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1、第三单元 环绕声系统,梁长垠 教授,第三单元 环绕声系统,学习目标 熟悉环绕声系统的工作原理 掌握主要环绕声系统的技术特征技能训练 连接操作环绕声设备 初步体验环绕声效果,一.杜比模拟环绕声系统,(一)杜比4-2-4环绕声编码 Lt=L+0.7C+0.7jS(j表示相移900)Rt,一.杜比模拟环绕声系统,(二)被动式解码(无源矩阵解码)编码的逆过程 L=Lt=L+0.7C+0.7jS,R=Rt=R+0.7C-j0.7S C=0.7(L+R)+C,S=0.7(L-R)+jS,一.杜比模拟环绕声系统,(三)杜比专业逻辑环绕声解码器(dolby pro-logic surround)1.特点:采用
2、方向增强技术,变被动解码为主动解码2.优点:通道分离度高、声像定位准确、音响效果 不会因听者座位位置不同而异 可提供4种不同的音箱组合模式(1)普通(normal)模式-前左、右大音箱，中、环绕小音箱(2)宽广(wide)模式-左、中、右大音箱，环绕小音箱(3)幻像(phantom)模式-无中置(4)声道(3ch)模式-左、中、右三个音箱,一.杜比模拟环绕声系统,3.杜比专业逻辑环绕声解码器组成与原理(dolby pro-logic surround),主动式解码器与被动式解码器区别,(1)用转换矩阵电路代替了检测电路；(2)从输入平衡控制电路出来的左、右声道信号不是直接送输出端的主电平控制电
3、路，而是先送转换矩阵电路；(3)增加了中央声道输出与中央模式控制电路(4)增加了测试噪声序列发生器。,杜比Pro Logic转换矩阵的工作原理,二.杜比数字环绕声系统,1.AC-3与Dolby pro-logic 性能比较,二.杜比数字环绕声系统,2.AC-3的特殊功能(1)动态范围可调(2)语音标准化(3)自动识别节目源的制式(4)三种音箱配置(标配,兼配,经配)(5)自我优化,二.杜比数字环绕声系统,动态范围可调:影院中的声场讲究响度、起伏、具有很大的动态范围。但家庭中，不同的成员，不同的播放时间，不同的播放地点，人们对声场的动态变化要求是不一样的。因此，人们实在需要能在播放节目时调节系统
4、的动态范围。AC-3的Variable Dynamic Range功能，允许用户在播放时自由选择合适的动态范围。,二.杜比数字环绕声系统,语音标准化:不同的节目源记录到媒体中去的声音音量不一定相同，当切换节目时，音量可能会发生变化。一般的系统中，需要用户手动再次调节音量。AC-3的语音标准化功能可以按照演员语音的平均响度进行自动调节，使不同的节目具有相同的语音音量。,二.杜比数字环绕声系统,自动识别节目源的制式:AC-3能自动识别原始信号的类别并作出相应的处理,向下兼容性单声道、双声道立体声、模拟杜比环绕声节目，即当原始信号是(1)AC-3编码PCM信号，正常解码，输出5.1声道信号。(2)按
5、模拟杜比环绕声编码的PCM信号，先将信号解码成按 杜比矩阵编码的两路模拟信号，再送到内部的Pro Logic，输出四声道信号。(3)双声道立体声PCM信号，解码输出两声道模拟信号。(4)单声道PCM信号，将信号平均分配到左右声道，产生两路模拟信号输出。,二.杜比数字环绕声系统,三种音箱配置:AC-3的5.1个声道输出，可提供三种不同音箱配置模式(1)标准配置:五个全频道音箱与一个超低音箱。(2)与Pro Logic兼容配置:L、R声道采用较大功率的全频带音箱，C、S声道采用功率较小的音箱，AC-3解码器会切除送往中央及环绕声道的低音信号送至左右声道，以保证中央及环绕声道音箱不过载。(3)经济配
6、置:使用5个小型的卫星音箱及一个超低音箱。AC-3解码器将5个全频道的低音信号都提取出来送至超低音箱，5个小音箱只播放剩余的高音部分，所以功率较小。,二.杜比数字环绕声系统,自我优化:在把声音变成AC-3的数字信号时，要建立一个数学模型，由于过程的复杂性，已经建立的数学模型不一定是最优的，而在使用过程中，操作者可以凭借经验修改变量，逐步向最佳状态逼近。AC-3的编码器具有智能化的自我优化功能。,二.杜比数字环绕声系统,3.AC-3编码的基本原理(1)6声道采用PCM方式传输(2)听觉掩蔽效应(3)感知型编码(4)数据压缩,音频频带分割动态改变频带占有数据量合并信号类似的声道技术参数优良,二.杜
