任何關注音樂或電影的人都肯定都注意到，幾乎所有的流媒體上都有 "沉浸聲"、"空間"、"3D "或者至少"環繞聲 "一類的流行字眼。作為音頻內容制作者，我們需要了解創造出沉浸式音頻的原則，這一般被稱為 "多聲道 "音頻。我們花了數年時間來發展立體聲混音的技藝，完善聽覺技能，并為我們的立體聲監控系統精心打造高度精確的環境；但現在，我們一下子就得將監聽系統擴展到使用12個或更多的揚聲器……本文將為您解開多聲道系統的神秘面紗，幫助您理解監聽系統的設置和校準工作，以便在世界各地不同的播放系統上，從耳機、智能音箱到家庭影院系統，實現一致的聆聽體驗。
本文將重點介紹多聲道的音樂制作，但同樣的原理和技術也適用于電影、電視、甚至游戲音頻。最常見的多聲道音頻格式包括5.1和7.1環繞聲、Dolby Atmos、索尼360 Reality Audio、MPEG-H和Auro 3D。Atmos在音樂發行和流媒體方面處于領先地位，盡管360 Reality Audio也是具有影響力的存在。雖然有不同格式競爭的情況，但為了更加專注統一，我們將基于Atmos制定的標準上，但是這些原則同樣可轉化為其他格式的應用。
1. 多聲道揚聲器設置
立體聲音頻使用兩個揚聲器來呈現聲音輻射，而多聲道音頻則提供多個揚聲器包圍聽眾：從耳朵等高位，上方，以及某些案例中的下方揚聲器。傳統的5.1揚聲器系統包含五個位于聽眾耳朵等高的揚聲器，以及一個用于低頻的超重低音揚聲器（.1）。揚聲器被標記為左、中、右、左環繞、右環繞和LFE。7.1系統用左和右 "側環繞 "聲道來擴展這一概念。在一個大房間或劇院里，可能有多個側環繞揚聲器來覆蓋整個房間的長度，所以來自側邊的聲音并沒有精確的點位，而是一個 "區域 "的空間。這種類型的設置被稱為“基于通道”的（channel-based）混音。如果一個現代多聲道設置被命名為7.1.4，這意味著七個環繞聲揚聲器，一個低音炮和四個頂置揚聲器。同樣，".1 "低音炮是專門用于LFE通道的。
許多多聲道格式，例如Atmos，擴展了基于通道的系統，并增加了將聲音分配給一個對象（object）的功能，該對象可以被自由移動到空間內任何x、y、z坐標。聲音可以來自空間內任意確切定位的點，而不是直接把聲音送給“左側環”通道。x、y、z坐標始終代表聽眾周圍和上方的精確位置，無論實際房間大小。建議最低Atmos揚聲器設置包括12個揚聲器：左、中、右、左側環繞、右側環繞、左后環繞、右后環繞、LFE、左前頂部、右前頂部、左后頂部和右后頂部。這就是7.1.4，七個環繞聲揚聲器，一個LFE超低揚聲器，以及四個頂置揚聲器。Atmos揚聲器系統可以擴展到64個揚聲器，以覆蓋非常大的空間。在使用對象混音時，任何音軌或總線都可以放入7.1.2通道床（作為基于通道的混音）或分配到118個對象中的任何一個。這些對象包含元數據，告訴播放系統聲音應該來自空間的什么地方，無論房間的尺寸、揚聲器的數量如何。此外，Atmos為在較小的系統上播放多聲道混音提供了兼容性，如7.1、5.1、立體聲，甚至是具備或不具備雙耳處理的耳機。特定房間的播放系統，會智能地處理音頻發送到該房間內揚聲器系統的方式。
2. 房間設置
在Atmos中針對音樂混音的工作室設置實例非常全面而且相當簡單。揚聲器（至少7.1.4，建議9.1.4或以上）都應可回放全頻域音頻（40 Hz至18 kHz，±3 dB），每個揚聲器應可在聆聽位置產生85 dB SPL，并有超過20 dB余量。低音炮應能處理31.5赫茲至150赫茲。對于商業音樂工作室，杜比建議使用一個專用的LFE低音炮，以及補充主揚聲器低頻的額外低音炮。當低音炮被用作主揚聲器系統的一部分時，該系統被稱為經過 "低音管理" 的，你的監聽控制器應該為低音管理和全頻揚聲器系統提供分頻控制和路由選項。大多數典型的工作室應具有足以容納Atmos環繞聲系統的面積尺寸，杜比推薦的揚聲器布局尺寸從3.5m x 3m x 2.4m（長x寬x高）到6.4m x 5.5m x 3m（11.5' x 9.8' x 7.9' 到21' x 18' x 9.8' ）。
揚聲器的幾何形狀和與混音位置的距離可以基于等距（圓形）或正交（矩形）布局。同樣地，房間應盡可能地對稱設置，但聽者與前部或后部揚聲器之間的實際距離可以有一定的差異，監聽系統將根據房間的具體幾何形狀進行校準。請記住，對于混音室，通常只會有一個最佳聆聽位置，且同時是立體聲和多聲道系統的最佳聽音點。與耳朵等高揚聲器的位置和它們相對于聽音點的角度如下圖所示。上層揚聲器被設置在聽音點的外側45度并向前或向后傾斜45度。Atmos系統遵循ITU-R BS.775.3規范，該規范允許因部分實際原因（如門或控制臺）而在揚聲器位置上有輕微變化。
