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環繞擴大機音效解碼的相關技術名詞說明

市面上的環繞擴大機機種多如牛毛,每個品牌在音效解碼上各有不同支援程度,但是琳瑯滿目的音訊技術到底是怎麼一回事,這連老手可能有時候都會搞混。因此本文整理了市場上常見的各種關於環繞擴大機音效解碼的技術名詞,提供各位網友參考。總體來說,環繞擴大機解碼主要是杜比實驗室(Dolby Laboratories Inc.,NYSE:DLB)和數位影院系統(Digital Theatre System,DTS)兩大類。因此本文大略分為Dolby、DTS與其他三大類來說明。

環繞擴大機音效解碼的始祖-杜比實驗室(Dolby)

這是最老牌的音訊技術公司。杜比實驗室總部位於美國,致力於聲音降噪及聲音壓縮編碼等技術的公司。最早是在1965年,雷·杜比(Ray Milton Dolby,1933年1月18日-2013年9月12日)在英國成立杜比實驗室,後於1976年將公司總部遷至美國加州。

環繞擴大機音效解碼的始祖 Dolby Laboratories Inc.
Dolby Laboratories Inc.

Dolby 在公司新成立時期第一次開發的技術被稱為DolbyA型降噪技術。 這是一種複雜的新音頻壓縮和擴展技術,可以大大降低專業磁帶錄音時固有的背景噝噝聲,而不會對錄音素材產生明顯的副作用。杜比實驗室先後發明了杜比降噪系統、杜比環繞聲系統等多項技術,對電影音響和家庭音響產生了巨大的影響。以目前來看,杜比的技術涵蓋模擬音訊降噪、聲音壓縮編碼、聲音處理、錄像處理、數位影院、現場音效等層面,大大影響了視聽業界的發展。

為什麼環繞擴大機需要進行音訊解碼

因為各種音頻技術都會是一連串數學的編碼與解碼流程。音效錄製轉為數位後,進行了優化處理與壓縮,到播放前,就需要進行還原,這就是環繞擴大的重要功能之一。

Dolby Digital – 音頻壓縮

Dolby Digital是一種音頻壓縮格式,屬有損壓縮的數位音訊格式,由杜比實驗室開發,支援5.1聲道音,這是一種環繞聲技術。Dolby Digital,中文稱杜比數位,最早就是Dolby AC-3的同義詞,1995 年以前稱為Dolby Stereo Digital。除了 Dolby TrueHD,其他的音頻壓縮是有損的,Dolby Digital是基於改進的離散餘弦變換(MDCT)算法。

Dolby Digital是一種音頻壓縮格式
Dolby Digital是一種音頻壓縮格式

杜比實驗室採用了 MDCT 算法以及感知編碼原理來開發 AC-3 音頻格式以滿足影院需求,AC-3 格式於 1991 年作為杜比數字標準發布。杜比數字是最早發布的基於 MDCT 的音頻壓縮標準,隨後是其他基於 MDCT 的家庭和便攜式音頻壓縮標準,如索尼的ATRAC (1992)、MP3標準(1993)和AAC(1997)。

1994年,日本先鋒公司宣佈與美國杜比實驗室合作研製成功一種嶄新的環繞聲制式,並命名為「杜比AC-3」(Dolby Surround Audio Coding-3)。1997年初,杜比實驗室正式將「杜比AC-3環繞聲」改為「杜比數碼環繞聲」(Dolby Surround Digital),也就是Dolby Digital。

杜比數位 是包含多達六個離散聲道的通用版本。常用的最複雜的模式包括用於正常範圍揚聲器的五個通道(20 Hz – 20,000 Hz)(右、中、左、右環繞、左環繞)和一個用於低音炮的通道( 20 Hz – 120 Hz分配的音頻)驅動低頻效果,支持單聲道和立體聲模式。AC-3 支持高達 48 kHz 的音頻採樣率。杜比數字有不同的名稱:杜比數碼、DD(杜比數字的縮寫,通常與聲道數結合使用;例如,DD 2.0、DD 5.1)、AC-3(音頻編解碼器 3、高級編解碼器 3、聲學編碼器 3。)、ATSC A/52(標準名稱)。

