在家庭影院聲學設計中,多聲道音響系統的核心目標是通過精確的聲道配置與空間布局的協同優化,實現聲音定位的精準還原與沉浸式體驗的營造。這一聲音重現過程不僅依賴于硬件性能的優劣,更需要對聲場建模理論、心理聲學原理以及數字信號處理技術有深入的理解。
從聲學本質上講,「聲道」概念定義了聲音在三維空間中的傳播坐標系。以常見的 5.1.2、7.1.4 或 9.1.6 聲道系統為例,其數字標識具有明確的聲學含義,「9」、「7」或「5」代表地面層水平方向的主揚聲器陣列,包括:
● 左前(Left Front)聲道
● 中置(Centre)聲道
● 右前(Right Front)聲道
● 左增寬環繞(Left Wide Surround)聲道(9.x.x)
● 右增寬環繞(Right WIde Surround)聲道(9.x.x)
● 左環繞(Left Surround)聲道(5.x.x) / 左側環繞(Left Side Surround)聲道(7.x.x/9.x.x)
● 右環繞(Right Surround)聲道 (5.x.x)/ 右側環繞(Right Side Surround)聲道(7.x.x/9.x.x)
● 左后環繞(Left Rear Surround)聲道(7.x.x/9.x.x)
● 右后環繞(Right Rear Surround)聲道(7.x.x/9.x.x)
這組揚聲器主要負責構建「水平」聲場,精準還原人聲對白、環境聲效等關鍵音頻元素的空間定位。
「1」代表獨立的低頻效果(Low-frequency effects,LFE)聲道,通常由獨立的低音炮回放。其核心功能是回放 0-150Hz 范圍內的低頻信號,這些信號是混音師專門設計的,存在于音頻文件的獨立通道。LFE信號通常用于記錄爆炸聲、地震或其他音效等低頻效果的超低部分,確保這些具有超大低頻能量的聲音可以被完整還原。注意容易被混淆的事實——低音炮的數量可以多個,但是多聲道音頻節目中只有1個LFE聲道源。音頻通道數和回放通道數并不是一個概念。
「2」、「4」或「6」代表頂部「天空」揚聲器,用于構建垂直維度的聲場空間。通過精確的聲像定位,可真實模擬降雨、飛行器等來自上方或后方的聲效,顯著提升沉浸感。
本文將重點探討水平方向主揚聲器的設置原則與優化方法,關于低音炮與天空聲場的配置要點將在后續專題中深入討論。
左前&右前揚聲器
Front Left & Right Speakers
在立體聲系統的布局中,左前和右前這對揚聲器就像是整個聲音舞臺的支柱。它們一左一右地站立在聽眾前方,共同構建起聲音的基礎框架。當你在欣賞音樂或觀看電影時,樂器的位置、人聲的移動,甚至是環境中的細微聲響,都需要靠這對揚聲器來精準定位,可以說,左前和右前揚聲器的表現,完全決定了整個音響系統的聽感。
由于人耳對聲音定位的感知與聲源的方向緊密相關,特別是對于頻率在2kHz以上的高頻信號。因此,建議將左前/右前揚聲器的安裝高度與聽音位置的人耳高度保持一致,垂直偏差控制在 ±10° 范圍內。基于人耳對垂直方向聲源定位的最小可覺差研究,在此范圍內人耳通常無法察覺明顯的高度差異帶來的變化。前置揚聲器相對于中軸線的夾角建議是30°,讓聽音位、左、右揚聲器三點構成一個正三角形。如果位置受限,這個夾角也允許在22~30°之間,當然對稱擺放是必要的。
在實際安裝環境存在物理高度限制時,可以通過調整揚聲器的垂直仰角來進行聲學補償。需要注意的是,由于高頻單元的指向性特性,通常在1kHz以上頻率,揚聲器的輻射角度隨著頻率升高而逐漸變窄,不同設計的高音單元指向性也差異顯著。當聽音位置偏離揚聲器的最佳輻射角度時,聲音的頻率響應會發生變化,導致可感知的音質差異。因此,傾斜的水平揚聲器布置永遠不會被首先推薦,而精確的聲軸對準可以確保直達聲能量以最佳路徑傳遞到聽音位置,同時最小化早期反射聲的影響,從而獲得準確的聲像定位和清晰的空間感再現。