Dolby Atmos 9.1.4音樂設置的正交房間布局。圖片來自杜比的技術指南
Atmos推薦的揚聲器設置與許多其他環繞格式兼容。然而，Auro 3D增加了一個被稱為 "上帝之音 "的頂部揚聲器層（高于上層揚聲器），而360 Reality Audio增加了一個下揚聲器層。如果你正在為Atmos設計房間，請花些時間閱讀杜比Atmos音樂室的最佳實踐：
https://dolby.my.salesforce.com/sfc/p/#700000009YuG/a/4u000000lFIV/YHgXgrJVKAcelcXkD.DnlRUBZU1CqEMGDKweLRpuu98
并嘗試家庭娛樂杜比音頻房間設計工具：
https://professionalsupport.dolby.com/s/article/HE-DARDT-Quick-Start-Video-Series?language=en_US
這是一個電子表格工具，允許你使用常見品牌的監聽音箱或自定義配置建立一個特定的房間布局。
關于Atmos音樂工作室的完整建議可以在這里找到：https://dolby.my.salesforce.com/sfc/p/#700000009YuG/a/4u000000lFIV/YHgXgrJVKAcelcXkD.DnlRUBZU1CqEMGDKweLRpuu98
關于更多多聲道和沉浸聲音頻格式的比較，請看來自Genelec的沉浸聲中心：
https://www.genelec.com/immersive-hub
用于混合索尼 360 Reality Audio推薦揚聲器設置的頂視圖和側視圖，這需要至少13個揚聲器，包括3個下層揚聲
現在我們對所需的揚聲器類型和監聽音箱的擺位有了一些準則。需要注意的是，必須對揚聲器的響度、頻率響應和相對于混音位置的時間差進行校準。我們還需要一個便捷的方法來同時控制所有揚聲器的音量。
3. 監聽控制
小型音樂工作室的多聲道系統需要對至少12個揚聲器進行監聽控制，也許還有耳機和輔助監聽揚聲器。較大的房間可能需要對多達64個揚聲器進行監聽控制。監聽控制的選擇范圍從純軟件解決方案到復雜的硬件設備，但即使是最簡單的Atmos設置也需要一個至少具備12個輸出的音頻接口。如果你愿意或預算有限，可以用Dolby Renderer應用程序或甚至DAW中的監聽音量推子來控制揚聲器的音量/衰減/靜音。Cubase和Nuendo的多聲道監聽控制部分設置得特別好。甚至SoundID Reference for Multichannel中的音量推子也可以作為你的監聽音量控制器。
Dolby Atmos Renderer應用程序。右上角的黃框部分標明了揚聲器控制部分，左上角的黃框表示可用的揚聲器布局
有些人對基于軟件的音量控制持謹慎態度，并認為使用硬件監聽控制器更舒服。到目前為止，只有少數監聽控制器是專門為多聲道設置設計的，包括AVID、Focusrite、Genelec、Grace、JBL、Merging Technologies、NTP和Trinnov。這些品牌提供揚聲器控制和校準的DSP處理功能。其他設備，如Merging Technologies和MOTU接口，可以由用戶配置，從一個音量旋鈕控制多個揚聲器輸出，并提供不同程度的監聽校準。通常多聲道硬件監聽控制器至少要花幾千美元，特別是如果你喜歡與專用混音控制器（如EUCON控制器）整合的話。
4. 揚聲器校準
對于多聲道揚聲器系統，我們需要對每個揚聲器的頻率響應、響度和延遲進行精確校準。如果所有揚聲器的時間（相位）或頻率響應不匹配，聲音從多個揚聲器播放時便可能會受到梳狀濾波的影響，聽起來不自然、不準確，或者在聽音點的聲場效果不佳。如果每只揚聲器的響度沒有被校準，那么你的三維聲混音亦不能良好地在其他系統中回放。
對于響度校準，杜比建議除LFE外的每個揚聲器都被校準為：在聽音點獲得相同的響度。粉噪發生器配合一個聲壓計，或掃頻+測量軟件都可以用來測量每只揚聲器的輸出。對于大型混音室，播放-20dBFS粉紅噪聲應能使每只揚聲器產生85dB SPL（C-加權，慢速）。用于LFE通道的低音炮在其頻率范圍內應有89至91.5dB SPL的輸出，而用作低頻管理的低音炮應在其他全頻揚聲器靜音的情況下具有79-81.5 dB SPL響度輸出。對于較小的家庭工作室和制作間，你可以考慮將所有建議的聲壓級降低6dB。沉浸聲混音往往相較于立體聲混音，在稍大的監聽電平下更舒適。
