環(huán)繞聲

　　在環(huán)繞聲節(jié)目制作、后期制作、播出或母帶處理過程中，直觀的可視化音頻監(jiān)測是至關重要的。由于獨立聲道較多，將會大大增加出錯的風險，甚至導致聲道完全故障！另外，因為相位是實現(xiàn)高質(zhì)量環(huán)繞聲信號的基本要素，所以需要對聲道間的相位關系進行持續(xù)監(jiān)測。

　　當前，市場上有多種不同的環(huán)繞聲信號可視化方法，例如DK-Technologies公司的Jelly-Fish和StarFish顯示儀表(圖3)以及Pinguin公司的環(huán)繞聲計量表(圖4)。

圖3 DK-Technologies的Jelly-Fish顯示儀表

圖4 Pinguin環(huán)繞聲計量表（詳圖）

　　RTW環(huán)繞聲分析儀（Surround Sound Analyzer，以下簡稱SSA）采用特許工程師Thomas Lischker發(fā)明的經(jīng)典“房屋”顯示，可以一目了然地直觀呈現(xiàn)聲道間的相位和響度關系。該顯示建立在經(jīng)過校準的各個聲道聲壓級(SPL)向量顯示基礎之上，其中各向量端點由線條相互連接。線條包圍的區(qū)域成為測量總體音量的一個指標，而該區(qū)域在四個象限上的分布則決定了聲像的均衡情況。

圖5 帶房屋顯示的環(huán)繞聲分析儀

　　當房屋圖形顯示呈方形時，表示左L、右R、左環(huán)繞LS和右環(huán)繞RS四個聲道具有相同的聲壓級。如果側邊呈直線且無任何彎曲，則表示各聲道不相關—例如當錄制觀眾的歡呼聲時就是如此。邊界線向外彎曲時，表明兩個相關聲道為正相關，向內(nèi)彎曲則表明二者負相關（圖6）。通過這種方式可以清楚地識別某聲道上的反相。當一個向量比其他向量短時，表明有聲道丟失或該聲道電平過低。中置聲道的黃色向量通過單獨的黃線與左右前置（Lf和Rf）聲道互連。這樣就能快速了解左右聲道（Lf和Rf）形成的幻象聲源與中置聲道之間的關系。換言之，在SSA視圖上部，如果黃色三角形在整體圖像中明顯突出，則表明與其他聲道相比，中置聲道占優(yōu)勢地位。這種優(yōu)勢是否合適，要視節(jié)目內(nèi)容而定。其他聲道對之間的幻像聲源所在位置也能輕松捕捉。主控向量標示為白色十字，顯示了整個聲源的聽覺重心。 

圖6 左前置聲道存在極性錯誤的SSA視圖

　　事實上，用于精確呈現(xiàn)環(huán)繞聲的加權算法也很重要：一方面，顯示儀表必須以適當?shù)母咚賹Ω髀暤乐g的相位關系進行可視化顯示；另一方面，積分時間還必須足夠長，以便能精確顯示各個聲道的聲壓級及其聽覺效果。為此，RTW設備采用了一種加權均方差(RMS)檢波器。積分時間過長會使顯示儀表反應遲緩。當根據(jù)具體聲壓級值（如78dBA SPL）校準監(jiān)測和顯示系統(tǒng)時，SSA屏幕上的紅色標記即為各聲道預定義的聲壓級標示。

　　AES3狀態(tài)數(shù)據(jù)和接口參數(shù)

　　AES3信號中的狀態(tài)數(shù)據(jù)包括所用采樣率、信號狀態(tài)（專業(yè)級或消費級）以及各種用戶數(shù)據(jù)等相關信息。有關狀態(tài)數(shù)據(jù)的一個關鍵問題在于，標稱數(shù)據(jù)不一定與實際物理條件相匹配。通常情況下，數(shù)據(jù)是由發(fā)送設備自動生成或者根據(jù)相關用戶設置生成的；也就是說，這種數(shù)據(jù)并非是通過分析儀進行實際采樣率測量等手段得出的。因此，數(shù)字信號的實際采樣率與狀態(tài)數(shù)據(jù)之間的差異是數(shù)字域最常見的錯誤之一，甚至可能導致傳輸失敗。舉例來說：根據(jù)提供的狀態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)送設備輸出一個48-KHz的信號；然而，收到的信號實際采樣率卻為44.1KHz。這種不一致可能導致接收器無法處理輸入信號。因此，方便易用的錯誤檢測功能就顯得非常重要—除了讀取AES3狀態(tài)數(shù)據(jù)以外，分析儀還必須能夠識別信號的實際物理特性。
這類指標不僅包括采樣率和載波電壓，也包含對多個數(shù)據(jù)流的時鐘同步進行校驗。人們常常以為，在專業(yè)音頻應用中，所有可用的數(shù)字信號在相位和時鐘兩方面都是同步的；然而，事實往往并非如此—例如，在使用自由運行的非同步播放器（DVD播放器、衛(wèi)星接收機）提供信號時，數(shù)字信號就并不同步。這樣就會導致產(chǎn)生偶發(fā)性的咔噠聲。另外還有延時問題。例如，當從體育賽事現(xiàn)場將環(huán)繞聲信號和立體聲信號傳送到廣播中心時，出于冗余保護等目的，這兩種信號通常會單獨編碼并通過不同鏈路進行傳輸。采用兼具輸入數(shù)字信號監(jiān)測功能的專業(yè)分析儀，就能輕松識別延時或不同步問題。在對具有多個外部聲源的音頻配置進行故障排查時，首先要做的就是檢查這些參數(shù)。

