电影音响工作原理.doc

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1、电影音响工作原理您曾经尝试在家里将声音关闭看电影吗？声音的介入使人们看电影的感受有了翻天覆地的变化。声音能够辅助人们理解电影情节，人物对话更是至关重要。此外，声音还会赋予每个场景以神韵和情感。如果去掉声音，大多数电影将会变得索然无味。当我们走进电影院时，我们期待声音和银幕上的画面一样激动人心和感染人。 在本篇文章中，您将会了解模拟和数字音响系统的原理。还有三个主要的数字系统： 数字影院系统(DTS) 杜比数字 索尼动态数字音响(SDDS) 电影声音已经经历了很长的发展历程。早在1889年，托马斯爱迪生(Thomas Edison)和他的同事们就尝试使声音和电影画面同步进行。1926年，华纳兄弟

2、娱乐公司(Warner Brothers)发行了唐璜，这是第一部伴有录制声音的商业电影。唐璜有音乐配乐，但没有对话。第二年，华纳兄弟娱乐公司发行爵士歌手，它伴有音乐、音响效果和几行对话。声音终于进入了电影。 模拟音响在早期电影院中，播放声音的设备极其简单。爵士歌手中所使用的维他风只是一个播放蜡盘录音的电唱机。这被称为唱片录音。录音通常在电影拍摄后进行。在唱机转盘上播放唱片，通过控制放映机的速度使声音和胶片同步。它虽然简单，但却是给电影添加声音的非常有效的方法。 光学音频拾音器在20世纪30年代早期，作为一项可以选择为电影添加声带的技术，胶片录音开始取代唱片录音。有关胶片录音的一个有趣的现象是声

3、音与其对应的图像相距若干帧。这是因为音频拾音器或读取器安放在放映机镜头装置的上方或下方。大多数模拟拾音器位于基座（位于镜头的下方）中，而数字拾音器一般位于固定在放映机上部的机房里。测试胶片用来校准图像的声音。一旦校准完成，电影放映员就可以将胶片接合起来，并保证音画完全同步。 胶片录音使用了以下两项技术之一： 光学 磁性 最常见的方法是光学方法，即在胶片的一侧记录一条透明的线条。线条的宽度会随着声音频率的变化而变化。因此，它被称为变积式声带。当胶片通过音频拾音器时，一个激励灯提供了明亮的光源，透镜将光源聚焦并投射到透明线条上。穿过胶片的光线照射在一块光电池上。 插图：胶片上的光学声轨光电池将光转

4、变成电流。电流量由光电池接受的光线数量决定。音频线条越宽，通过的光线越多，从而使光电池产生的电流越多。由于透明线条的宽度可以改变光线的数量，这就导致发送给前置放大器的电流是可变的。前置放大器放大信号并将其传输给放大器，再由放大器将信号分配给扬声器。 这种方法的一个变体被称为可变密度声带。它利用透明程度各异的声道条带工作，而不是宽窄不同的带子。越透明的声道条带，透过的光线越多。这种方法最大的问题就是，胶片表面的自然褶皱会产生巨大的背景噪音。 在20世纪50年代，磁录音技术开始流行。当时，磁胶片录音与光学胶片录音相比，具有以下几个优势： 磁录音为立体声，而光录音为单声道。 磁录音可获得更好的音质。

5、 但也有一些缺点： 只有在电影拍摄完成后才可添加磁录音。 磁录音的费用较高。 磁录音的保存寿命低于光录音。 磁录音更容易损坏。 虽然磁录音可以在胶片上提供多达6个离散的声道，但是费用太高。虽然对立体声光学声道进行了实验，但噪音很大，不值得为该音响系统耗费精力。但是，当杜比实验室在1965年引入了杜比A（一种降噪方法，最初是为专业录音棚开发的）时，电影业看到了重新使用光学声道的机会。 杜比A将输入的音频信号分成4个离散的波段。一种名为预加重的技术将每个波段的信号放大到10分贝以上，即环境噪音的水平。每个信号要进入压缩扩展器，信号在其中被压缩，从而进一步消除低水平的噪音，然后再将信号扩大。信号被组

