日期：2016/1/5 來源：中國演藝科技網(wǎng)

3D是近年來頻繁出現(xiàn)的一個(gè)熱門詞匯，以3D電影、3D電視、3D游戲、3D投影等為代表的3D影像技術(shù)已經(jīng)成為視頻領(lǐng)域的發(fā)展熱點(diǎn)。而音頻方面，3D聲音（也稱沉浸式聲音）正在成為一個(gè)新的發(fā)展方向。近兩年音頻領(lǐng)域的重要國際會(huì)議，如AES（Audio EngineerSociety）會(huì)議、德國錄音師會(huì)議（Tonmeistertaguang）等，都將3D聲音作為會(huì)議研討的一項(xiàng)重要議題；各國科研機(jī)構(gòu)和設(shè)備廠商也在著力研發(fā)針對(duì)3D聲音的新技術(shù)、新設(shè)備。筆者從3D聲音基本概念和特點(diǎn)入手，介紹一系列目前常見的3D音技術(shù)方案，并且針對(duì)音樂類節(jié)目的3D聲音錄制方法進(jìn)行總結(jié)分析。

13D聲音技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀

3D（3-dimensional），通常被譯為三維，通常指空間維度，即具有長、寬、高三個(gè)向量的立體空間。3D聲音可以理解為通過一定的技術(shù)手段記錄和重放出三維空間信息的聲音。

人耳與生俱來地具有感知三維聲場和定位三維空間聲像的能力。聲音的錄制和重放技術(shù)從單聲道、雙聲道平面立體聲再到5.1、7.1平面環(huán)繞聲，其對(duì)聲場的塑造能力從一維空間發(fā)展到水平二維空間。而3D聲音技術(shù)與3D圖像技術(shù)主要拓展縱深有所不同，主要拓展了音頻系統(tǒng)在垂直方向的聲場塑造能力，可以模擬出與真實(shí)聽音感受最為接近的三維聲音空間。

1.1 3D聲音技術(shù)特點(diǎn)

3D聲音技術(shù)與設(shè)備的運(yùn)用，不但給人們帶來了全新的音響審美體驗(yàn)，而且由于聲音空間的拓展，聲音創(chuàng)作的空間和自由度獲得了前所未有的提高。其特點(diǎn)和優(yōu)勢可以歸納為以下幾點(diǎn)。

（1）3D聲音技術(shù)臨場感和沉浸感更強(qiáng)。在人們的聽音習(xí)慣中，從上方和斜上方而來的聲音承載了更多有助于辨識(shí)聲場環(huán)境的信息。3D聲音重放技術(shù)使聽眾置身于一個(gè)三維的聲音重放空間內(nèi)，聲場的重現(xiàn)與在自然環(huán)境的聽音體驗(yàn)接近，這種臨場感是平面立體聲和環(huán)繞聲無法比擬的。

（2）3D聲音技術(shù)拓展的垂直方向的聲像定位使聲場信息更完整。垂直方向聲像定位的出現(xiàn)使聲像運(yùn)動(dòng)軌跡更加自由、連貫，進(jìn)一步豐富了聲音的藝術(shù)表現(xiàn)力。

（3）3D聲音技術(shù)改善了重放聲音的音質(zhì)。從單聲道到平面環(huán)繞聲的發(fā)展過程可以看出，聲道數(shù)量越少，單個(gè)通路內(nèi)所包含的聲音信息就越多，也就易出現(xiàn)信號(hào)間相互的聲染色和相位抵消的現(xiàn)象。目前常見的大部分3D聲音系統(tǒng)都增加了上方或斜上方的揚(yáng)聲器，所以一定程度地緩解了聲染色和相位抵消的問題。德國Fraunhofer研究院的雙盲音質(zhì)對(duì)比測試結(jié)果（如圖1所示）也顯示出當(dāng)添加上層額外聲道揚(yáng)聲器時(shí)，聲音的整體音質(zhì)有了大幅提升。

（4）3D聲音技術(shù)擴(kuò)大了最佳聽音區(qū)域。平面環(huán)繞聲相對(duì)于雙聲道平面立體聲的一大優(yōu)勢就是最佳聽音區(qū)域擴(kuò)大，而3D聲音重放系統(tǒng)又在平面環(huán)繞聲的基礎(chǔ)上將最佳聽音區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。這一點(diǎn)筆者有切身體會(huì)，在德國錄音師會(huì)議設(shè)置的3D視聽室內(nèi)，筆者特意在多個(gè)位置進(jìn)行了對(duì)比聆聽，感受到聲音的還原和聲場的一致性非常好，雖然在不同位置聲像定位也會(huì)有一些差異，但是并沒有出現(xiàn)過于極端的變化效果。