7、比数字环绕声系统,听觉掩蔽效应:频率与振幅不变或变化不大的声音可以被频率与振幅变化大的声音所掩蔽；两种频率相近振幅不同的声音同时出现时，音量小的声音会被声音大的声音所掩蔽；高频率声音比低频率声音更容易被掩蔽；频率相差越接近，掩蔽效果越好。,二.杜比数字环绕声系统,感知型编码:编码时，只记录那些被人的听觉感知的声音信号（可闻阈），而忽视被它所掩蔽的信号。,二.杜比数字环绕声系统,技术参数优良:压缩后(1)存储空间小:全部6个声道的数据所需存储空间比双声道的CD还要少，其音质与CD不相上下。(2)动态范围高:可达到20bit水平，四个全声道的频率响应为20Hz20kHz（0.3dB）；低音通道的频
8、率响应为20120Hz（0.3dB）。(3)采样频率可以在32kHz、44.1kHz、48kHz中取值。比特率最低为32kb/s、最高为640kb/s，以适应单声道、双声道、四声道、5.1声道等多种制式。掩蔽模块与数据量分配技术是AC-3获得高压缩而又不影响音质的关键技术。,二.杜比数字环绕声系统,4.AC-3解码器框图,二.杜比数字环绕声系统,5.AC-3解码器内部电路,二.杜比数字环绕声系统,6.AC-3的应用(1)影视界(2)LD(3)DVD(4)电视广播,三.HOME-THX环绕声系统,（一）定义与特点1.定义 THX（Tomlison Holmans Experiment）-汤姆利森
9、赫尔曼实验室2.特点 针对独立六声道宽银幕立体声影院制订的伴音标准，一种能还原录音棚音响效果影院音响系统3.兼容性 THX软件与杜比Pro Logic结合的称为THX 4.0；与杜比AC-3结合的称为THX5.1,三.HOME-THX环绕声系统,（二）控制器组成与原理组成-电子分频器-再均衡电路-音色匹配-去相关电路,三.HOME-THX环绕声系统,1.电子分频器功能:将超低音信号分离对PROLOGIC解码器输出,频率范围为100Hz7kHz,只对主声道信号分离对AC-3解码器输出全频道（20Hz20kHz），对全部声道信号分离,三.HOME-THX环绕声系统,2.再均衡电路 功能:降低高频,
10、恢复正常的音调平衡3.音色匹配 功能:通过音色补偿电路来消除人耳形状、结构对音色的影响。当声源前后移动时，它能使环绕声信号的音色与前方声道的音色保持浑然一体，确保逼真、完整的声场效果,三.HOME-THX环绕声系统,4.去相关电路 功能:将单声道环绕声分成两个不相关的输出去驱动左右两路环绕声扬声器，使左右环绕声永远保持一个固定的时间（相位）差，左右不再一致的声音传到人耳后，使人感觉到声音来自于两个不同的平面，产生与电影院相类似的立体感与宽敞感。,三.HOME-THX环绕声系统,（二）控制器工作原理 声音信号输入THX解码电路后，先经过输入电平平衡控制电路，将电平重新调整平衡，进入杜比专业逻辑电
11、路进行解码，解出左、中、右和环绕四个声道信号。其中左、中、右三路前方信号经过电子分频器，将超低音滤出并直接送至输出电平控制电路，而输出的左、中、右三声道继续送入再均衡电路，去掉一些加强的高频，然后再进入输出电平控制电路。单声道的环绕声道信号则先进入去相关电路并模拟立体声化，以增强环绕声的宽广感，然后进入音色匹配电路，对环绕声进行音质补偿，使它与前方声道的声音在音色上保持一致，使整个声场保持连贯。最后，所有信号再通过输出电平控制电路调整后，输出左、中、右、超低音、环绕左、环绕右六个声道的信号，送往六声道功率放大器。,三.HOME-THX环绕声系统,（三）HOME THX设备要求 1.音箱 为保证
12、前面声像定位的统一，左、中、右三路音箱型号一致，在设计上一般为二分频结构音箱，音箱的水平指向性宽广，而垂直指向性狭窄，以减少地面和天花板的反射，改善声音因反射过强而产生的音色差异，有利于提高语言放音的清晰度。环绕音箱安置在聆听者左右两侧墙上，为了与前方音箱保持音色良好一致，环绕音箱中的扬声器单元使用与前方音箱相同的单元，并做成二分频四单元结构，对分置于音箱正反面，以形成8字形的指向性。这样，环绕声向前后辐射，并经墙壁反射而扩散开来，再传到听者耳中，声音定位被削弱，空间感更好。它与THX控制器中的去相关电路相配合使用，可形成十分自然的包围听者的环绕声场。,三.HOME-THX环绕声系统,（三）H
13、OME THX设备要求 2.THX AV 功放 必须具有THX控制器的处理功能；必须具备完全独立的六声道功率输出；前方三个声道应具有完全相同的的功率输出；两路环绕声道的总输出功率应不小于前方声道输出功率的1/2。,三.HOME-THX环绕声系统,（四）HOME THX家庭影院系统的标准 人声对白分明，层次清楚。声像定位准确，图像与声音的一致性好。环绕声场均匀，与前方声道的音色匹配一致。还声的频率响应平直，前方声道低频可达20Hz。足够大的动态范围，低失真，一般要求声压级可达105dB。平滑的声像移动感。为达到其标准，THX还对家庭影院的建筑声学条件提出严格的要求。,四.DTS数字影剧院系统,（
