杜比環繞聲

由於杜比是矩陣環繞聲處理方面的權威，杜比定向邏輯技術成為了多聲道家庭影院的基礎，也是為成千上萬的商業錄像帶、鐳射影碟、DVD以及電視節目製作環繞聲音軌的參考解碼技術。

自從推出杜比數字多聲道電影聲音格式后，杜比數字（Dolby Digital）已經取代杜比環繞聲成為通過DVD-Video影碟、數字電視以及遊戲給消費者提供多聲道音頻的推薦解碼技術。但是，每個杜比數字解碼器通過其模擬輸出埠兼容杜比定向邏輯立體聲信號。

杜比定向邏輯環繞聲曾經作為商業影院和家庭影院的標準還聲系統流行全球多年，而杜比數字環繞聲更為數字電視DTV和數字影碟DVD等新興影音載體所採用，使得杜比環繞聲幾乎成為當代多聲道還音技術的代名詞。然而，實力雄厚的杜比公司並沒有因此而止步不前，它順應當代影音技術迅猛發展的潮流，又不失時機地開發出若干針對不同應用背景的環繞聲編碼新技術，比如：杜比E、杜比Pro logic II和杜比Headphone等便是杜比公司最近推出的三種新的環繞聲編碼格式。

面向數字電視的杜比E

儘管杜比數字編碼技術已經被確定為美製數字電視的音頻壓縮規範，但真正要用於數字電視傳輸，還有不少的技術問題需要解決。首先，數字電視的傳輸必須符合由音頻工程協會（AES）和歐洲廣播聯盟（EBU）聯合制訂的AE3標準。按照這種標準，電視伴音信號是利用一種AES/EBU線纜傳播的，這種線纜只能傳播雙聲道音頻信號，而杜比數字為5.1聲道，所以要麼改變現有電視廣播傳播的線路架構，要麼建立新的數字電視音頻傳播方法。其次，在DTV信號的傳播過程中，因為要不斷地被發射或接收，可能會經受多次的編碼-解碼處理。為了使終端用戶能夠接收到與發送端相同質量的音頻節目，這種多次的編碼-解碼過程不應造成聲音質量的劣化，而杜比數字是為單次編碼-解碼而設計的，其目標是在低比特率的條件下使音質最佳，因而不能滿足上述要求。另外，杜比數字的音頻幀與視頻幀不同步，所以當在編輯過程中圖象內容被改變的時候，音質的變動就難以避免。為了解決上述問題，杜比公司專門研製出了一種全新的數字音頻壓縮技術，叫做“杜比E”。

杜比E是專為數字電視廣播傳送和後期製作而設計的一種專業級音頻編碼系統。利用杜比E技術，一個AES/EBU通道就可以傳送多達8個聲道的高質量音頻數碼流，同時還可以載入杜比數字的控制數據信號（常稱為metadata，包括杜比數字的聲道模式、動態範圍類型、輸出電平自動調節參數等，以確保用戶能正確播放杜比數位元組目）。杜比E以其先進的編碼演演算法和較高的數據傳輸率，能保證數字電視的音頻信號經歷多達10個循環的編碼-解碼或其它編輯過程，而不會造成音質的劣化。杜比E的音頻可以與各種格式的視頻信號良好的匹配，不會因視頻干擾導致盲音、聲音的毛刺或其它失真。杜比E的音頻幀與視頻幀在時序上完全對應，可以實現精確的音視頻一體化編輯。更為重要的是，利用這種新型編碼技術，現有的廣播電視系統不經大規模改造就能傳播多聲道的數字電視音頻信號，從而大大降低了系統成本。

杜比E的主要應用場合是在數字電視台站中間的傳送，從一個地方電視台通過衛星將節目傳送到另一個地方電視台。杜比E在輸送到發射終端時會被轉換為PCM音頻，然後再編碼成杜比數字信號，傳送到千家萬戶。因此消費者在家中不可能直接收到杜比E信號，而只能接收到5.1聲道的杜比數字信號。為了避免將兩者相混淆，通常將杜比E叫做傳送編碼系統，而將杜比數字叫做發射編碼系統。

杜比E的標準數據傳輸率是1.92Mbits/sec（針對20bit/48kHz的音頻信號），典型的工作模式是“5.1+2”，即用六個聲道傳送5.1聲道環繞聲信號，另兩個聲道傳送雙聲道的矩陣編碼信號（如杜比定向邏輯環繞聲）或雙聲道的立體聲信號。也可工作在其它模式下，如帶有兩路單聲道信號的“5.1+1+1”模式、三路立體聲信號的“3×2"模式和六路單聲道信號的“6×1"模式等。杜比目前的版本支持29.97fps幀頻（NTSC制式，PAL制式為25fps）、20bit字長和48kHz採樣頻率的音頻信號，將來的版本會支持25fps、16bit或24bit的音頻信號。

