Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 放大/轉換
 
 
放大/轉換  

用D2Audio智慧放大器模組實現家庭劇院音效的設置

上網時間: 2004年12月15日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:home theater  家庭劇院  Multi-Channel speaker placement  多聲道揚聲器佈置  Intelligent Amplifier modules 

隨著先進音視訊技術的發展,人們對家庭劇院音效體驗的要求越來越高,傳統的家庭劇院的設置和最佳化容易出錯,且不能滿足音效最最佳化。本文分析了在家庭劇院中存在的這些問題及挑戰,並介紹了採用D2Audio智慧放大器模組實現設置、分析和最佳化的方法。圖1:用於電影院的典型多聲道揚聲器佈置。(萸僻溫湮芞)

從首部‘有聲電影’誕生之日起,電影製片商一直在努力提高電影的聲音效果。不僅劇院在不斷追求最佳音響效果,消費電子市場也開始嘗試在家庭中再造這種劇院音響體驗。由於新技術要求在數據儲存媒介上記錄額外的聲道數據,人們開發出各種方法來壓縮這些音訊內容,以節省儲存空間。

在客廳中再造這種新型音響體驗的主要設備包括:DVD播放器、多聲道音視訊接收機、或多聲道預放與多聲道功放組合、以及各種具有劇院效果的高性價比音箱等,這種劇院效果還包括採用更大的視訊監視器。今天的家庭劇院集中了超亮DLP、LCD或D-ILA前投、DLP、LCoS或LCD背投電視或PDP及LCD平面電視。這些產品組成了一種新的家庭娛樂產業,並稱為‘家庭劇院’。

提供這種新型娛樂體驗的最初產品極為昂貴,但目前廠家已經開發出價格適中的套裝產品,並開始出現在每一個家庭的起居室、家庭活動室、遊戲室、視聽室。很明顯,娛樂體驗在很大程度上取決於這些產品的品質、以及合理地再現當初創作娛樂內容的劇院環境的能力。

對於大多數消費者來說,設立這樣一種包含這麼多聲道、這麼多揚聲器及不同音訊記錄格式的複雜系統,遠超出其自身的理解力。因此,有必要設立一種基於家庭環境的新型音響體驗系統。圖2:典型的8聲道(7.1)揚聲器系統佈置。

要了解如何獲得最佳的音響體驗,首先要了解最初錄音時的意圖。此過程包括創造出伴有視訊呈現的適當多維聲場和為混合多聲道音訊,以在有限的聲場中定位目標、對象及聲音兩個部份。首先是創造出伴有視訊呈現的適當多維聲場:儘管影像位於劇院的前方,錄音師必須創造出電影中的動作是產生在整個多維空間的錯覺,這些動作很多並不在螢幕顯示範圍內,例如在觀眾看到飛機出現在螢幕頂部以前即在其身後出現飛機的聲音。這種技術已經成熟,目標、對象及聲音均能被精確地定位於多維聲場內。在攝影棚?的所有揚聲器都與頻率、響度及相位響應精確匹配。錄音師位於房間中央,且與每一揚聲器的距離均為可控。揚聲器的佈置也受到嚴格控制,以與劇場中的現場特徵相匹配。每一揚聲器位置的改變都會引起聲壓或響度的改變,並改變聲音抵達錄音師位置所需的時間,及時的微調可改善決定聲音位置的聽覺失真。

在劇院環境中,可採用大量揚聲器來最佳化音響效果,每一個揚聲器都經過最佳定位並專用於某一特定聲道。這種環境類似於下面介紹的環境,而這種採用眾多聲道及揚聲器的方法,既提供更大的劇場空間,同時又不犧牲多維音響體驗。

正如您將從圖1中看到的,該環境被設計及規定用來提供最佳可能的音響體驗,而這在受空間及成本侷限的起居室實現中並不多見。此外,還必須將音視訊內容壓縮到整個儲存空間中,以便能更方便及更加經濟高效地為消費者提供這些內容。音視訊內容壓縮採用有損(非熵保留)及基於變換的壓縮演算法。因此,新的家庭劇院設備不僅需要提供高頻寬視訊及多聲道音訊,而且還需要擁有額外的解壓縮能力來複原被壓縮的視訊及多聲道音訊訊號。