14、一）DTS系统概况 DTS（Digital Theatre System），即数字化影院系统。DTS和数字杜比环绕声AC-3在许多方面是类似的。它也是一种将多声道音频信号采用压缩编码技术的声频制式，将6路（5.1声道）甚至9路（8.1声道）的数码声迹同规定的时间码同步，直接录制在各种传输媒体上。,四.DTS数字影剧院系统,（二）DTS系统特点(与AC-3比较)1 压缩原理与压缩比AC-3是利用人在听觉方面的心理学特征，听觉掩蔽效应DTS采用的是声学相干编码（CAC）原理进行压缩的。DTS对数据压缩比为3:1，AC-3为12:1，两者相差4倍。2提高取样频率CD的取样频率为44.1kHz，AC-
15、3为48kHz，DTS为96kHz。具更良好的全音域频响。3提高量化位数CD量化位数是16bit，AC-3是20bit，DTS最高是24bit，量化噪声减少，声音纯净度提高。4高传输率取样频率与量化位数的提高，使同一时间需要传输的数据量大大提高，其录制到媒体所占有的空间增大。传输率为1411Kb/s.,四.DTS数字影剧院系统,（三）DTS系统与AC-3的对比,四.DTS数字影剧院系统,（四）DTS系统的应用1电影界 1993年，第一部以DTS编码的电影侏罗纪公园问世 2在DVD上的应用 3将环绕声带入CD 4可能问鼎HDTV,四.DTS数字影剧院系统,（五）DTS与AC-3并存的应用,五.D
16、SP数字声场处理系统,（一）DSP的定义 DSP-digital signal processor DSP-digital signal processing DSP-Digital Sound Field Processing（二）DSP分类-普通DSP、雅马哈DSP 家庭影院中的DSP系统称为雅马哈Cinema DSP系统（三）DSP技术（A/D、D/A技术）应用 数码效果器、数码延迟器、数码混响器、数码滤波器、数字控制均衡器等,五.DSP数字声场处理系统,（四）DSP的原理 1.普通DSP(数码声音处理系统)在数码模拟声场处理电路内部经A/D变换后将得到的数字信号再经纠错、校正、补漏等处
17、理，并对声音信号的混响、延时和相位进行调整，再经D/A转换形成多声道的模拟环绕声信号，实现模拟几种特定声场（如电影院、音乐厅等）的实际效果。(与杜比系统不兼容),五.DSP数字声场处理系统,（四）DSP的原理 2.雅马哈Cinema DSP 系统(1)特点 它是在杜比定向逻辑解码系统和杜比AC-3系统声场上开发出的一种高质量数码声场处理技术。它共有12种DSP声场模式和23种副声场模式，并且在上述环绕立体声方式的基础上提出七声道扬声器系统。它不仅包含了杜比定向逻辑系统和AC-3系统，还在前方增设了两个环绕效果扬声器，形成环绕四周的更为动人的声场效果。杜比环绕声系统追求的是声像合一的真实感，DS
18、P 追求的是变化多样的亲临不同影院的临场感。,五.DSP数字声场处理系统,（四）DSP的原理 2.雅马哈Cinema DSP 系统(2)电路结构与工作原理,六.SRS-3D系统,(一)SRS系统概述 SRS（Sound Retrieval System）-声音恢复系统。它是根据人的生理和心理听觉效应，对音频信号进行相位处理和频率补偿，重现真实的现场立体感。SRS-3D是采用两个音箱实现三维立体声仿真的系统。与传统二维平面立体声相比，它能产生三维的效果；与杜比环绕声、THX、DSP系统相比，它不需要软件（节目源）与硬件的支持，成本低，安装方便。,六.SRS-3D系统,(二)SRS系统结构与原理
19、SRS处理的都是模拟音频信号，系统仅包括反向器、混合（加法）器、放大器、频率补偿器几个基本电路，用大规模集成电路实现起来十分方便。f（R-L）为右环绕声信号f（L-R）为左环绕声信号n（R+L）为中置信号,六.SRS-3D系统,(三)SRS与家庭影院环绕声的区别 SRS的环绕声场是一个虚拟声场，其中央声场的声像定位与环绕声场的效果必须通过两个电位器用手动的方式调节，它无法准确表现声像在画面上的移动，无法产生杜比、THX、DTS系统的那种准确的声像定位，平滑的声像移动，宽阔的动态范围与细腻的声场层次，无法达到THX与DSP系统的那种气势磅礴的震撼力。SRS-3D系统是一个三维立体声系统，而不能算是一个真正的家庭影院系统，这是SRS与家庭影院环绕声的本质区别。,六.SRS-3D系统,(四)SRS 的应用（1）家庭音响系统-音响产品（2）家庭音视系统-彩电产品（3）汽车音响系统-汽车产品（4）娱乐音像系统-游戏产品（5）电影院-家庭影院系统,