　　狀態(tài)數(shù)據(jù)還包括以下信息：兩個聲道載送的是單個立體聲信號還是兩個獨立的單聲道信號，以及傳輸?shù)氖蔷€性PCM音頻還是其他數(shù)據(jù)類型（例如Dolby AC-3或Dolby E格式的編碼環(huán)繞聲信號）—這類數(shù)據(jù)必須先通過相應的解碼器運行，然后才能進行進一步處理和/或進行D/A轉(zhuǎn)換。如今已有多種路由器不僅能夠透明傳輸線性PCM音頻，也能通過AES3接口傳輸經(jīng)過編碼的這類數(shù)據(jù)流。如果不經(jīng)過上游解碼器，直接將此類數(shù)據(jù)流傳輸至D/A轉(zhuǎn)換器，會產(chǎn)生極為刺耳的高電平噪聲。通過檢查狀態(tài)數(shù)據(jù)中包含的關于傳輸信息類型和內(nèi)容的信息，可以有效避免上述問題—在這種情況下，經(jīng)過正確配置的D/A轉(zhuǎn)換器會使相應聲道靜音。某些環(huán)繞聲音頻分析系統(tǒng)可通過集成杜比解碼器予以增強，這類解碼器支持對各個聲道進行信號分析和后期處理，而不需要外部解碼器。

　　ID信號

　　經(jīng)驗證明，在處理環(huán)繞聲信號時，聲道往往被誤交換。當一路信號使用多個獨立的傳輸通道時，尤其容易出現(xiàn)這種情況。許多廣播公司和機構已經(jīng)開發(fā)出多種對聲道進行唯一性識別的方法。Black & Lane的環(huán)繞聲識別信號(Ident Tones for Surround)可能在其中最具知名度；其他方法包括針對環(huán)繞聲的EBU 3304以及GLITS和針對立體聲信號的EBU 3304。除準確識別聲道外，接收器能否檢測到聲道之間的電平和延時不匹配對于故障排查也至關重要。環(huán)繞聲信號傳輸中尤其容易發(fā)生延時。

　　相關度表

　　立體聲信號在兩個聲道之間的相位關系及其單聲道兼容性目前仍然是評估音頻信號的關鍵參數(shù)：廚房里的老式收音機播放的是單聲道信號，許多電視節(jié)目也是如此。相關度表通常用于快速、持續(xù)地監(jiān)測聲道間的相位移動。這類設備可用于發(fā)現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)或運行錯誤，還能優(yōu)化麥克風的擺放。 

　　高品質(zhì)相關度表支持較寬范圍，不受電平限制，即電平不會影響顯示值。相關度表的一種常見設計是水平或垂直直方圖，其中正范圍通常為綠色，負范圍為紅色。

　　相關度刻度范圍為-1至+1；零點位于標尺中央。“相關”指兩個音頻信號之間的相符程度。完全相同的信號（比如，立體聲兩個聲道中的同一個單聲道信號）相關度為+1；完全不相關的信號的相關度為0。當某個聲道發(fā)生故障時，顯示值也為0。相關表還可用于推算立體聲信號的“寬度”：若顯示值為1，表示位于立體聲中央的單聲道信號；而0表示僅在兩側聲道再現(xiàn)的信號—即聽不到來自立體聲中央的聲音。立體聲混音的相關度通常在0.3和0.7之間。 [Page]