1.2 3D聲音技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，3D聲音技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展的快車道。大量產(chǎn)品從研究機(jī)構(gòu)和設(shè)備廠商的實(shí)驗(yàn)室走向市場，其中有些已經(jīng)在普通聽眾和業(yè)內(nèi)專家中獲得了較好的評(píng)價(jià)和廣泛的接受。目前常見的3D聲音技術(shù)方案有：Dolby Atmos（杜比全景聲）、Auro 3D、IOSONO-3D、NHK22.2、DTS-X、HOA（High Order Ambisonics 高階聲場復(fù)制）等。就聲音信號(hào)分配方式而言，可將常見的3D聲音系統(tǒng)分為基于“聲道”和基于“對(duì)象”兩種類型。

1.2.1 基于“聲道”的3D聲音技術(shù)

基于“聲道”的3D聲音技術(shù)采用了與傳統(tǒng)平面立體聲和環(huán)繞聲類似的信號(hào)分配方式，通過不同揚(yáng)聲器重放聲音信息之間的強(qiáng)度差和時(shí)間差定位聲源。使用這一原理的3D聲音技術(shù)方案包括Auro 3D、NHK22.2等。

1.2.2 基于“對(duì)象”的3D聲音技術(shù)

基于“對(duì)象”的3D聲音技術(shù)打破了傳統(tǒng)以聲道為基礎(chǔ)的聲音信號(hào)分配方式，在聲音制作環(huán)節(jié)中增加一個(gè)專用的編碼處理器，將聲音的空間定位信息記錄為一系列的元數(shù)據(jù)，這些元數(shù)據(jù)并不屬于任何一個(gè)物理意義上的聲道，重放時(shí)使用解碼器利用元數(shù)據(jù)的聲音定位信息調(diào)用重放系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)揚(yáng)聲器進(jìn)行重放。屬于這類3D聲音技術(shù)方案包括Dolby Atmos、DTS-X、IOSONO-3D等。其中IOSONO-3D系統(tǒng)對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼重放時(shí)還采用了基于惠更斯原理（二次波源原理）的波場合成技術(shù)（Wave Field Synthesis）。