錄音過程的第二部份即為混合多聲道音訊以在有限的聲場中定位目標、對象及聲音。如想要將音訊混合成能與家庭劇院環境相相容,則需將其混合成雙聲道(立體聲)、6聲道(5.1多聲道)或8聲道(7.1多聲道),並採用有損壓縮方案來壓縮。Dolby Digital、DTS及其他產業標準所定義的多種壓縮技術增加了音訊設備的複雜度以及設置選項。圖3:在家庭中再現劇院效果。

下面介紹一種典型的家庭劇院環境,該環境擁有可在解壓縮及放大至適當音量後再現多聲道音響效果的典型揚聲器配置。在此特定情況下,解壓縮技術採用可提供8個聲道音訊內容(7個聲道全頻寬音訊和承載超低頻的第八聲道)的Dolby Digital EX。為保持針對劇院創造的攝影棚的設置,相對於視訊內容將聲道提前或滯後,以確保聲音抵達聽眾位置後能與銀幕上的畫面同步。須注意的是,相對於公共劇院而言,家庭劇院環境中的揚聲器數量要少得多。如果想要保持多維攝影棚的音效,則這種侷限將使揚聲器的佈置變得極為關鍵。

大多數家庭劇院的主要問題仍然是視聽室本身,儘管越來越多的家庭擁有為家庭劇院設計專用視聽室,但家庭視聽室的面積遠小於500個座位的劇院,因此不可能有精確的揚聲器佈置。圖2顯示一種典型的劇院及8聲道(7.1)音響環境揚聲器佈置。為將其與原始劇院錄音環境聯繫起來,有必要了解如何將公共電影院中的眾多揚聲器映射到家庭劇院環境中(如圖3所示)。

家庭劇院的設置與最佳化

在家庭視聽室條件下創造出完美的視聽環境,其過程可分成以下兩步:

1. 設置或配置;


2. 聲音最佳化。

這些多聲道系統的複雜性使得難以保證每一步都能正確完成,很容易犯可能嚴重影響視聽環境的簡單錯誤。設置任務包括:

1. 揚聲器連接-揚聲器是否已與放大器實體連接?


2. 揚聲器位置-揚聲器是否被放置在正確的空間位置上?


3. 揚聲器相位(或極性)-揚聲器連接線是否正確連接?


4. 揚聲器規格-揚聲器規格是大還是小?是否能重現低音訊?


5. 揚聲器音量(音量-SPL)-每個揚聲器的音量設置是否正確?

如果這些工作都由消費者自己來完成,則出現錯誤的概率很大。即使每一位用戶都能仔細閱讀用戶手冊,但這些任務的正確實施步驟在用戶手冊中也很少能十分清楚地解釋。圖4:用於家庭劇院的典型多聲道揚聲器佈置。

設置任務完成後,即可執行聲音最佳化任務。這可能需要用昂貴的設備進行長達數小時的單調工作才能完成,如果沒有專用及特殊設計環境,用於家庭劇院的房間很少能擁有攝影棚的真正形狀,且採用的空間結構可能不允許進行最佳的前置及環繞揚聲器佈置。將重低音揚聲器放在牆角或緊貼牆壁放置,可導致其發出的低頻聲音增強至令人討厭及不舒服的程度。視聽室的大小及形狀常常會在低頻上導致共振駐波,並因此而導致低頻聲音不是被消弱就是被增強。這些共振的位置或地點隨頻率及視聽室的大小及形狀而改變。我們的目標是保證在主要收聽位置或‘最佳點’上能聽到原始攝影棚的最佳重現,並使該‘最佳點’盡可能地大。此外,每個揚聲器及其頻響也會影響最終的音響效果。

最佳化任務包括:

1. 產生共振及揚聲器異常時的收聽面積分析;


2. 揚聲器均衡;


3. 室內模式及共振校正。

為幫助校正上述所有不理想條件,家庭劇院設備廠商已開始為消費者提供一組內建校正工具。

設置、分析及最佳化模式

正如示例所示,D2Audio智慧放大器模組可提供以下校正能力,該模組是這些新型家庭劇院放大器系統中的主要組件。以下為這種智慧放大器模組的相關功能,它們與上述問題及配置任務有關:

1. ‘設置或配置’模式

根據由‘揚聲器檢測’演算法所檢測到的揚聲器,作出以下關於系統配置的假設:

已檢測 配置


2個揚聲器,無重低音 立體聲(左、右)