　　一般認為，相關度為負的立體聲信號存在技術上的缺陷。當立體聲信號的兩個聲道完全相同，但其相位因極性反轉(zhuǎn)而呈180°反轉(zhuǎn)時，相關表顯示值為-1.0和-1之間的值是含有相位調(diào)制成分的立體聲混音所導致的，該相位調(diào)制成分由效果組件、延時組件和電聲發(fā)生器產(chǎn)生。將此類信號縮混為單聲道信號會因相消效應而導致顯著的聲學變化。

　　立體聲聲像顯示器

　　立體聲聲像顯示器（也稱測角器或音頻矢量示波器）可提供關于相位關系、強度、立體聲寬度和方向的全面信息；然而，用戶需要掌握一定的基礎知識才能正確解讀屏幕顯示的信息，因為這類設備不像簡單的相關度表-1/+1直方圖那樣直觀明了、易于理解。

　　立體聲聲像顯示器最初為采用單色顯像管的改良型示波器。如今已被現(xiàn)代高品質(zhì)彩色平板顯示器(如TFT顯示器)所取代。盡管這類設備無法取代制作過程中的聲學校驗，但仍然可以幫助用戶評估立體聲混音的均衡情況。立體聲聲像顯示器可以實時顯示混音所含信號的相位關系，并有助于發(fā)現(xiàn)極性反轉(zhuǎn)或削波所導致的錯誤。最新的設備甚至可以同時顯示輸入信號的相位關系和電平，非常方便。

　　由于此類設備的實際可用顯示范圍相對較小，矢量示波器必須包含一個自動增益控制(AGC)電路，以使信號電平保持在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，而不受實際輸入電平影響。另一方面，這意味著設備將不斷重新調(diào)節(jié)處理后的電平。可見，這種設備不適用于評估信號的絕對電平甚至響度—它只能處理左右聲道之間的電平和相位關系。 

　　經(jīng)驗豐富的用戶可以立即發(fā)現(xiàn)立體聲信號是否具有適當?shù)牧Ⅲw聲寬度、是否偏離中央、是否含有異相成分。一般而言，若顯示的聲像極寬，表明存在大量異相成分，而當聲像呈圓形時，表明立體聲寬度較大且相位適當。這個“球形”的位置可快速揭示朝向一側的趨勢。單聲道信號產(chǎn)生一條線，它在顯示器上的方向表示立體聲全景聲場中的信號位置。

　　實時分析儀(RTA)

　　可視化音頻質(zhì)量控制的另一重要工具是實時頻譜分析儀。實時分析儀通常應用于擴聲領域；這種設備不僅可以檢測房間和揚聲器系統(tǒng)的聲學特性，還可通過分析儀表上的峰值保持功能快速查找突發(fā)反饋。實時分析儀還使用戶能夠評估節(jié)目的頻譜均衡性并利用均衡器做出必要調(diào)整，從而幫助用戶進行音樂節(jié)目和串詞的制作和母帶后期處理。另外，利用實時分析儀可以查找干擾共鳴頻率，例如在較小的演講臺錄音時產(chǎn)生的干擾共鳴頻率。經(jīng)驗表明，基于聲學測量中所用的三倍頻帶濾波器進行實時分析，能夠完美地符合人耳的聽覺特性，因而可以卓有成效地呈現(xiàn)頻譜。當然，對于在節(jié)目制作過程中使用96 KHz采樣率的用戶來說，對于48KHz之上的有效頻寬特別感興趣。雖然人耳聽不到空調(diào)系統(tǒng)有缺損的風扇所產(chǎn)生的36-KHz噪聲，但此類頻譜成分及其干擾卻可能在后續(xù)的混音中導致令人難受的失真問題。因此，除了音頻范圍的頻譜顯示外，可能還需要對超過可聽范圍至采樣率一半的頻譜成分進行求和顯示。

　　結論

　　任何測量工作的主要目標都是產(chǎn)生具有可比性的結果。這一目標需要使用特定的標準化測量設備和方法來實現(xiàn)。不幸的是，許多現(xiàn)有的測量標準在實際應用中卻存在缺乏統(tǒng)一性的問題—音頻技術也不例外。標準的適用范圍也仍有待解釋，這就為實現(xiàn)真正的可比性帶來了很大的難度。因此，關鍵的一點是要在當前工作范圍內(nèi)全面采用統(tǒng)一的測量標準—并須對所有設備進行相應的校準。有一個看似微不足道但卻絕不能忽略的事實，那就是計量儀表或其他分析工具的部署絕不會改變經(jīng)過實際檢測的音頻信號，它改變的只是人們對音頻信號的“觀看”方式。B&P