杜比數位 通常被稱為5.1 聲道環繞系統。但是,杜比數位 是指音頻信號的數位編碼,而不是它擁有的聲道數。杜比數字也可以稱為 DD、DD 5.1 或 AC3。

杜比數字專為 DVD、藍光光碟、超高清藍光光碟以及在某些情況下有線電視和流媒體內容而設計。這種格式為可能具有一個或多個聲道的音頻信號提供了有效的傳輸,這些聲道可由家庭劇院擴大器或AV 前置擴大器或帶有杜比數位解碼器的處理器解碼並分發到一個或多個揚聲器。

幾乎所有家庭影院接收器都具有內置的杜比數字解碼器。所有 DVD、藍光光盤和超高清藍光光盤播放器都可以使用一種稱為 Bitstream 的技術將杜比數字信號傳遞到配備適當的接收器進行解碼。各種光碟的支援大致如下:

編解碼器 Dolby Digital Dolby Digital Plus Dolby TrueHD
HD DVD
播放器支援 支援
頻道(最大) 5.1 7.1 7.1
最大bps 504 kbps 3 Mbps 18 Mbps
Blueray Disc – BD      
播放器支援 支援 選擇性支援
頻道(最大) 5.1 7.1 7.1
最大bps 640 kbps 1.7 Mbps 18 Mbps
DVD VIDEO
播放器支援 支援 不適用
頻道(最大) 5.1
最大bps 448 kbps
DVD AUDIO
播放器支援 可在 DVD播放器上播放 不適用
頻道(最大) 5.1
最大bps 448 kbps
Laser Disc – LD
播放器支援 選擇性支援 不適用
頻道(最大) 5.1
最大bps 384 kbps

杜比數字後來衍生發展出Dolby Digital EX、Dolby Digital Live、Dolby Digital Plus、Dolby Digital Surround EX、Dolby Digital Recording、Dolby Digital Cinema、Dolby Digital Stereo Creator、Dolby Digital 5.1 Creator等不同的技術。

Dolby Digital Plus是在Dolby Digital基礎上進一步開發的壓縮數位音訊格式,支援7.1聲道音訊。聲道分佈如下:左前、中前、右前、左環繞、右環繞、左環繞後、右環繞後、低音炮。Dolby Digital Plus仍與支援DTS Digital 的現有多聲道音訊系統完全相容。

Dolby Digital EX

杜比實驗室和Lucasfilm THX在1999年5月面世的星際大戰首部曲:威脅潛伏電影中推出杜比數位環繞EX(Dolby Digital Surround EX),在考慮經濟效益和向下相容性,在左環繞和右環繞中間,加插了後環繞聲道,形成6.1輸出。它使用了矩陣編碼,這是一條獨立分離聲道,情形就像前置左右聲道和中置聲道的關係一樣。所以它能在標準的5.1裝置上輸出5.1,又能同時支援杜比數位環繞EX的器材上輸出6.1。

杜比數位EX(Dolby Digital EX)是杜比數位環繞EX的民用版本。Dolby Digital EX利用矩陣技術(matrix decoding)將中央環繞聲道和單個後環繞聲道增加到立體聲音軌,設計出6.1聲道輸出。它在聽者身後增加了第三個環繞聲道揚聲器,使其成為 6.1 聲道系統。聲道由六個揚聲器(左、中、右、左環繞、中後和右環繞)和一個低音炮(.1) 表示。

如果您有包含 6.1 聲道 EX 編碼的 DVD 或其他來源內容,但接收器沒有 EX 解碼器,則接收器將預設為 Dolby Digital 5.1。Dolby Digital EX 這技術並不能視為真正的6.1或7.1編碼,與它的競爭對手DTS-ES格式不同,它並不能提供完整獨立分離的6條或7條音軌。

Dolby Digital Plus

杜比數位Plus(Dolby Digital Plus, Dolby Digital +)又稱為E-AC-3,是基於AC3的基礎進行加強的編碼系統。它把最高位元率提升至6 Mbps,支援14聲道(13.1),增強的編碼技術能夠減少壓縮對雜訊(artifact)。

Dolby Digital Plus無法相容於 Dolby Digital 器材,但是 Dolby Digital + 解碼器可以將 Dolby Digital + 轉碼成Dolby Digital 通過光纖/同軸輸出。