2 音樂類節(jié)目的3D聲音錄制 目前3D聲音技術(shù)主要是針對(duì)電影、游戲領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)研究和節(jié)目制作，針對(duì)音樂類節(jié)目制作的3D聲音研究較少，但鑒于目前音樂演出市場和電視臺(tái)音樂類綜藝節(jié)目的火熱，音樂類節(jié)目有可能成為下一個(gè)3D聲音技術(shù)應(yīng)用的研究熱點(diǎn)。 2.1 Auro 3D技術(shù)在音樂錄音領(lǐng)域的運(yùn)用 通過對(duì)現(xiàn)有音樂類節(jié)目的3D聲音錄制方法的分析和比較，可以發(fā)現(xiàn)目前大部分音樂類節(jié)目的3D聲音同期錄制制作方案都是根據(jù)Auro 3D技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且在Auro 3D系統(tǒng)中進(jìn)行重放。Auro 3D技術(shù)方案在音樂節(jié)目3D重放領(lǐng)域的應(yīng)用占據(jù)重要的位置。下面分別從音樂節(jié)目的聲音特點(diǎn)和Auro 3D技術(shù)方案特點(diǎn)等角度分析其在音樂節(jié)目錄制領(lǐng)域被廣泛采用的原因。 （1）從聲音的藝術(shù)表現(xiàn)上看，電影聲音與音樂聲音有各自不同的藝術(shù)追求。電影聲音需要與電影畫面完美配合，不僅需要重現(xiàn)畫面所呈現(xiàn)的聲場環(huán)境，更要求準(zhǔn)確的聲像定位和還原聲音對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡。而音樂類節(jié)目尤其是古典音樂類節(jié)目則沒有太多運(yùn)動(dòng)聲源定位的要求，即便需要聲像定位，很多時(shí)候也不是一個(gè)點(diǎn)而是需要有一定寬度。錄制這類節(jié)目的側(cè)重點(diǎn)在于聲場塑造，模擬更自然的音樂表演環(huán)境，帶給聽眾更逼真的沉浸式體驗(yàn)。所以，雖然類似Dolby Atmos那樣的基于“對(duì)象”的信號(hào)分配方式能夠重現(xiàn)更準(zhǔn)確的三維聲像定位，但音樂類節(jié)目留給它發(fā)揮的空間十分有限。 （2）傳統(tǒng)音樂錄音無論是同期的立體聲、環(huán)繞聲制式錄音方式還是分期的單點(diǎn)拾音和后期制作，其理論基礎(chǔ)都是傳統(tǒng)的基于“通道”的重放系統(tǒng)。而在基于“通道”重放的Auro 3D系統(tǒng)中，音樂錄音師可以利用自身已經(jīng)掌握的所有傳統(tǒng)錄音制作手段，工作習(xí)慣和工作方式與之前也幾乎不發(fā)生任何變化，只是需要考慮增加上層的傳聲器組來為上層揚(yáng)聲器提供對(duì)應(yīng)的音頻信息。也就是說Auro 3D技術(shù)方案是音樂錄音師可以相對(duì)容易地憑借已具備的平面立體聲錄音技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)快速進(jìn)入3D聲音技術(shù)領(lǐng)域的方式。 （3）Auro 3D系統(tǒng)根據(jù)不同的重放環(huán)境和重放條件制定了從9.1到13.1等幾套固定的揚(yáng)聲器系統(tǒng)搭建方案，并要求理想的重放系統(tǒng)都應(yīng)按照上述方案進(jìn)行搭建。部分錄音師十分認(rèn)可這種方式，認(rèn)為這樣可以保證音樂成品播放時(shí)的重放條件與自己制作時(shí)的監(jiān)聽條件一致，也就保證了錄音師制作時(shí)的監(jiān)聽狀態(tài)與廣大聆聽者最終的實(shí)際聆聽效果非常接近。而Dolby Atmos卻沒有設(shè)計(jì)固定的聲音重放系統(tǒng)，需要根據(jù)廳堂的實(shí)際尺寸設(shè)計(jì)揚(yáng)聲器的數(shù)量。實(shí)際上，由于揚(yáng)聲器的使用數(shù)量和最終聲音的重放效果有著非常密切的關(guān)系，一般民用重放系統(tǒng)在揚(yáng)聲器數(shù)量和質(zhì)量上都與專業(yè)系統(tǒng)存在較大差異，這就造成了制作時(shí)監(jiān)聽到的聲音效果在一般民用重放設(shè)備上被大打折扣。 （4）Auro 3D技術(shù)方案的兼容性。