中置揚聲器是整個音場的「錨點」,負責穩定和強化聲音的核心定位。理想情況下應該放置在和前方左右揚聲器同樣的高度上,與它們構成一個穩定的前方聲場陣列。這種布局確保了聲音與畫面高度的一致性。
從音頻制品制作的角度看,中置揚聲器主要負責電影中的對白和無需強調定位的動效聲音。中置揚聲器的回放屬于“實中”,而傳統的左右揚聲器回放中央位置的聲音稱為“虛中”。虛中的效果容易受到房間或者設備性能的影響,導致「中空效應」的出現,中央位置的聲音成像可能劣化。而中置聲道能夠協助將聲音牢牢地固定在聲場中央,即使聽眾偏離了最佳聽音位置,也能感受到清晰而穩定的聲像定位,不受左右聲道聽音窗口的影響。與環繞聲道揚聲器配合,還能構建一個連貫的三維聲場,讓聲音在整個平面內自然過渡,營造出更加沉浸式的聽覺體驗。
很多時候,由于布局限制,中置揚聲器都會被放在屏幕的正上或正下方,一旦遇到這種情況,則需要將其傾斜一定角度,確保可以指向人耳高度,補償布局高度的差異。可以在中置揚聲器的底部使用自粘橡膠墊/保險杠墊,或者隔離支架來簡單實現。這是一個很容易被忽略,但是很重要的調整步驟。同時,需要注意減少與所在容器或家具的接觸。
環繞揚聲器
Left/Right Side/Rear/Wide Surround
除了前置揚聲器之外的所有水平面環繞揚聲器,它們的主要功能都是增強聲音的空間感和沉浸感,與前置揚聲器(左前、中置、右前)共同構建一個完整的平面聲場。它們負責將聲音從前方擴展到整個平面,營造連貫的包圍感,讓各個方向的聲音流動、過渡更加自然。
對于5.1.x、7.1.x和9.1.x的水平面布局,音箱數量的差異只在具體音箱擺位的精細度,更多的音箱可以帶來更多的聲源,實現更加精確的定位。對于5只平面音箱的系統,兩只環繞音箱就需要承擔起定位整個側后方聲源的任務,因此建議定位在相對于中軸線110~120°的位置。而7/9只平面音箱系統使用4只音箱完成這樣的任務,因此側環、后環音箱的角度分別建議在相對中軸線90~110°和135~150°內。對于9.1.x的布局,還有額外的兩只增寬音箱,它們的定位建議在相對于中軸線50~70°的范圍內。
對于環繞聲系統,音箱對聽音位置的角度關系非常重要。相對來說,音箱相對于聽音位置的距離其實并沒有嚴格限制,差異是允許存在的。因為角度直接決定了定位的準確性,而聽音距離的誤差可以通過校準系統的延遲校準來補償——只需要確保音箱距離聽音位置在廠商建議的范圍內。比如同軸音箱允許更近的擺放,而常規的分頻設計則需要一定距離(1~2米以上)使得多個單元正確耦合。當然,盡可能對稱的擺放依然要盡量滿足。
對于環繞揚聲器的安裝高度,通常也是建議和前置揚聲器在同一個平面。但是在家庭影院環境中,如果沙發靠背過高,或者需要兼顧多人聽音的環境,環繞或環繞后置揚聲器可以安裝在略高于耳朵高度的位置,并稍微向下傾斜,使其指向聽眾耳朵。這個傾斜角度不宜過大,建議在20°偏差以內。很多時候,安裝過程為了方便,可能會犧牲角度對準,而選擇直接貼墻布置。這樣的方式是不被推薦的,除非揚聲器的指向性性能很好,但是多數時候并非如此。考慮的揚聲器指向性的限制,任意一個全頻揚聲器都建議直接指向人耳。
平面中的揚聲器布局重要性尤為重要。對于大多數音頻制品,平面揚聲器往往會承載最大的信息量。深入理解和實施多聲道系統的揚聲器布局,就是開啟創造理想聽音系統的第一把鑰匙。