杜比全景声认证与THX认证背后声学设计规范

文章探讨了杜比全景声认证完整声学设计规范与之竞争的 THX 认证标准,以及影院运营商在两者之间做出选择时需要考量的设计决策。让这种空间重放成为可能的不只是混音技术,还有空间本身。影院声学设计包括其混响时间(RT60)、本底噪声和扬声器布局,必须满足特定的技术要求,杜比才会将其认证为 Atmos 放映场所。之所以有这些要求,是因为如果放映空间的声学特性不当,沉浸式音频重放就会出现严重问题。
杜比全景声认证与THX认证背后声学设计规范

首部采用杜比全景声(Dolby Atmos)技术的院线电影是皮克斯动画电影《勇敢传说》(Brave),该片于2012年6月22日在好莱坞的埃尔卡皮坦剧院首映。这部电影的杜比全景声混音采用了128个独立音频对象,通过64声道的扬声器阵列实现空间化音效。观众能真切感受到声音从头顶传来——比如雨滴的坠落、箭矢从头顶飞过,这种听觉体验呈现出明显的三维声学效果。

让这种空间重放成为可能的不只是混音技术,还有空间本身。影院声学设计包括其混响时间(RT60)、本底噪声和扬声器布局,必须满足特定的技术要求,杜比才会将其认证为 Atmos 放映场所。之所以有这些要求,是因为如果放映空间的声学特性不当,沉浸式音频重放就会出现严重问题。

空间是最终的发声体

在每一套杜比全景声(Dolby Atmos)的系统中,房间都是最后一个扬声器——所有其他扬声器都要通过这个环境发声。

一个未通过NC 30测试的影院放映厅其暖通空调的噪音会盖过电影中安静的对白。

混响时间为0.6秒而非0.25秒的放映厅,会给导演和音效设计师花数周时间去除的每一个声音元素都加上一段混响尾音。

与相邻放映厅结构隔音效果差的放映厅,会把《速度与激情》里的爆炸声混入隔壁影院影片中安静的对话场景里。

影院的声学指标并非由工程商采用标准产品就能解决的技术细节。它是放映、音响和座椅系统所有技术投入的基础设施为前提条件。

空间本身必须达标。如果空间不达标,杜比处理器也无法弥补其缺陷。

为什么影院声学有着本质的不同?

音乐厅的声学设计以悠长且富有包围感的混响时间为优化目标。音乐厅本应赋予声音独特的特质——成为一件独立的声学乐器,为现场音乐演奏增添温暖的音色、持续的延音效果以及立体的空间包围感。

影院的声学设计则完全相反。在杜比认证的配音间里混音完成的音轨,已经包含了导演和音效设计师想要的所有混响、空间效果和环境声学信息。影院观众厅的任务是将这份混音原封不动地传递给观众,不能额外添加任何效果。放映空间额外产生的任何混响都会破坏空间音频的还原效果:本应在三维空间中精准定位的声音对象会变得模糊且位置不准;本应清脆的瞬态声音会变得浑浊;台词的清晰度也会下降。

从声学角度来说,理想的电影院是在保证人类居住舒适的前提下,尽可能接近“死寂”的房间。实用的电影院声学设计目标是混响时间(RT60)为0.2–0.4秒——约为音乐厅混响时间的五分之一到十分之一。

杜比全景声物理要求

杜比实验室为影院放映系统发布了两个认证等级:杜比影院(高端等级,要求配备专为定制设计的放映厅,搭载高动态范围激光放映设备和专属声学设计)以及杜比全景声(适用范围更广的商业认证,可应用于现有的多厅放映厅)。杜比全景声认证要求涉及噪声标准为30、混响时间为0.2至0.3秒,且需64个及以上的扬声器位置。

扬声器要求

一个杜比全景声影厅至少需要64个声道的扬声器,这些扬声器分布在三个区域:

屏幕声道:左、中、右,加上宽左和宽右——至少5个屏幕声道。在较大的礼堂(超过500个座位)中,还会指定额外的屏幕高度声道。

环绕声道:至少14个环绕声道(每侧墙7个),分为两个水平层布置——一层为低环绕层,高度约等于人耳高度;另一层为高环绕层,高度约为墙高的三分之二。杜比全景声高级版(Dolby Atmos Premium)则要求每侧20个环绕声道(总计40个)。

头顶(高度)声道:Atmos 的核心特征是头顶扬声器阵列——标准的 Atmos 配置通常配备 16 至 32 个吊顶扬声器,以 4 行 4 个的方式排列(大空间房间则为 4 行 8 个)。这些吊顶扬声器负责还原头顶的音频对象,包括天气音效、飞机声以及来自上方的空间环境音。

吸顶扬声器的布置位置构成了声学设计的限制条件。每个吸顶扬声器上方的天花板面板必须具备声学透声性能——扬声器需能向观众厅自由辐射声音,而不能因天花板面板的存在导致高频成分被衰减。然而,吸顶扬声器之间及周围的天花板面板则必须具备高吸声性能,以达到混响时间RT60的目标值。

这就形成了一个天花板设计难题:扬声器位置处采用透声面板,其他所有位置采用高噪声降低系数(NRC)面板,其排布需满足整体天花板吸声面积符合混响时间(RT60)要求,同时扬声器透声区域在125赫兹至16千赫兹的所有频率下,均满足杜比(Dolby)规定的最低-1分贝插入损耗技术指标。