目前絕大多數(shù)音樂錄音的重放系統(tǒng)仍以2.0聲道和5.1聲道為主，針對(duì)2.0和5.1 聲道的節(jié)目制作仍是音樂錄制技術(shù)的主要內(nèi)容。 因此使用3D聲音技術(shù)進(jìn)行錄制的音樂錄音師必須首先保證自己的作品能夠在上述兩種環(huán)境下重放出較為理想的效果。Auro 3D獨(dú)特的Octopus編碼技術(shù)具備非常出眾的向下兼容性，其聲音成品（采用藍(lán)光光碟存儲(chǔ)）可以在不需要解碼器的情況直接回放5.1通道乃至2.0通道的PCM數(shù)據(jù)流。這樣，在制作端就可以實(shí)現(xiàn)一次性完成平面和3D兩種重放格式的制作，同時(shí)在客戶終端有解碼器的情況下可以實(shí)現(xiàn)3D聲音的解碼還放，即使沒用解碼器也不影響2.0、5.1格式下的欣賞。 2.2 3D音樂錄音案例分析 目前采用3D聲音技術(shù)的音樂錄音案例較少，大多數(shù)還在討論和探索之中，以下選擇三個(gè)具有代表性的錄音方案加以分析。 2.2.1 Galaxy Studio的3D音樂錄音方案 作為Auro 3D技術(shù)的創(chuàng)始者，有著深厚音樂錄音經(jīng)驗(yàn)的Galaxy Studio公司所提出的音樂錄音方案是3D音樂錄音的典型案例。Galaxy Studio的基本方案（是依據(jù)Auro 3D系統(tǒng)中揚(yáng)聲器上下兩層設(shè)置的方式，采取兩層傳聲器布局，即在原有平面環(huán)繞聲錄音方案的基礎(chǔ)上增加了上層傳聲器組，如圖2所示。在整個(gè)系統(tǒng)中，下層傳聲器組多采用Decca Tree加后方2支全指向傳聲器，共5支全指向傳聲器的方案；上層傳聲器組一般由4支全指向傳聲器組成，其中，在Decca Tree的正上方為一組AB（2支全指向）傳聲器組，傳聲器主軸一般指向正前或斜下方，根據(jù)實(shí)際錄音環(huán)境的情況也有指向斜上方的情況，另外，在2支環(huán)繞傳聲器的正上方再分別各設(shè)置1支全指向傳聲器，主軸指向斜后方。實(shí)際錄音時(shí)，樂隊(duì)中還會(huì)對(duì)某些樂器和聲部增加輔助傳聲器。這種方案的優(yōu)勢之一就是針對(duì)平面環(huán)繞聲系統(tǒng)的向下兼容性極佳。在不進(jìn)行解碼的情況下，系統(tǒng)錄制的信號(hào)重放出下層標(biāo)準(zhǔn)的5.1環(huán)繞聲錄音系統(tǒng)的信號(hào)；而上層傳聲器則主要負(fù)責(zé)拾取來自廳堂上方、斜上方的反射聲，同時(shí)也會(huì)拾取到一些能量相對(duì)下層較弱且傳播聲程更長的直達(dá)聲。 2.2.2 2L唱片公司的錄音方案挪威2L唱片公司（LindbergLyd）是古典音樂唱片廠牌中的后起之秀， 近兩年其唱片連續(xù)獲得了格萊美獎(jiǎng)古典音樂類別的多項(xiàng)提名。它是目前堅(jiān)持采用DSD錄音技術(shù)進(jìn)行錄音，是目前少數(shù)發(fā)行Auro-3D格式藍(lán)光光盤的唱片公司。另外，2L有與眾不同的音響美學(xué)概念，認(rèn)為多聲道技術(shù)可以打破原有舞臺(tái)表演觀眾與表演者之間的傳統(tǒng)位置關(guān)系，因此其制作的大量唱片所追求的是一種將聽眾置身于樂團(tuán)的中間，即聽眾被所有樂器包圍的新奇的聲音體驗(yàn)。筆者將2L錄音的基本原則總結(jié)為如下三點(diǎn)：選擇最佳的錄音場地，使用最簡單的傳聲器設(shè)置，通過改變樂隊(duì)擺位獲得理想的平衡和奇妙的聲音體驗(yàn)。 2 L公司的拾音技術(shù)從DeccaTree和Mercury Tree中汲取了部分靈感，它的3D拾音技術(shù)也是從其他的平面環(huán)繞聲拾音技術(shù)發(fā)展而來的。它的平面環(huán)繞聲拾音技術(shù)一般采用5支或7支傳聲器組成的拾音陣列。以專輯《Remote Galaxy》（如圖3）的錄制方式為例，其平面環(huán)繞聲的錄制，采用7支傳聲器組成環(huán)繞聲陣列置于環(huán)形布局的樂隊(duì)中心，如圖4所示，使用傳聲器一般都為DPA全指向傳聲器，相鄰傳聲器的間距不超過1 m。5支傳聲器的陣列可以理解為模仿5.1重放系統(tǒng)的L、C、R、Ls、Rs 5只揚(yáng)聲器；而7支傳聲器的陣列是從5支傳聲器陣列發(fā)展而來的，增加的2支傳聲器位于L和Ls、R和Rs之間，用于確保L、R和Ls、Rs之間的聲音過渡得平衡、自然，多用于中大型樂隊(duì)拾音。