6、合在一起，从而产生更清晰的声音。 杜比A主要是通过提供较窄的频率响应，从而产生较小的动态范围。杜比降噪技术从杜比A发展到杜比频谱录音，与使用杜比A技术相比，降低了两倍的噪音。 1971年，发条橙将杜比A技术应用于磁胶片录音，并大获成功。在20世纪70年代早期，伊斯曼柯达公司(Eastman Kodak)与美国无线电公司 (RCA)和杜比公司(Dolby)携手研发了变积式立体声(SVA)光学技术，此项技术通过在最初分配给一条线条的空间中使用两条可变宽度线条来提供立体声音响，而替代了最初的一条线。 环绕立体声在1941年，在沃特迪士尼(Walt Disney)的幻想曲中，环绕立体声首次亮相。要播放

7、有环绕立体声的电影，电影院必须花费8万5000美元购置一个特殊设备，其中包括定制的扩音器和两台所需的放映机，一台放映胶片和一个声道，另一台专门用于播放4个特殊声道。 由于费用昂贵，只有两家电影院真正安装了完整的环绕立体声系统。一家位于洛杉矶，另一家位于纽约。随着支持46个声道的磁性音响的流行，许多电影院都安装了环绕立体声。杜比A降噪技术支持具有立体声光学声道的胶片，但如果胶片上有两条以上的光学声道，即使是杜比A也不能弥补降噪水平。杜比立体声的出现是环绕立体声的一个重大突破。 使用杜比立体声光学编码的胶片利用令人惊叹的矩阵法，杜比设计了一种使用胶片上的两条光线路创建四个不同的声道的方法： 左声道

8、 右声道 中央声道 后部声道 矩阵法工作原理类似于布尔逻辑，通过比较左右光学声道的信息来确定向哪个扬声器发送信号。例如，如果左声道信号与右声道信号的编码完全异相，就会被认为是环绕立体声。当放映机的拾音器读取光学声道时，它会将此信号解码为环绕立体声，并将其发送到电影院后部和侧面的扬声器。如果左声道和右声道的同向信号完全相同，就将信号发送到中央声道。否则，就将左声道信号发送到左前扬声器；右声道信号发送到右前扬声器。 插图：数字声工作示意图有必要说明一下的是，杜比环绕立体声和杜比定向逻辑是杜比立体声的家庭版本。在这些家庭系统中，使用的是同样的原理。四个声道的音频信息被压缩在两个声道的空间里。如果系统

9、没有环绕立体声解码器，声道将被视为普通的立体声（左、右）声道进行处理。环绕立体声和定向逻辑的不同之处关键在于中央声道。杜比环绕立体声系统使用左、右扬声器来构建一个虚拟中央扬声器。如果您正好坐在两个扬声器中间，效果是很好的。定向逻辑则是将中央声道信号发送给真正的中央扬声器。 随着数字音响的出现，提供离散声道的能力已大大地提高了。“离散”意味着每个声道单独编码，而在矩阵法中则使用平均方法。 数字影院系统数字音响第一次大规模投入商业使用是随着电影侏罗纪公园的发布而出现的。这项数字音响技术称为DTS，是Digital Theater Systems（数字影院系统）的缩写，这一名称也是已获得该技术专利的

10、公司的名称。其实，DTS是早期电影院使用的传统唱片录音技术的更新版本。DTS利用了本身就属于胶片一部分的特殊的光学时间码作为胶片的一部分。时间码是分布在图像和模拟光学声道之间每帧边上的一系列点和短划线。 放映机上安装有一个专门的光学读出器。在胶片进入放映机之前，胶片会被装入读出器。与模拟音频拾音器类似，DTS读出器使用一个发光二极管(LED)将光线聚焦在一个透镜上，穿过胶片照射在光电池上。这就会产生电流脉冲，读出器将电流脉冲解码为时间码。将此信息通过一个串行电缆发送给计算机。计算机使用三个CD播放器来控制音频系统。电影声带包括6个声道（右声道、左声道、中央声道、左环绕立体声道、右环绕立体声道和

11、重低音声道），依据影片的长短，可压缩在一或二张CD盘上。使用DTS的特殊压缩格式，一张CD盘可容纳大约两个小时的音频信息。第三个CD播放器用来播放当前DTS预演影片的CD盘。 胶片和声带CD盘都有一个标识码。计算机会检查这些码以确认播放的是当前影片的正确声带。为确保音频不会由于访问CD盘而发生延迟，系统使用FIFO（先进者先出）方法缓冲内存中的音频。由于计算机不断地在分析时间码，并与CD盘上的音频相匹配，所以声音很少出现与画面不同步的情况。同时，由于声音实际上并非在胶片上编码，因此电影观众听不到恼人的“砰砰”声当音频拾音器遇到接合点时有时会发出这种声音。 DTS的缺点： 在制作CD盘时，生产过

