DTS5.1环绕声监听系统设计

李怀畅

（北京人民广播电台）

【摘要】 通过对北京人民广播电台环绕声监听系统设计、原理、环绕声扬声器的调校进行阐述并进行分析，包括录制机房监听系统的组成与各部分的作用，着重介绍了环绕声监听系统的设计与搭建，其中通过对DTS进行介绍与基本原理分析，并对杜比环绕声与DTS环绕声进行比较说明北京人民广播电台采用DTS环绕声监听系统的原因。【关键词】 DTS ITU-R BS.775 环绕声监听系统 绪论随着广播技术的进步，听众对节目质量提出新的要求，为了北京人民广播电台的发展与市场的需要，技术中心在原有立体声录音棚的基础上进行了5.1环绕声系统的设计与改造。DTS是“Digital Theatre System”的缩写，是“数字化影院系统”的意思。（本文中的DTS指的是目前使用较为广泛的DTS Digital Surround格式）在国外较早就开始了DTS环绕声的研究，经过多年的实验与运行，对该技术进行不断的完善并在全球得到推广。环绕声节目录制在我国发展较晚，对于一些新技术还需要不断学习与研究，在环绕声监听系统的设计中，需要借鉴国外的一些先进经验，并通过实践不断完善系统设计。2009年国家广播电影电视总局广播节目技术质量奖（金鹿奖）首次引入环绕声节目的评奖，对节目制作与审听提出了更高的要求。本次环绕声系统设计是在原来的立体声音录音棚的建筑结构基础上，按DTS环绕声录音棚的相关标准和电台节目制作的要求，对监听系统进行重新设计并全面改造，以建设一个国内一流的5.1环绕声录音棚为目标，提高北京人民电台广播节目制作水平。 1．监听系统的组成监听系统是录音棚的重要组成部分，在5.1环绕声系统中根据监听需要的不同，分为近场监听、录音室监听、耳机监听和环绕声监听，保障环绕声节目的录制需要与真实的还原。1.1 近场监听顾名思义，近场监听意指监听设备与监听者的距离相对较近。其目的是通过减少监听设备与监听者之间的距离让声音直接到达监听者而减少了反射波（驻波），通过诸如墙壁等反射的机率。为了在环绕声节目制作中分辨出音乐里的瑕疵和缩混问题的，同时避免长时间监听大功率监听扬声器对录音师造成的听觉疲劳，在北京人民广播电台环绕声系统设计和安装过程中选用了YAMAHA　NS-10M监听扬声器作为近场监听。1.2 录音室监听录音室监听主要是合唱等节目录制后回放给节目录制人员监听使用的，在电台录音室监听设备中使用了一台皇冠功放（CROWN 120）及两只JBL扬声器（JBL Studio Monitor 4425）供录制人员监听。1.3耳机监听在录音室中耳机监听主要有以下三个用途：1）录音的时候从耳机里听取音乐伴奏，以便进行同步录音；2）监听自己演唱的声音，回放时听录音过程中是否存在问题；3）与监控室录音师进行交流，通过耳机听到录音师说的话。1.4 环绕声监听5.1环绕声的监听扬声器应按照ITU-R建议书BS-775-1进行配置，即在前方同一平面上设置L、C、R扬声器，在控制室后方左、右设置SL、SR扬声器。这5只扬声器最好取同一厂家的产品，前面三只取同一型号，后面两只可取较小的型号。根据ITU-R BS-775的建议，在系统设计及设备选型过程中，考虑到GENELEC扬声器是目前国家广电总局节目评审指定的品牌，并且GENELEC扬声器具有较好的音频特性，因此在环绕声监听扬声器的选型中选用了GENELEC扬声器系列的1037C、1032A及7071A扬声器组成了北京人民广播电台5.1环绕声监听系统。 2．环绕声系统的设计2.1 环绕声扬声器的布置按照ITU—R标准的BS．775建议，可以方便地确定用于重放的六只扬声器摆放平面位置，但对五只扬声器的垂直高度只提到基本原则：前方L、C、R三只扬声器的摆放高度应为1.2m或者与听音者的耳朵高度一致，倾斜角为O度，后方LS，Rs两只扬声器的摆放高度应高于等于1.2m，倾斜角为O～15度之间。

