馬　晟　顧肖聯(lián)　黃社人

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3D全息聲音系統(tǒng)在視聽藝術(shù)中的應(yīng)用與研究

馬晟顧肖聯(lián)黃社人

摘要：隨著大眾娛樂時代的到來，以往的文化藝術(shù)內(nèi)容及形式突然間無法滿足大眾爆發(fā)式的需求，單是電影這一種藝術(shù)形式就在近些年出現(xiàn)了內(nèi)容和技術(shù)上的大飛躍，研發(fā)和投入市場的時間也大幅縮短，3D聲音技術(shù)迅速滲透到傳統(tǒng)的創(chuàng)作手法之中，使得畫面有了新的拓展維度和空間。

關(guān)鍵詞：視聽藝術(shù)；3D聲音；大眾娛樂時代；維度和空間

顧肖聯(lián)，男，國家一級錄音師。(浙江傳媒學(xué)院電影學(xué)院，浙江杭州，310018)

黃社人，男，錄音師。(杭州聲無界音頻技術(shù)有限公司，浙江杭州，310024)

一、引言

近些年,隨著國家對文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)扶植力度的逐年增大，整個產(chǎn)業(yè)如雨后春筍般出現(xiàn)爆發(fā)式增長，如在影視產(chǎn)業(yè)，目前國內(nèi)的大銀幕數(shù)已在去年過萬，電影的年產(chǎn)量及票房也直逼擁有“影業(yè)帝國”寶座的美國。[1]音樂產(chǎn)業(yè)也已逐步擺脫了單純依靠唱片盈利的商業(yè)模式，向“獨立音樂工作室”、“網(wǎng)絡(luò)音樂營銷”等多元化方向發(fā)展，應(yīng)運而生的一些電視真人秀欄目如《中國好聲音》《中國好歌曲》《我是歌手》等的誕生，直接輻射涵蓋所有電視觀眾，讓音樂從“免費時代”逐漸導(dǎo)入到“消費人群”模式。除了影視和音樂這些在國內(nèi)曾經(jīng)相對強勢的娛樂形式之外，近年來隨著舞臺以及交互藝術(shù)形式的崛起，許多新型的文化娛樂形式也從文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的大趨勢中分得了一杯羹。

對于以上提及的這些藝術(shù)形式而言，最為直觀且效率最高的切入點無疑是視覺與聽覺。目前，隨著視覺技術(shù)諸如IMAX、3D、4K、8K等科技的發(fā)展，配合與之形成呼應(yīng)的3D全息聲音技術(shù)的應(yīng)用也在近些年大規(guī)模地投入市場，Auro 11.1、Dolby Atoms及IOSONO，這些相對于“IMAX”、“3D全息投影”耳熟能詳?shù)拿种鸩竭M入了大眾的視野，但這些3D聲音系統(tǒng)的“代名詞”將慢慢改變?nèi)藗儗τ趥鹘y(tǒng)聲音聽覺感受的態(tài)度。[2]就傳統(tǒng)的聲音回放系統(tǒng)而言，一方面，觀眾只能感受到“面”，而無法感受到“點”。另一方面，聲音只能在觀眾的平行維度出現(xiàn)，而無法在觀眾的立體空間中出現(xiàn)。直觀地說，聲音將變成一種能直接在觀眾你我身邊“觸手可及”的元素，這使得畫面中的“人”和“物”從二維的平面視覺中跳脫出來，變得更加真切，從而使視聽藝術(shù)的作品更加具有說服力和真實感。

可以想象，聲音這個無處不在卻似乎又不是那么被人重視的創(chuàng)作元素，將會對現(xiàn)有的藝術(shù)形式及藝術(shù)作品起到不可估量的作用。一個可以“觸摸”到的聲音，必將也正在改變傳統(tǒng)的視聽語言的規(guī)則和創(chuàng)作方式。對于創(chuàng)作者而言，無論是導(dǎo)演、編劇、攝影還是作曲，都必須重新定義作品中的各種元素，因為它們將不僅僅在觀眾的前、后方出現(xiàn)，而會存在于四面八方，甚至“上天入地”。

二、現(xiàn)有相對成熟的3D全息聲音系統(tǒng)

本項目將首先闡述3D全系聲音系統(tǒng)的概念以及形成3D全息聲回放條件的要素，通過將3D全息聲與目前應(yīng)用相對普及的傳統(tǒng)環(huán)繞聲進行比較，突出3D全息聲在幻象聲源、空間定位、聽覺感受等多個方面的優(yōu)勢，體現(xiàn)該系統(tǒng)在現(xiàn)有回放系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，所能產(chǎn)生的在聽感及定位上的飛躍。[3]從回放系統(tǒng)算法、空間定位、波場合成原理等多方面討論3D聲音技術(shù)的實現(xiàn)效果和理論依據(jù)，對以下三種相對主流的3D全息聲音回放系統(tǒng)進行分析和比較。