12、程需要附加的步骤。 DTS操作时依赖其他设备。 声带CD盘有时不会随胶片盘一起到达电影院。 如果DTS计算机或CD播放器出现故障，胶片上还有模拟声道作为备用。与杜比立体声音频拾音器兼容的DTS Stereo可用于建立模拟声道。与所有数字格式一样，光学模拟声道只在以下几种情况下使用： 当没有数字信息时（如本地电影院信息或一些预演片） 当数字格式和本地设备不兼容时（如杜比数字设备中的DTS胶片） 当数字设备出现故障时 当胶片上的数字信息不可读时 DTS的使用时间比任何人预期的时间要长得多。最初的DTS仅被视为是电影院向数字化方向转化时使用的一个临时解决方案。但是，使用方便、成本相对较低，且许多电影

13、院已经对这种格式进行了投资等诸多因素使DTS成为胶片录音数字格式的可行替代方案。 杜比数字杜比数字极有可能成为最流行的数字格式，它还有以下几个名称： 杜比数字5.1 杜比AC-3（杜比第三代音频编码系统） 杜比SR-D（数字频谱录音） 杜比数字读出器杜比数字使用齿孔之间的空间来编码信息。请查看下图，注意齿孔间的灰色圆点。如果仔细看，您可以识别出每个片段中间的杜比数字徽标！ 带有5.1编码声道的胶片 杜比数字读出器安装在放映机的顶部（现在有些放映机有内置的读出器），可扫描通过它的胶片。LED发出的光穿过胶片照射在CCD上。包含代表1的小斑点和代表0的空白的图像被读出器发送给基于数字信号处理的杜比

14、数字处理器单元，然后杜比数字处理器单元将二进制数据还原成声音。 和DTS一样，杜比数字使用六个声道： 中央声道 左声道 右声道 左环绕立体声道 右环绕立体声道 低音声道（低频效果） 这种配置一般被称为5.1，即五个主要声道加一个效果声道。效果声道使用一个低音炮，通常称为重低音声道，这是因为它主要用于制造爆炸声以及其他巨大的轰鸣声。 如果杜比数字读出器发生故障，或者读取数字信息时出现错误，则胶片上还设有杜比立体声模拟声道。 索尼动态数字音响最迟进入电影院数字音响领域的是一位娱乐业巨头。索尼(SDDS)使用胶片的外侧边缘记录数字音频信息。与其他任何格式（模拟或数字）不同的是，SDDS的纠错功能是通

15、过使用胶片另一侧边缘的同样的冗余条来实现的。SDDS通过提供8个声道来支持增加的环绕立体声选择： 中央声道 左声道 右声道 左中声道 右中声道 左环绕立体声道 右环绕立体声道 低音声道 SDDS读出器使用一个索尼动态数字音响编码的胶片 由于需要额外的数字音响设备，安装SDDS要比安装DTS和杜比数字要昂贵。但DTS和杜比数字都会在解码后将数字信号转变为模拟信号，而SDDS使用数字连接直接将解码的信号发送给专用音响处理器。即便如此，多出来的两个声道仍使它更具吸引力。 您可能已经注意到本文中的胶片图像，通常在胶片上会记录一种以上的声音格式。由于不同的格式使用胶片的不同部分，所以对发行商来说在同一胶片上包含至少两种数字格式是非常经济的。如今，几乎所有商业胶片都将杜比立体声作为模拟格式。此外，某些胶片实际上还同时具有这三种数字格式！ 动态数字音响激光装置发射聚焦光束。光线透过胶片，穿过一个用来放大光线的透镜，最后被一排光电池接收。凡是胶片上有黑色区域，相应位置上的光电池就接收不到光线。任何接收不到光线的光电池会发出少量的电流。SDDS根据每节电池是否产生电流将其读作1或0。随着胶片的移动，就会产生恒定的二进制信息流，读出器会将其送到数字处理器。