Dolby Digital Plus 是藍光光碟使用的幾種音頻格式之一。與HDMI接口的音頻部分兼容,可用於流媒體和移動音頻應用。可在 PC、 Amazon Fire等平板電腦和 智能手機上使用。Dolby Digital Plus 也是 杜比音頻的核心格式,內置於 Windows 10 和新的 Microsoft Edge 瀏覽器中,可在 PC 和 Surface 平板電腦上使用。在藍光光碟 和媒體平台(如 Netflix、Vudu 或 Amazon Fire TV)上查找使用 Dolby Digital Plus 編碼的內容 。

Dolby Atmos

杜比全景聲Dolby Atmos)是2012年4月發表的環繞立體聲技術,首部使用該技術的電影為皮克斯動畫工作室製作的《勇敢傳說》。這款新技術可以呈現64個獨立揚聲器的內容,亦可同時傳送多達128條音軌,比7.1聲道更為細緻。

Dolby Atmos 是一種具有適應性和可擴展性的聲音技術,根據產生獨立聲音(或聲音物件)的音訊格式,播放時能在整個三維空間的聆聽空間精確地定位並動態化移動。Dolby Atmos的一個關鍵因素是在聽眾頭頂上方加入一個天空聲道,讓以往的環繞聲增加了立體感。

2014年杜比擴展了Dolby Atmos到家庭應用,Dolby Atmos for home出現在市場上的家庭劇院系統。DenonMarantzOnkyoPioneerYamaha等製造商發布了將杜比全景聲帶入家庭影院的產品。

杜比全景聲是目前最流行的家庭劇院音效,實際體驗可以在電影院或專業音響門市

Dolby Atmos系統

內容會經由藍光光碟、可下載的檔案和串流媒體上的Dolby Digital Plus 或 Dolby TrueHD,傳送至具有Dolby Atmos功能的AV收音擴大機。Dolby Atmos的數據流包含可在房間內描述聲音定位的特殊元資料。此聲音物件的音訊資料由Dolby Atmos的AV收音擴大機解碼後,會進行縮放,以在各種規模及配置的家庭影院揚聲器系統實現最佳的播放。

Dolby Enabled揚聲器

這是一種便利的內建在天花板中的揚聲器的替代,利用Dolby養生儀技術的產品利用您上方的天花板作為反射表面,用於在聆聽者上方的高度平面中再現音訊。

理論上,Dolby Atmos佈置法中最佳方案,是於頭頂安裝四隻天花板(Height)聲道喇叭。若然樓層只有不到3公尺高度,還要打造假天花,頭頂聲道與聆聽位缺乏空間讓聲音擴散,指向性太強的問題就成為問題,這時候安裝頭頂喇叭的效果是得不償失。杜比實驗實為了讓家居裝置能夠呈現上方音場和由天而降的聲音,發揮「全景聲」3D音場威力,研發出Dolby Atmos Enable喇叭(以下簡稱DA喇叭)方案。

Dolby Atmos Enabled Speakers
Dolby Atmos Enabled Speakers

杜比公司特別為DA Enable聲道設計了一套運算程式,這套程式包含了聲音心理學的設計,令反射聲音也能呈現出聲音結像。故此,在環繞聲處理器及AV擴音機中,必須選 Dolby Atmos Enable 的設定。

Dolby Enabled揚聲器採用一種可內建在傳統揚聲器中的獨特的向上發射的驅動器和特殊訊號處理,或者一種獨立揚聲器模組,最低限度影響揚聲器系統的整體尺寸,同時在Dolby Atmos和Dolby surround播放期間提供沉浸式聆聽體驗。

利用天花板反射營造在上空盤旋的聲效
利用天花板反射營造在上空盤旋的聲效

杜比建議房間樓底高度約8至9呎(約2.4-2.7公尺)。根據杜比實驗室的測試,DA喇叭即使於樓底高14呎(約4.3米)的房間,高空音像仍然有良好的表現。

Dolby TrueHD

Dolby TrueHD是杜比實驗室開發的一種先進無損音訊格式,提供如錄音室母帶品質般的高清家庭影院體驗。Dolby TrueHD最多可同時承載8個96 kHz/24位元音訊的聲道(最多6個192 kHz/24位元音訊的聲道)。此技術用於大部分BD(Blu-ray Disc)的音訊。