图1 ITU-R BS.775环绕声扬声器位置建议图

但这样的条件很难满足，在现实中，录音棚控制室内前方为录音室的透视窗，并且前方安置有大量的音频设备。北京人民广播电台5.1环绕声录音棚控制室就在居中位置安放了1.2 m高度的SSL C200型全数字音乐制作调音台，并在调音台两边安放了部分必不可少的周边设备．会对前方1.2 m高度的扬声器有明显的阻挡；同时在控制室前方有透视窗与苹果电脑的显示器，前方1.2 m高度的中置扬声器的安装，明显存在困难。因此征求专家的意见，参考国外的成功案例，采取以下处理办法：通过房间装饰使前面墙壁成为弧形，前面三只扬声器采用嵌入式安装，水平安装角度符合ITU—R标准BS．775的建议，L、C、R三只扬声器的水平角度分别为-30度、0度、30度，垂直角度从录音师水平视线上抬高大约1 5度角，对声音不会带来影响，并且采用嵌入式安装可消除背后墙壁引起的干涉声波，避免梳状波效应。在前置扬声器的安置过程中，利用中高音的方向性强，低音的方向性较弱的特性，将扬声器的中高音单元与低音单元的位置调换，减少由于前置扬声器位置上移而导致对声场分布的影响，使5只全频带音箱的中高音单元基本处于同一水平面。由于北京人民广播电台环绕声机房空间的限制，两只后置扬声器无法采用落地扬声器架进行安置，因此将两只后置扬声器通过固定支架安装控制室的侧墙上。水平角度约分别为-110度和110度，高度1.6米，倾斜角度约为15度。相应的扬声器应牢固安装，并在扬声器周围采取一定的防振措施，防止了室内出现强反射声、颤动回声等声学缺陷。

图2 监听扬声器位置示意图

LFE 超低音扬声器置于右前置扬声器下方地板上，与5只全频带扬声器组成完整的5.1声道环绕声监听放声系统。根据以上步骤调整安装5，1扬声器后，经过专家测试和实际使用，标准听音区域频响平直，节目声像定位清晰、准确，监听效果满足5.1环绕声听音要求，符合ITU—R BS.775—1建议书要求。2.2 DTS环绕声的选择DTS系统主要分为DTS Digital Surround、DTS-ES 6.1、DTS 96/24、DTS-HD High Resolution和DTS-HD Master Audio等格式，DTS Digital Surround是其中使用最为广泛的一种，属于5.1声道系统，通常说的DTS（环绕）技术，一般指的就是DTS Digital Surround。作为DTS的核心技术，DTS 5.1声道环绕声技术已被纳入高清DVD（HD-DVD）以及蓝光DVD（Blu-ray）的强制音频标准格式。由于使用了更多扬声器，较传统的立体声节目听众能听到更佳的声音效果，使声音不再局限于听众前方，而是环绕在听众的周围，形成更强的空间感，增强了听众的体验。DTS采用CAC（Coherent Acoustics Coding，相干声学编码）方式工作，属于利用心理声学原理来对声轨进行编码的有损的数字压缩技术。在5.1环绕声监听系统中，使用较广的是DOLBY AC-3与 DTS Digital Surround，它们采用都属于有损数字压缩技术。这种数据压缩技术是根据人类心理声学上对高电平的声音敏感，对某些频段的敏感度较低的听音特性，屏蔽不敏感的声音部分，从而实现对音频数据进行压缩但基本不影响听觉的效果。DTS环绕声系统与Dolby Digital系统均分为左、中、右、左环绕、右环绕5个声道，加上低音声道组成5.1声道。但DTS在DVD标准中采用的数据流量为1536kbps，而DOLBY AC-3的典型码流则采用384Kbps～448Kbps的数据流量，最高使用640Kbps，显然在采用相同的音轨数的情况下DTS具有更高的数据流量，即采用更低的数字压缩比。同时DTS采取高比特、高取样率等措施，相对DOLBY AC-3体现出更多的细节，在监听过程中空间感与移动感更加明显，更加清楚。基于DTS与DOLBY AC-3的比较与国家广电总局环绕声节目评奖的要求，在北京人民广播电台环绕声系统设计中采用了DTS环绕声监听系统，达到更好的环绕声还原效果。

表1 Dolby AC-3 / DTS Digital Surround主要性能表

	Dolby AC-3	DTS Digital Surround
软件上声道数	5.1	5.1
解码后声道数	5.1	5.1
声道构成	L C R SL SR SW	L C R SL SR SW
量化bit数	16bit	20bit
采样频率	48kHz	44.1kHz或48kHz
典型压缩比	12/1	3/1
典型码流	384Kbps～448Kbps	1536kbps
环绕道数	双声道	双声道
左中右扬声器频响	20Hz～20kHz	20Hz～20kHz
环绕声扬声器频响	20Hz～20kHz	80Hz～20kHz
超低音扬声器频响	20Hz～-120Hz	20Hz～80Hz
动态范围	105db	138db
声道间分离度	105db	>105db
输出信噪比	115db	>115db

2.3低音管理系统搭建在北京人民广播电台环绕声系统的设计中，通过使用GENELEC 7071A低音扬声器的低音管理系统，将调音台输出5.1声道的信号连接到GENELEC 7071A扬声器再分别送入各个监听扬声器，达到了较好的监听效果。