左/右、重低音 2.x


左/右/中、重低音 3.x


左/右/中/左環繞/右環繞、重低音 5.x


左/右/中/左環繞/右環繞/後置、重低音 6.x


左/右/中/左環繞/右環繞/左後環繞/右後環繞、重低音 7.x

其中‘x’為系統連接的重低音揚聲器數。此演算法的結果將用來指導該演算法的其餘部份,因此首先完成。

在‘設置或配置’模式下,該演算法其餘部份的執行順序可任意安排,因為這些演算法的結果全都獨立。

‘揚聲器位置’將相對於收聽者的位置確定。此位置資訊將用來運算必要的延遲,以將揚聲器‘虛擬放置’於相對其實際實體位置的最佳收聽位置上。如圖5中的‘揚聲器位置’校正舉例所示,如果將揚聲器實際放置在靠右邊的位置上,則‘揚聲器位置’演算法將透過增加延遲來‘虛擬地’將揚聲器放置在‘右邊’位置上,以適應距離d與距離d'之間的差。

採用一種技術來確定連接在每一輸出通道上的揚聲器規格,這將能確定每一揚聲器的適當頻響,及重低音揚聲器與其周邊揚聲器之間的適當功率分配。最佳化揚聲器規格有助於最佳化所需的系統整體功率以及放大器功耗。此步驟還有助於確定將在其中測試‘室內模式’均衡的頻率範圍。

在設置任何音視訊系統時最容易出錯的是將揚聲器接線柱上的連線接反,這種錯誤通常是將放大器輸出的正(+)端與揚聲器的負(-)端連接、同時將放大器輸出的負(-)端與揚聲器的正(+)端連接。連接揚聲器時的‘異相’所導致的結果是,系統音響將由於收聽位置上的某些特定聲音訊率(尤其是低音訊)被‘消弱’而導致效果不佳。‘揚聲器相位’演算法可檢查揚聲器連接是否正確,並對任何不正確連線發出告警。

所有揚聲器都在適當收聽音量上經過單獨測試,並與決定每一揚聲器相對‘音量’的預定SPL比進行比較。此SPL比率與上面確定的揚聲器規格有關,且可由消費者來自行設定。

2. 分析模式

完成設置或配置模式後,即可執行分析模式。如果系統解決方案中的揚聲器均衡不理想,則可能需要在執行多聲道音響系統分析模式以前執行這些演算法。請注意,如果不使用頻響相當平坦的麥克風,則需要為演算法提供麥克風頻響以進行麥克風補償及室內特徵化。圖5:用於家庭劇院的改進多聲道揚聲器佈置。

分析具有低音揚聲器的系統時,演算法必須能驅動系統所連接的超重低音揚聲器。這很必要,以便達到所需的寬頻響指標、並對具有低音揚聲器的系統進行適當的調整,否則處理演算法將不能對‘駐波’進行最佳修正。

分析模式分成以下三個步驟:

1. 將參考麥克風放在第一位收聽者的位置上;

2. 啟用分析模式。啟用後,放大器模組將產生適當的音訊訊號,並透過在頻率範圍箱(bin)中擷取麥克風音訊來進行相應的測量。從麥克風上擷取適當的數據量後,運算任務會通知消費者:位置1處的數據收集已完成。然後由處理器將所收集的數據儲存在預定號碼的‘箱’中,再根據‘箱’號及收聽者位置來進行加權。

3. 接著再將參考麥克風移至下一個聽者位置,重覆步驟2。重覆此過程測量數個收聽位置,再對每一位置上的測量值進行檢查,並用前面所積累的樣本來進行加權及平均。

3. 最佳化模式

完成分析模式後,處理器將對所採集的數據進行關聯處理,並確定內部均衡器的頻率位置、頻寬及衰減量,以對被測室內特徵進行修正。任何揚聲器或麥克風補償都必須包含在以上校正的運算中。D2Audio公司的校正技術帶給您一種可自動測量及精確最佳化環繞立體聲參數、以提供最佳收聽體驗的方便易用技術。

由於經過最佳化的收聽環境是一種極為主觀及定性的結果,故每一位收聽者都需要評價這些技術的實用效能。對於實施這種自動校正技術的效果有多好、以及其自動化程度有多高存在多種不同的看法。很明顯,上述D2Audio技術肯定能為消費者提供必要的工具來創造這種收聽體驗,且它們在實施過程中消費者的作業更簡便。

作者:Skip Taylor


首席技術總監


D2Audio公司





投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 用D2Audio智慧放大器模組實現家庭劇院...
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首