在此基礎(chǔ)上，2L公司增加了上方的4支全指向傳聲器來實(shí)現(xiàn)Auro 3D格式的錄音，這4支傳聲器分別位于L、R、Ls和Rs聲道傳聲器的正上方，向下的俯角略小于下層傳聲器，上層升高的高度等于下層L、R傳聲器的間距，如圖5所示，錄制中傳聲器陣列與樂隊(duì)的位置如圖6所示。上下兩層傳聲器基本上組成了一個(gè)立方體，而立方體的尺寸根據(jù)樂隊(duì)規(guī)模在120 cm～40 cm[6]之間變化。傳聲器方面，2L的錄音多選擇全指向傳聲器，只是有時(shí)根據(jù)音樂和器的特點(diǎn)在小振膜傳聲器DPA4003和大振膜傳聲器DPA4041（傳聲器主軸方向的調(diào)整更為嚴(yán)格）之間進(jìn)行選擇。 與Galaxy Studio的錄音方案一樣，2L公司的3D音樂節(jié)目拾音技術(shù)來源于它的平面環(huán)繞聲陣列拾音技術(shù)，其同樣具備完美的向下兼容性。依據(jù)2L公司的音響美學(xué)原則，該系統(tǒng)的傳聲器使用十分經(jīng)濟(jì)，除主傳聲器陣列之外幾乎不使用任何輔助傳聲器（只是偶爾給獨(dú)奏樂器架設(shè)輔助傳聲器），因此，這種錄音對(duì)廳堂聲學(xué)環(huán)境、樂隊(duì)的位置布局和樂隊(duì)本身的音響平衡有極其嚴(yán)苛的要求。 2.2.3 Zielinsky Cube 3D拾音方案 Zielinsky Cube是以德國著名錄音師和制作人Gregor Zielinsky的名字命名的3D音樂錄音制式。1989年，Gregor Zielinsky曾憑借錄制伯恩斯坦指揮的音樂劇《老實(shí)人》斬獲格萊美最佳古典音樂錄音獎(jiǎng)項(xiàng)。他從2010年開始介入Galaxy Studios公司的Auro 3D研發(fā)工作，進(jìn)行了大量音樂的3D錄音和制作實(shí)驗(yàn)，音樂類型涵蓋了古典音樂、爵士樂、搖滾樂等多種音樂風(fēng)格。經(jīng)過多年3D音樂錄音實(shí)踐，Zielinsky總結(jié)出了一套獨(dú)特的3D主傳聲器拾音布局方式，稱之為Zielinsky Cube。該系統(tǒng)由8支傳聲器組成，傳聲器的位置正好處于一個(gè)虛擬立方體（長方體）的8個(gè)頂角，如圖7、圖8所示。如圖7所示，下層L、R傳聲器的間距約等于上層HL和下層L間距離的2倍，其余上層傳聲器的高度均可以此類推，這種傳聲器布局方式與Auro 3D系統(tǒng)的揚(yáng)聲器擺放標(biāo)準(zhǔn)完全吻合。下層L、R和LS、RS傳聲器組可以理解為常規(guī)的大AB加左后右后兩支環(huán)繞聲傳聲器，L與R傳聲器的間距一般在1.5 m～2 ｍ之間，有時(shí)甚至更大，傳聲器型號(hào)多選擇Sennheiser的MKH800twin（如圖9所示）。進(jìn)行3D錄音時(shí)，條件允許的情況下，上下層8支傳聲器都使用該型號(hào)傳聲器，有時(shí)上層也有選擇其他心形或?qū)捫男沃赶騻髀暺鞯那闆r。HL、HR傳聲器主軸指向正前方，而HLS和HRS傳聲器則多指向斜后上方。 根據(jù)上述傳聲器布局方案可以發(fā)現(xiàn)，Zielinsky一般不使用Auro 3D系統(tǒng)的前方中間聲道，他認(rèn)為中間揚(yáng)聲器的使用對(duì)于音樂錄音沒有很重要的作用，使用它會(huì)使聲音從左到右的過渡變得不自然。甚至有時(shí)即使根據(jù)樂隊(duì)編制和廳堂特性需要在左右傳聲器中間增加一支中央傳聲器C，重放進(jìn)行聲道分配時(shí)也只將這路信號(hào)同時(shí)分配給左右揚(yáng)聲器而不向中間揚(yáng)聲器分配。同時(shí)，Zielinsky還提出了上下兩層傳聲器拾取信號(hào)的相關(guān)性問題，他認(rèn)為上下兩層傳聲器所拾取信號(hào)的內(nèi)容必須具備一定的相關(guān)性，即上層傳聲器也要拾取一定量的聲源直達(dá)聲，只有這樣才能保證垂直方向的重放聲場最為自然，并且能體現(xiàn)出聲源本身的高度信息。如果上方傳聲器只拾取上方反射聲，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)聲場被分割為上下兩部分，使聲場整體性、融合性差。

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