图3 低音管理系统示意图

在低音扬声器的选择中，北京电台选用了GENELEC 7071A有源低音扬声器，它是一款适用于6.1或5.1声道环绕声的低音监听工具。凭借其19Hz的较低截止频率、高声压输出能力和多功能低音管理系统，它适用于大部分场合下的低频监听应用。如上图所示，通过设置截止频率进行低音管理（85Hz与120Hz可选，在设置中默认为120Hz），根据DTS环绕声标准，在系统设计中将低音扬声器的截至频率设置为85Hz，通过低音管理系统对L、C、R、SL、SC、SR声道中20～85Hz的低音部分进行统一管理，进一步提高低音的听觉效果。若采用DOLBY AC-3环绕声标准则可将低音扬声器的截至频率设置为120Hz。低频管理系统的作用：1）通过低频管理系统控制可以五个通道扬声器的频率下限，可以解决录音控制室多通道扬声器间易于出现的低频段相位干涉问题。2）将五个通道中不影响听觉方向感的低频信号混合送至超低音扬声器，可以保证由小口径单元构成的扬声器系统的重放带宽。例如将主扬声器无法还音的任何低频信号(其中GENELEC 1037C自由声场频响范围为 37 Hz - 21 kHz、GENELEC 1032AP 自由声场频响范围为 42Hz～21kHz)，都送到超低音扬声器还音(GENELEC 7071A的频响范围为19Hz～120Hz)，以取得具有震撼力和感染力的特殊效果，使专业调音师通过整个监听系统听到更加丰满与自然逼真的 5.1 声道环绕声节目。2.4环绕声扬声器的调校在电视节目与广播录音系统中，通常将5只主声道扬声器的输出声压级电平设定为 79-82 dB( 将参考电平设置得低一些是因为节目以普通消费者聆听电平为参考)。开始校准时坐在最佳听音位置，即五只环绕声扬声器的圆心位置，调校过程中我们先调前面的左、右 2 只扬声器，然后再以这 2 只扬声器为准，对中置、左环绕与右环绕 3 只扬声器依次进行调教，边对比边调整。对于LFE 超低音声道，我们将输出声压级电平设定比主声道高约10dB。超低音声道需要单独调校，超低音扬声器位置可通过试听确定。播放含有很重低频内容的节目素材，左右移动超低音扬声器位置进行试听，当听到与5个主声道扬声器混合一体最佳效果位置，就是 LFE 扬声器摆放位置的最佳选择点。用粉红噪声校准音量的同时，还可检查5只主声道扬声器的特性。在扬声器的选择中我们尽量采用同一产家性能一致的产品，避免音色差别较大。调校准确的 5.1 声道环绕声监听系统应当有层次分明、声像定位清楚的播放效果，在听音的正确位置聆听，可清楚地分辨出声音来自何方、距离远近和移动方向，有明显的空间感与移动感，并能感受到自己置身于逼真自然音响效果的声音环境中。2.5监听源的设置北京电台录音棚采用的SSL C200调音台可同时输出5.1环绕声节目与立体声节目，它是通过对线路进行桥接的方式进行线路选择的，如图所示，主母线1至6分别桥接到5.1环绕声的L/R/C/SL/SR/LFE声道上；在立体声输出时，1和4信号通路桥接到L声道，2和5信号通路桥接到R声道，为了信号匹配，将3信号通路的电平降低3dB分别送入L、R声道，6信号通路的电平降低12dB分别送入L、R声道，这样录音师就可通过SSL C200调音台同时输出或监听5.1环绕声节目与立体声节目。

图4 环绕声输出与立体声输出关系

结论：在北京人民广播电台环绕声系统设计中，根据ITU—R BS.775—1建议书的要求，结合北京电台录音室的实际情况，采用嵌入式安装前置扬声器，消除背后墙壁引起的干涉声波，避免梳状波效应；采用吊装的方式安装了后环绕扬声器，安装位置经过严格测量定位。北京人民广播电台DTS环绕声系统取得了较好的效果，经过专家测试和实际使用，标准听音区域频响平直，节目声像定位清晰、准确，监听效果满足5．1环绕声听音要求，符合ITU—R BS.775—1建议书要求。北京人民广播电台的5.1环绕声录音棚除了满足一般多轨录音外，还可以满足5.1声道的录音缩混能力，并且音质达到出版级工业标准。 参考文献

[1] ITU-R Recommendation BS.775-1，“Multi-channel Stereophonic Sound System with and without Accompanying Picture”，International Telecommunication Union，Geneva，Switzerland，1992-1994，p2

[2] ITU-R Recommendation BS.1116，“Methods for the Subjective Assessment of Small Impairments in Audio Systems Including Multi-channel Sound System”，International Telecommunication Union，Geneva，Switzerland，1992-1994，p17

[3] 国家广播电影电视总局广播节目技术质量奖（金鹿奖）评比奖励办法（试行），2009，p5

编辑：中国新闻技术工作者联合会