(一)Barco Auro 11.1 沉浸式音響技術(shù)

Auro - 3D 11.1是由比利時Barco旗下的Auro Technologies于2005年研發(fā)的沉浸式音響技術(shù)，旨在將聽音區(qū)域細分成top-overhead(頭頂層)、Height-upper(30°仰角層)和Ear-Level(人耳水平層)，來塑造聲音從上至下的垂直感。該技術(shù)首先在音樂制作及回放領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)，在歐洲早期的一些所謂的“3D音樂現(xiàn)場”的CD中得以應(yīng)用，目前正在逐步向影院市場的聲音回放系統(tǒng)進軍，且技術(shù)實力不斷增強，許多影片諸如《超凡蜘蛛俠2》《Red Tails》《神探狄仁杰之神都龍王》等影片都應(yīng)用了其技術(shù)，并與盧卡斯電影公司、天行者音效公司(Skywalker Sound)等好萊塢一線電影制作公司緊密合作。Barco Auro 11.1打破了傳統(tǒng)的聲音回放系統(tǒng)方式如立體聲、5.1或7.1環(huán)繞立體聲的感念，[4]不但加強了在平面上的聲音縱深感，更讓聲音素材能實現(xiàn)在垂直空間上的移動和覆蓋，也就是其所謂“沉浸式音響技術(shù)”的感官實現(xiàn)關(guān)鍵。

圖1　Auro 3D 11.1沉浸式聲音效果圖示，來源：http://www.auro-3d.com

最為首先提出所謂“3D聲音”的機構(gòu)，Auro用更為直觀的方式——沉浸式來形容人在聲音包裹下的體驗。其Auro 11.1的音箱布局分別為Ear-Level(人耳水平層)——5只音箱(傳統(tǒng)的5.1環(huán)繞式音箱布局方式)；Height-upper(30°仰角層)——5只音箱；top-overhead(頭頂層)——1只音箱；再加上1只超低音組成的11.1的“3D聲音”系統(tǒng)。在電影《Red Tails》中，影片開頭就展示了一段飛行小組執(zhí)行空中攻擊任務(wù)的片段，利用該系統(tǒng)在頂部音箱布局的優(yōu)勢，展示了十分逼真的戰(zhàn)斗場面，飛機的定位也相對準(zhǔn)確，但唯一的缺點就是當(dāng)飛機從畫面底部出畫后，聲音定位的連續(xù)性就無法體現(xiàn)了，甚至在有些情況下，會給觀眾以利用低音音箱造成聲像定位模糊的錯覺。當(dāng)然本片的導(dǎo)演或者聲音設(shè)計師也刻意回避了這樣的畫面，卻忽略了聲音對于畫面的延續(xù)性是無法改變的，因此過渡也存在著局限性。當(dāng)然Auro 11.1只是其發(fā)布的最基礎(chǔ)版本，它可以向下變換至10.1和9.1，向上變換至13.1(適應(yīng)更大面積的電影院)，耳機版本的3D回放系統(tǒng)也趨于成熟。但是，這都只能解決耳平面加上頭頂部的聲音回放，對于耳平面以下的空間似乎還需要再度研發(fā)。

(二)Dolby Atoms 全景聲系統(tǒng)

杜比公司一直在影視的聲音制作和回放方面有著自己獨到的研發(fā)以及市場投放策略，Dolby Atoms 全景聲系統(tǒng)于2012年全面發(fā)布，雖然投放市場的時間較晚，但是基于其聲音技術(shù)的連貫性，以及其全球覆蓋度最廣的院線市場，Dolby Atoms全景聲系統(tǒng)得以在較短時間內(nèi)迅速占領(lǐng)3D全息聲在院線的市場。其技術(shù)在原有的Dolby Surround 7.1的基礎(chǔ)上，在影院的頂部增加了Celling層，實際上更加細化了聲音的回放層次。由于是在原有的基礎(chǔ)上的“升級”，在概念上實現(xiàn)了“3D”，通過原有的“環(huán)繞層”加上頂部的“Celling”層實現(xiàn)頭頂部分的聲音覆蓋。[5]通過這樣的設(shè)計概念，使其在院線的改造成本上大幅下降，市場化的速度和效率達到最大值。正是基于其在院線市場的統(tǒng)一性，也確保了在制作端完成的項目能在回放端(院線)得到相對一致的聽感體驗，這才是Dolby Atoms 全景聲系統(tǒng)最大的賣點之一。在其院線建聲的白皮書中，詳細規(guī)范了揚聲器數(shù)量、聲壓級、頻響曲線、頻響范圍等涵蓋了從環(huán)境聲學(xué)到電聲學(xué)的幾乎所有技術(shù)指標(biāo)和規(guī)范，沿襲了其“有產(chǎn)品，必有規(guī)范”的一貫作風(fēng)，也是杜比產(chǎn)品統(tǒng)一性的重要保證。其他品牌或廠商在這一方面就落后了好幾步。