  • 100%無損的編碼技術。
  • 流量高達18 Mbps。
  • 支援多達八個分離式24bit/96 kHz全頻寬聲道。
  • 獲選為HD DVD的強制性音頻標準,以及Blu-ray光碟的可選音頻標準。
  • 杜比TrueHD技術可以支援八個(7.1)以上的聲道。 HD DVD和Blu-ray光碟目前將其最大的聲道數目限制在八個。

音頻技術競爭者 – 數位影院系統(DTS)

DTS公司的初期創辦者之一是知名的電影導演史蒂芬·史匹柏。他對當時的戲院音響系統水準不足以支撐娛樂效果,認為音響品質是主要的問題。

DTS音響格式於1991年研發,比另一主流格式杜比數位晚了四年面世。DTS的最普遍及基本的聲道組態為5.1聲道,和杜比數位的組態相近,都是把五條主要(全域)聲道和一條低頻聲道作編碼。DTS在家用上的競爭者只有杜比數位。DTS的面世電影當然就是史匹堡在1993年的代表作品《侏羅紀公園》(Jurassic Park Franchise),這部電影全球票房高達9億美金,片中以逼真的特效,帶觀眾一探史前恐龍的模樣,不僅僅是視覺上的栩栩如生,在聲音上DTS也讓恐龍踏地的震撼在電影院上演。《侏羅紀公園》只比杜比數位《蝙蝠俠歸來》發布晚了一年,《侏羅紀公園》亦成為首部有DTS音軌的家庭影片(面世於1997年1月),在杜比首部家庭音像(LD格式的《燃眉追擊》(Clear and Present Danger)發布於1995年1月)面世兩年後發布。

DTS 96/24

DTS 96/24是壓縮的數位音訊格式,支援5.1聲道音訊和96 kHz/24位元音訊。此格式仍與支援DTS Digital Surround的現有多聲道音訊系統完全相容。DTS在Digital Sound/Digital Surround基礎上的高取樣、細緻版,取樣率高達96kHz,每取樣位元升至24 bit。技術主要應用於DVD。

DTS 對話控制

DTS對話控制可讓您提高對話感度。此功能在吵雜的環境中非常實用,可使對話更清晰易懂。對有聽力障礙的人也可能派上用場。因內容創建者可能會在混合聲中使此功能無效,故DTS對話控制功能並非隨時可使用。

DTS Digital Surround

DTS Digital Surround是壓縮的數位音訊格式,支援5.1聲道音訊。此技術用於大部分DVD光碟的音訊。

DTS-ES

DTS Extended Surround,是DTS在Digital Sound/Digital Surround基礎上的6.1聲道版,分Matrix(以矩陣方式由5.1類比至6.1)及Discrete(原生6.1聲道壓縮)兩種,與DTS 96/24一樣,取樣率高達96kHz,每取樣位元升至24 bit。應用在戲院及DVD等。此格式的對手為杜比數位EX。

DTS-ES透過使用DTS-ES錄製的5.1聲道音源共建立了6.1聲道音訊。此解碼器將後環繞聲聲音添加到原來的5.1聲道。在DTS-ES Matrix 6.1格式中,後環繞聲聲音是在環繞聲聲道中錄製;而在DTS-ES Discrete 6.1格式中,是錄製分散的後環繞聲聲道。

DTS Express

DTS Express是壓縮的數位音訊格式,支援5.1聲道音訊和高於DTS Digital Surround格式的壓縮率,由DTS,Inc.開發。此項技術旨在用於網路上的音訊流服務以及BD(Blu-ray Disc)上的輔助音訊。

DTS-HD High Resolution Audio

DTS-HD High Resolution Audio是壓縮的數位音訊格式,由DTS,Inc.開發,支援7.1聲道音訊和96 kHz/24位元音訊。DTS-HD High Resolution Audio仍然完全相容現有的支援DTS Digital Surround的多聲道音訊系統。此技術用於大部分BD(Blu-ray Disc)的音訊。

DTS-HD Master Audio

DTS-HD Master Audio是由DTS,Inc.開發的一種先進無損音訊格式,提供如錄音室母帶品質般的高清家庭影院體驗。DTS-HD Master Audio最多可同時承載8個96 kHz/24位元音訊的聲道(最多6個192 kHz/24位元音訊的聲道)。此技術用於大部分BD(Blu-ray Disc)的音訊。