第一台杜比E環繞聲編碼器DP571和杜比E環繞聲解碼器DP572業已推出，前者售價為5395美元，後者售價為3995美元。DP572的頻率響應為20Hz～20kHz(0.25dB，失真度小於0.01%(1kHz)或0.02%（20Hz～20kHz），動態範圍大於110dB。

兼容影音音樂的杜比Pro Logic II

杜比定向邏輯（Pro Logic）環繞聲自1987年問世以來，曾經風靡全球十餘年，但隨著影音產品的飛速發展，其弱點也開始逐漸表現出來。一方面，它是針對家庭影院的還聲技術而開發的，不能很好地兼顧純音樂的播放；另一方面它的環繞聲道為單聲道、窄頻寬，而且與前方聲道的分離度也不夠大，使得其環繞聲效果不夠理想。杜比公司推出的杜比數字環繞聲新格式克服了后一缺陷，但前一問題在一定程度上仍然存在，而且聆聽杜比數字環繞聲必須採用新格式編碼的節目源，廣大消費者現存的大量杜比定向邏輯編碼的節目源無法享受這一成果。為此，杜比公司於2000年6月推出了杜比定向邏輯環繞聲的改良解碼技術，並將其命名為“杜比Pro Logic II”。杜比公司聲稱，採用這種技術來重放傳統的杜比定向邏輯環繞聲電影或者雙聲道的立體聲音樂節目，可以獲得類似於杜比數碼5.1聲道環繞聲的效果。

與杜比數字和DTS相同的是，Pro Logic II也能提供5個聲道加超低音聲道的輸出效果，不同的是它的5個主聲道不是真實的完全獨立的聲道，但各個聲道之間的分離度要比傳統的Pro Logic好得多。對於Pro Logic II，所有聲道之間的分離度都可以達到40dB以上，環繞聲道是雙聲道的，且對頻寬沒有特別的限制；而Pro Logic相鄰聲道的分離度一般在30dB左右，環繞聲道是單聲道，且頻寬只有7kHz。

杜比Pro Logic II的另一個重要改進是可將雙聲道的立體聲音樂節目源（如CD）以環繞聲的形式重放。這樣可以使音樂重放更加自然逼真，富有現場感，而且使用範圍大大擴展，可以廣泛用於電視音響、汽車音響、電腦音響和耳機音響等非環繞聲節目源。實際上，這種技術的早期開發動機就是為了純音樂的環繞聲重放，所以它對隱藏在雙聲道立體聲信號中的三維空間信息進行了充分的挖掘，明顯地加強了聲音的空間感、方向性和清晰度，擴大了聲場範圍，用戶即使不在最佳位置也能獲得良好的聽感。此外，杜比Pro Logic II處理器的電路實現比較簡單經濟，同時還兼容Pro Logic的解碼播放。

表1將Pro Logic和Pro Logic II進行了比較。表2給出了Pro Logic II的三種工作模式。其中，電影模式與Pro logic模式的主要區別在於它對環繞聲道的帶寬沒有限制，而且提供的是立體聲的環繞聲輸出。兩者的共同之處在於環繞聲道相對於前方聲道都設置有一定的延遲，目的是利用哈斯效應加強前方聲道信號的定位感。

表1杜比Pro Logic與Pro LogicⅡ的比較

表2杜比PrologicⅡ的工作模式

音樂錄音和電影伴音的特點有明顯的不同。家庭影院的目標是在家庭環境中重現電影場景中複雜的多聲道環境，因此對重放聲場參數的設置相對嚴格，而音樂的重放效果則常常因人而異。為此，Pro Logic II中的電影模式預置好了各種參數，而音樂模式則提供了不同的選項，用戶可根據自己的喜好自選。這些選項有：

尺度控制：連續調節聲場的前後位置，有助於用戶根據自己選聽的音樂內容，找到最佳的揚聲器平衡點。

中置寬度控制：調節中置聲像，使得它精確地定位在中置揚聲器所在的位置。利用這種控制調節功能，可以產生均衡良好的左、中、右聲場，特別是對於位置局限性很大的汽車司機或者前排觀眾，效果非常明顯。在家庭環境下，中置寬度控制可以有效地改善中置聲道和左、右主聲道之間的協調程度，控制聲場的寬度或高度。

