也被稱為Dolby Digital 5.1(用於5個音頻通道和一個低音炮通道)，Dolby AC-3(用於Dolby的第三個音頻編碼設計)或Dolby SR-D(用於頻譜數字記錄)。杜比數碼與DTS有相同的基本揚聲器配置，聽起來也很相似，但它在一個非常不同的系統上工作。數字信息不是在cd上錄制音頻，而是以微小的模式編碼在鏈輪孔之間的膠片上。

當電影通過放映機時，杜比數字閱讀器通過這個模式發光二極體。在膠片的另一面，光線照射到電荷耦合裝置（CCD），與數碼相機中使用的光感測器類型相同。CCD記錄由數百個小斑點組成的圖像，這些小斑點代表1，在代表0的斑點之間有數百個空間。杜比數字處理器將此圖像中的數字信息解釋為音頻信號。

Dolby Digital Surround Ex的工作方式與Dolby Digital相同，但它包括一個額外的環繞頻道。額外的頻道驅動揚聲器沿著劇院的後牆。與前中置揚聲器一樣，它可以用來固定左右環繞聲道的聲音。

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