DTS Neo:6

DTS Neo:6可從2聲道音源進行6聲道播放。有兩種可用模式:用於音樂音源的“音樂模式”和用於電影音源的“電影模式”。該技術提供分散的全頻寬矩陣環繞聲道。

DTS:X

DTS:X是次世代的聲音物件為基礎的多維音訊。從聲道傾洩而出,DTS:X所傳達的聲音會流暢地移動,創造出難以置信的豐沛、真實而又身歷其境的音境,讓觀眾受到前方、後方、兩側及上方而來的籠罩,享受前所未有的精確音效。DTS:X所具有的功能可自動將音訊調適至最適合聆聽空間的揚聲器配置,從電視機內建的揚聲器到家庭環繞聲影院系統,以及到商業影院所使用的十幾台甚至更多台的揚聲器,均無所不能。

DTS:X 於 2015 年 1 月推出,最早用於家庭劇院的使用。隨後,它進入了電影院,與競爭對手的環繞聲格式杜比全景聲( Dolby Atmos )相反,後者在進入家庭之前就在電影院開始應用。

和Dolby Atmos 不同的是,杜比全景聲需要在 5.1 或 7.1 設置中增加額外的頭頂聲道,但 DTS:X 可與標準環繞揚聲器設置一起使用——就像您在家中可能已經擁有的設置一樣。它可以支持多達 32 個揚聲器位置和多達 11.2 聲道系統。目前大多數 AV 製造商現在都支持標準格式,包括 Anthem、Arcam、Denon、Krell、Marantz、McIntosh、Onkyo、Pioneer、Sony、Trinnov 和 Yamaha

DTS:X 於 2015 年 1 月推出,最早用於家庭劇院的使用。
DTS:X 於 2015 年 1 月推出,最早用於家庭劇院的使用。

其他音訊相關名詞與技術

DSD(Direct Stream Digital)

DSD(Direct Stream Digital)技術用於在數位儲存媒體(如SACD(Super Audio CDs))上儲存音訊訊號。訊號是以高頻取樣率被儲存 (如11.2 MHz)。最高頻率響應等於或高於100 kHz,動態範圍為120 dB。此技術提供的音質高於用於CD的技術所提供的音質。

FLAC

FLAC是一種用於無損音訊數據壓縮的檔案格式。FLAC的壓縮率比有損壓縮音訊格式差,但可提供更高的音訊品質。

MP3

MPEG所使用的一種壓縮數位音訊格式。此壓縮方式利用心理聲學技術實現了高壓縮率。據報導,此壓縮方式能夠在保持特定水準音質的情況下,將數據量壓縮為約原來的1/10。

MPEG-4 AAC

MPEG-4音訊標準。由於其可以在保持優於MP3音質的情況下高度壓縮數據,因此可用於手機,可攜式音訊播放機以及網路的音訊流服務。

Neural:X

Neural:X衍生自DTS,是下混音/上混音和空間重映射的最新技術。其建立在DTS:X之中,提供Neural:X編碼的上混音和非編碼的(PCM)數據。Neural:X可在DTS:X為AVRs 和Sound Bars產生多達11.x的聲道。

PCM(Pulse Code Modulation)

PCM是一種訊號格式,在此格式下可對類比音訊訊號進行數位化,錄製和傳輸。此技術是所有其他音訊格式的基礎。此技術作為一種稱為“線性PCM”的無損音訊格式用於各種媒體(包括CD)的音訊。

取樣頻率/量化位元

當類比音訊訊號被數位化時,取樣頻率和量化位元會顯示資訊的數量。其數值的註記如以下範例:“48 kHz/24-bit”。

取樣頻率

取樣頻率(每秒對訊號取樣的次數)稱為取樣率。取樣頻率越高,可播放的頻率範圍就越大。

量化位元

量化位元的數字表示將聲音電平轉化為數字值時的準確度。量化位元數越大,聲音電平的表達就越準確。

WAV

Windows標準音訊檔案格式,其定義記錄透過轉換音訊訊號獲得的數位數據的方法。原廠設定為使用PCM方式(無壓縮),但您也可以使用其他壓縮方式。

WMA(Windows Media Audio)

Microsoft 開發的壓縮數位音訊格式之一。此壓縮方式利用心理聲學技術實現了高壓縮率。據報導,此壓縮方式能夠在保持特定水準音質的情況下,將數據量壓縮為約原來的1/20。

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