全景模式：用來擴展前方的立體聲聲場，產生多個環繞聲揚聲器陣列的還聲效果。

在播放音樂時，環繞聲道加入了一個叫做Shelf的高頻濾波器，用來補償因房間的反射或吸收所導致的高音衰減，可以使音樂聲更加自然柔和，而且聲場擴展範圍適度。此外，音樂重放要求來自所有揚聲器的聲音同時到達用戶的耳朵，因此在音樂模式下關閉了環繞聲延遲功能和自動平衡功能。

世界上第一個杜比Pro Logic II產品是Rockford Fosgate公司專門為汽車音響設計的RFQ5000環繞聲處理器。它帶有一個數字同軸輸入端子和5個模擬線路輸出端子，工作模式包括電影、音樂、全景、Pro Logic和立體聲直通等。杜比Pro Logic II問世僅有數月，其產品的大批量上市還有待於專用晶元的實現。

迎合個人影院的杜比Headphone

一個浪跡天涯的遊子，在旅遊途中要欣賞DVD電影節目，沒有電視機，也沒有環繞聲設備，這怎麼可能？一個AV發燒友新購進一套家庭影院，想放開音量，盡情享受一番杜比環繞的魅力，但老婆嫌吵、老人要休息、孩子要學習，又如何是好？一個大學生在學習之餘想獨自看看影碟，放鬆一下緊張的神經，但集體宿舍、圖書館、教室無法找到一塊不干擾別人工作或學習的個人的空間，怎麼辦？為了滿足個人在上述不同的場合收看家庭影院節目的慾望和要求，近年來“個人影院”應運而生，杜比公司也迎合這種需求，專門開發了一種叫做“杜比Headphone”環繞聲編碼格式，使得用戶可以用立體聲耳機來收聽杜比環繞聲節目。

當你用一對性能良好的立體聲音箱聆聽音樂時，能夠獲得與在音樂廳現場聆聽相類似的空間感和位置感。這種空間聲場的重現實際上是兩個方面的因素共同作用的結果，一是房間的聲學特性，包括室內物體對聲音的反射、散射和吸收，可稱為“環境效應”；二是你自己的生理結構，主要是耳廓及其周圍的頭部和肩部，常稱之為“耳廓效應”。如果用一對立體聲耳機聆聽同樣的音樂時，上述兩個因素不再起作用，因此寬厚的空間感消失了，你所獲得的是一種單薄的聲像，只有寬度（從一隻耳朵到另一隻耳朵）而沒有縱深感。特別是原來應出現在你正前方的聲像，這會兒出現在你的頭部中央，這種“頭中”效應也是耳機聽音臨場感差而且長期聽音容易疲勞的一個重要原因。既然用耳機來重現雙聲道立體聲都如此困難，要用它來重放多聲道的環繞聲顯然更加不容易。

針對上述問題，杜比Headphone利用先進的數字信號處理器，藉助於生理聲學和環境聲學的最新研究結果，對“環境效應”和“耳廓效應”進行模擬模擬，從而產生強烈的包圍感和定位感。它利用普通的立體聲耳機就可以產生由五個揚聲器（前方的左、中、右和後方的左環繞和右環繞）在一個足夠大的房間內所形成的環繞聲效果，當然揚聲器和房間都是虛擬的。

杜比Headphone可以模擬三種不同房間的聽音效果。DH1是指一間容積較小、相對較“干”（指混響時間較短）的房間，既適用於觀賞電影，也適用於聆聽純音樂。這是杜比Headphone指定的參考房間，對所有搭載有杜比Headphone的設備都適用。DH2的聲學特性更加活潑，混響時間相對較長，特別適用於聆聽音樂。DH3是一個較大的房間，其聲學特性很象一間音樂廳或商業電影院。DH2和DH3是杜比Headphone的選項，用戶可根據節目源內容以及自己的興趣愛好，選擇適當的聽音模式。除此之外，杜比Headphone的工作無需用戶做任何設定或調整，使用起來非常方便。

杜比Headphone的使用對象不拘一格，既可以採用CD、MD、MP3等純音響載體來聆聽音樂，也可以採用杜比環繞、杜比數字、PCM或MPEG編碼格式來聆聽環繞聲效果。可以載入杜比Headphone的產品也是多種多樣，如有線電視和衛星電視頂置盒、VCR錄像機、DVD-Video和DVD-Audio播放機、個人與台式電腦、遊戲機、汽車音響和民航客艙音響等。