标准解决方案是在所有天花扬声器位置使用透声织物面板——采用紧密编织的聚酯或玻璃纤维织物,其流阻经过校准,可实现低于0.5分贝的插入损耗——而在其他区域则使用高噪声降低系数(NRC)面板(噪声降低系数≥0.90)。杜比标准要求透声面板面积不得超过天花总面积的25%,以确保天花整体具备足够的吸声性能。

杜比全景声影院的墙面通常有85%至95%的区域覆盖着织物包裹的吸音板。这是高端影院内部标志性的视觉特征——每一处表面都具备吸音功能。

噪声标准要求

杜比全景声高级版的NC 30要求是针对所有有人居住建筑类型制定的最严苛噪声标准之一。要理解NC 30在实际中的含义,首先需要了解NC曲线体系所测量的内容:

NC曲线是一系列倍频程频带声压级频谱。NC 30要求在31.5Hz至8000Hz的每个倍频程中,测得的倍频程频带声压级均不超过NC 30曲线:

倍频程中心频率

NC 30 限值(分贝)

31.5 Hz

55 dB

63 Hz

44 dB

125 Hz

35 dB

250 Hz

29 dB

500 Hz

25 dB

1000 Hz

22 dB

2000 Hz

21 dB

4000 Hz

20 dB

8000 Hz

20 dB

NC 30 的近似 dBA 等效值为 38–40 dB。作为参考,安静的图书馆可达到 NC 30–35,而超安静的开放式办公室则以 NC 35–40 为目标。

在多厅电影院中达到NC 30级存在几个特定的挑战:

暖通空调噪音:商业影院的空调系统是根据占用热负荷来选型的——一个200个座位的观众厅需要充足的风量。要在500Hz倍频程达到NC 30标准(限值:25 dB),送风速度必须极低(末端装置处小于1.5米/秒),且风管需精心做隔音衬层。配备低速散流器的变风量系统是高端影院暖通空调系统的标准配置。

结构侧向传声:在多功能建筑中,相邻的礼堂在影片高音量片段期间会产生高达120分贝的峰值声压级。为满足噪声标准(NC 30)并防止礼堂之间的侧向传声,需要采用结构隔振措施——通常为“箱中箱”结构,即每个房间的结构都悬浮在弹性隔振装置上,与共用的墙体、地板或天花板无刚性连接。

外部噪音:建筑围护结构必须对交通、飞机及附近机械设备产生的噪音进行衰减。对于临近主干道的城市综合场馆,要从65-75分贝的外部环境达到30噪声标准(NC 30),需实现55-65分贝的内外噪音衰减。这通常需要:厚重的外墙(230毫米及以上的混凝土或密实砌体)、所有入口处安装符合声学等级的门,且礼堂不得设置直接通向室外的通风口(需通过远程设备房并配备消声管道系统进行通风)。

 

RT60 要求及实现方法

适用于标准商业礼堂(200-500个座位)的杜比全景声RT60技术指标:

125 Hz: 0.35–0.55 s(数值略高以避免低频过度衰减)

250 Hz: 0.25–0.45 s 

500 Hz: 0.20–0.35 s (中频目标)

1000 Hz: 0.20–0.35 s 

2000 Hz: 0.20–0.35 s 

4000 Hz: 0.20–0.30 s 

低频部分的提升(125赫兹时的混响时间60比500赫兹时更长)是刻意设计的——它还原了杜比配音棚的特性, soundtrack 就是在那里进行混音的,以此确保低频内容重放时的音色平衡与设计初衷一致。

 

THX认证标准

THX有限公司最初由汤姆林森·霍尔曼在卢卡斯影业创立,如今已是一家独立公司,该公司运营着一套平行影院认证项目,这一项目比杜比全景声早了三十年。THX认证于1983年随《绝地归来》的首映推出,并一直在持续更新。

THX 与杜比全景声规格的主要区别:

噪声标准:

THX 规定的是房间标准 RC 25,而非 NC 30。RC 曲线系统与 NC 采用相同的倍频程声压级测量方式,但新增了频谱不平衡检测——具体来说是低频隆隆声(16–63 赫兹频段相对于曲线的多余能量)和高频嘶嘶声(4–8 千赫兹频段的多余能量)。RC 25 大致等同于 NC 25,在中频段其要求略高于杜比的 NC 30。

RT60:

THX 为所有礼堂尺寸规定了中频段 0.3±0.05 秒的混响时间——这是一个统一的目标值,而非杜比规格中按尺寸分级的目标值。

扬声器布局:

THX 提供了具体的扬声器摆放指南,包括每个声道位置精确的最小和最大覆盖角度。THX 布局针对“乔治·卢卡斯参考点”——即房间深度三分之二处的中心座位——进行了优化,且要求所有主声道覆盖标准都需在该参考位置满足。

房间增益:

THX 要求参考位置处的房间增益(混响声场相比自由场声源产生的声压级提升值)不得超过+3分贝。这限制了房间的总吸声量——如果房间吸声性过强,即便混响时间 RT60 达到最低目标值,混响声场也不足以营造出设计所需的包围感。

THX 认证对混响时间(RT60)同时设定了最小值和最大值:混响时间过长,会在 RT60 指标上不达标;混响时间过短,则会导致房间增益指标不达标。THX 的最佳听音区混响时间约为 0.28–0.35 秒,而杜比全景声(Dolby Atmos)的目标混响时间约为 0.20–0.35 秒。

 

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