從原理上看，杜比全景聲采用的是基于“聲道”(beds)+基于“對象”(objects)來制作和渲染輸出，這樣的流程更符合電影工業(yè)的流程和制作習(xí)慣。對于電影聲音制作人員來說，有著一定的制作習(xí)慣和模式。雖然現(xiàn)在強調(diào)“沉浸式”聽感體驗，但并不是所有的聲音都需要具備這樣的功能。比如在電影《星際穿越》中，主人公所處的太空環(huán)境自然需要處理為沉浸式的，在做環(huán)境效果(BG)編輯時，就需要將這一部分的聲音設(shè)置成(beds)作為“音床”使用，不需要占用對象(objects)部分的使用數(shù)量。提到“數(shù)量”的概念，在杜比全景聲系統(tǒng)中，對(beds)和(objects)的使用是有約束的?！癇eds”在9.1的模式下上限為10組，分別是L、C、R、Lss、Rss、Lsr、Rsr、Lts、Rts和LFE，“Objects”在Mono或Stereo格式下上限為118個(C for Mono，L&R for Stereo)，合計上限數(shù)量為128。因此，使用杜比全景聲的影片聲音設(shè)計師(Sound Designer)或聲音剪輯指導(dǎo)(Sound Editing Supervisor)在預(yù)混時就需要對軌道屬性及數(shù)量有提前規(guī)劃?；氐接捌缎请H穿越》，由于該片的語言(DX)部分在混錄上與以往影片有著明顯區(qū)別的是，需要根據(jù)畫面的變化而改變位置，語言不只局限在中間聲道(C)，會如畫面位置而改變。這就要求將語言元素作為“objects”單獨處理。當(dāng)然，另一方面也要求影院揚聲器的統(tǒng)一性，不只是在規(guī)格上的統(tǒng)一，更需要在比如音箱夾角、軸向偏離度等細節(jié)指標(biāo)上也具備一定的統(tǒng)一度，這也體現(xiàn)出其《院線白皮書》的重要性。

更為重要的是，一貫強調(diào)“體驗感”的杜比公司，已將“影院級”的聽覺感受迅速地引入普通家庭，通過早日普及的機頂盒和日益發(fā)達的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將這樣的感受“百分之百”地“復(fù)制”到家庭這樣的小單位中去，與“安橋”功放等客戶端服務(wù)廠商的合作，讓一部分家庭影院的擁有者先一步享受到杜比全景聲系統(tǒng)技術(shù)“個性化”服務(wù)的聽覺體驗。

(三)IOSONO 3D全息聲系統(tǒng)

IOSONO 3D全息聲系統(tǒng)是相較于以上幾種相對主流的3D聲音系統(tǒng)最早研發(fā)的，是由德國弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進會(FraunhoferGesellschaft)下屬的數(shù)字媒體技術(shù)研究所(Institut für DigitaleMedientechnologie)于2004年推出的最為全面的3D聲音回放系統(tǒng)。作為該系統(tǒng)的基礎(chǔ)的“波長合成技術(shù)”(Wave Filed Synthesis)并不是十分新鮮的技術(shù)，但IOSONO是率先將該技術(shù)實現(xiàn)到應(yīng)用層面的公司。通過“WFS技術(shù)”，可以準(zhǔn)確定位聲音在空間中的任意位置，通過對于“球面波”與“平面波”的精確控制，能使聲音元素在三維空間形成“聲聚焦”，將聲音“打”在觀眾所處的經(jīng)過設(shè)計的聽音區(qū)域內(nèi)的任意位置。

2013年，張軍的“水磨新調(diào)”3D全息音樂會成功實現(xiàn)了將實時的移動聲源的聲像位置，同步定位在舞臺。該場音樂會首次采用了將戲曲舞臺做成四方形，演員位于舞臺中央，而觀眾圍繞在四周的形式呈現(xiàn)。音響圈一共分為三層(水平層、中高層和頭頂層)，在張軍演唱曲目《長刀大工》時，小提琴演員從畫面的最下角進入舞臺(表演區(qū)域)中央，通過IOSONO的聲像定位技術(shù)，聲音十分精確地跟隨表演者的位置移動而移動。更值得一提的是，演出主角張軍的聲音位置也能隨著他的運動軌跡而實時改變：當(dāng)張軍正面朝向觀眾時，觀眾可以切實地感覺到聲音在其正前方出現(xiàn)，而當(dāng)張軍背對觀眾時，則能感覺到聲音到了背向的一側(cè)，這是其他3D全息聲音系統(tǒng)所無法實現(xiàn)的?！扒蛎娌ā睂τ诼曄穸ㄎ黄鸬搅酥陵P(guān)重要的作用，正是IOSONO基于延時的算法，可以使在不同平面上的音箱根據(jù)可設(shè)定的延時數(shù)值，令聲音在“觀眾區(qū)域”中的任意位置產(chǎn)生共振峰——也就是所謂的“聲聚焦”，完成聲音物體的精確定位。

除此之外，IOSONO基于延時的算法也能讓音箱產(chǎn)生“平面波”，使聲音在一定距內(nèi)以平面運動的方式傳達至觀眾區(qū)域，打破了“皇帝位”這樣的聽覺局限，消除了以往傳統(tǒng)的環(huán)繞聲無法克服的物理障礙。IOSONO 的3D聲音系統(tǒng)完全摒棄了以往對于“通道”的依賴，只基于“對象”的概念，在其最新的“core”版本中就可將音箱圈增多至5層，理論上音箱數(shù)量和聲音對象都沒有了上限瓶頸。這最大限度上解放了藝術(shù)家在創(chuàng)作時的壁壘，這項技術(shù)能更為廣泛地應(yīng)用于一些“聲學(xué)條件不佳的”或是“聲源回放條件不統(tǒng)一的”會展、裝置藝術(shù)、多維舞臺等強調(diào)互動的新型藝術(shù)形式中去，聲音創(chuàng)作者在創(chuàng)意“天馬行空”之后，也極大地保留了后期創(chuàng)作的余地。

三、結(jié)語

雖然以上三種3D全息聲系統(tǒng)是目前相對成熟，實際運用最為廣泛的技術(shù)，但是并不意味著這個新興的市場就被壟斷了，后起之秀依然層出不窮，大眾熟知的DTS(Digital Theatre System)公司在前不久也發(fā)布了自己的3D聲音制作及回放系統(tǒng)——DTS：X多維音頻技術(shù)，并在電影《火星救援》中得到了應(yīng)用，效果也得到了大眾的認(rèn)可。又如斯坦福大學(xué)電腦音樂與音響研究中心(CCRMA)研發(fā)的3D多聲道聲音傳播系統(tǒng)，以及其他一些市場認(rèn)知度不高的系統(tǒng)都在向這個市場靠攏?？梢娨院蟮穆曇粼O(shè)計和制作形式都將發(fā)生改變，可能會在以下三個領(lǐng)域最為明顯：聲音設(shè)計元素的改變、創(chuàng)作方式的改變及其他藝術(shù)工作者合作方式的改變。由于聲音出現(xiàn)的地方不再局限于環(huán)繞聲道，因此對于移動聲源來說，單聲道的聲音元素可能更加便于實際操作及后期的分布。立體聲的素材對于類似音效或是環(huán)境音響，對用戶來說就不再有原來的功能和效果，反而單聲道元素會使單一平面的細節(jié)更為豐富。如果使用Dolby Atmos來實現(xiàn)“沉浸式體驗”時，立體聲的素材就會顯得捉襟見肘。[6]不考慮通道而是更加關(guān)注聲源本身，將是聲音設(shè)計師需要轉(zhuǎn)變的創(chuàng)作態(tài)度。在和導(dǎo)演、攝影、演員及其他藝術(shù)工作者合作創(chuàng)作時，聲音設(shè)計將不得不被提前至腳本甚至是劇本構(gòu)想階段，而不是像現(xiàn)在的聲音從業(yè)者一味被動地要求將聲音設(shè)計前置考慮。這樣的技術(shù)發(fā)展，使得聲音這門藝術(shù)不再是以往的處于可有可無地位的“被動創(chuàng)作”，而是對故事本身、情節(jié)設(shè)置、轉(zhuǎn)場方式、現(xiàn)場調(diào)度等都具有了指導(dǎo)意義。如此，“聲音指導(dǎo)”這個工作崗位才能發(fā)揮其最大功能，不光是對聲音部門，更能對整個主創(chuàng)團隊的聽覺引導(dǎo)都起到不可或缺的作用。

參考文獻：

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[2]姚國強，赫鐵龍.挑戰(zhàn)與機遇——探析電影院數(shù)字環(huán)繞立體聲還音系統(tǒng)的現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代電影技術(shù)，2013(10):20-31.

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[6]張雪，劉達.全球數(shù)字電影發(fā)展與新技術(shù)應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代電影技術(shù)，2014(6):36-42.

〔責(zé)任編輯：高辛凡〕

中圖分類號：J933

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-6552(2016)02-00103-04

作者簡介：馬晟，男，碩士研究生。(中國美術(shù)學(xué)院3D音畫研究所，浙江杭州 310024)

基金項目：浙江廣播電視技術(shù)研究所2015年度科研項目：“3D全息聲音系統(tǒng)在視聽藝術(shù)中的應(yīng)用與研究”(150002)的成果。