對于校準每只揚聲器的頻率響應工作，我們建議使用掃頻信號以及可以創建測量圖的軟件，盡管某些方案使用粉噪和RTA測量。像SoundID Reference Measure、Room EQ Wizard和Smaart這樣的軟件可以作為完整的解決方案來測量每個揚聲器的響度、頻率響應和延遲。例如，SoundID從監聽位置周圍的幾個位置測量每個揚聲器，并生成一個多通道校正的配置文件，然后導入SoundID插件中。SoundID和Room EQ Wizard都允許你將測量結果導出到某些內置DSP的監聽控制器中。一些硬件監聽控制器，包括Genelec、JBL、MiniDSP和Trinnov，均提供部分內置的測量和房間校正工具。
播放并捕捉脈沖響應或短促的響聲是校準每只揚聲器延時設置的必要步驟。我們可以通過 DAW 手動播放節拍器聲，并用置于聽音點的麥克風錄制改節拍器聲響來完成這一步驟。我們需要為每只揚聲器單獨進行測量，以便之后在DAW中計算延遲時間。這些延時需以某種方式應用到每只揚聲器的輸出，比如通過監聽控制器的內置DSP，或通過杜比的Atmos Mastering Suite軟件（比較昂貴）。SoundID Reference可測量揚聲器延遲（實際上是相位響應），并將時域校正作為其生成的多聲道校準配置文件的一部分。Genelec、JBL和Trinnov監聽控制器也在其房間校正處理中具備時域校正。
雖然杜比軟件和一些硬件監聽控制器提供了一些房間校正功能，但SoundID Reference for Multichannel可測量從立體聲到9.1.6系統的響度、頻率響應和延遲。測量覆蓋了聽音點周圍的一個舒適甜蜜點區域，并生成校準配置文件。這個配置文件可以保存并導入DAW中的SoundID插件，或者可以從SoundID導出到幾種硬件監聽控制設備，包括帶有SPQ卡的DADman接口、AVID MTRX Studio、Merging Technology的接口、Jones-Scanlon工作室監聽音箱以及Dolby Atmos Renderer Mastering Suite。因此，這里有幾種校準方案可供選擇，這取決于你的預算，以及哪種類型的監聽控制方案更符合你的工作流程。
5. 多聲道房間的聲學處理
數字化房間校正是必要的，但應在房間經過聲學處理與優化后進行。現在我們都應該熟悉立體聲工作室的聲學處理；而多聲道房間的處理則會稍微復雜一些，因為聲音來自房間的多個方位，而且兩個以上的揚聲器（通常面對面）可以發出相同的聲音。延時對齊、響度校準和電平匹配對于一個監聽系統的準確性具有很大作用，但先讓我們看看一些主要的聲學處理因素。
靠近墻壁或天花板的揚聲器的一個主要問題是揚聲器的邊際干涉（SBIR）。當揚聲器的低頻到達臨近的墻壁/天花板并產生反射時，會對從音箱前方發出的特定狹窄范圍低頻產生抵消作用，這便是邊際干涉。對于立體聲監聽，我們可以通過以下三種方式來緩解音箱的邊際干涉：（1）在檐下安裝揚聲器；（2）將揚聲器靠近前墻，并對前墻進行處理以吸收低至約150Hz的低頻；（3）將揚聲器放在距任何墻面2米或更遠的地方，以將邊際干涉頻率降低到很低的頻率。即便在3.5×3×2.4米的房間里，我們也應至少使用以上一種或多種解決方案對房間進行處理。
作為邊際干涉的一個例子：安裝在非常靠近墻壁和天花板的揚聲器需要在它們背后做至少 10 到 15 厘米（4 英寸 – 6 英寸）的聲學處理，以適當吸收低至 125 赫茲的能量。如果沒有聲學處理，一只揚聲器正面距墻或天花板60厘米（24英寸），將會在140赫茲左右產生一個問題凹陷。移動該揚聲器，使其正面離墻只有30厘米（12英寸）時，則會將抵消頻率提高到280Hz，這就變成一個更容易處理的問題了。因此，在小房間里，建議對墻壁進行10厘米（4英寸）的吸聲處理，并將揚聲器盡可能地靠近墻壁。
靠近墻壁、天花板或角落的揚聲器所造成的空間負載，與其說是聲學問題，不如說是低頻鋪張問題，通過EQ修正揚聲器的頻率響應便可以解決。空間負載問題是揚聲器在房間里少數幾個可以輕松解決的頻率響應問題一，用一個簡單的擱架均衡即可。
關于時域對齊，即延時問題（如前所述），我們應確保從多個揚聲器發出的聲音到達聽音點時相位一致。此外，建議在揚聲器系統中使用同一系列的揚聲器。為了獲得最具凝聚力的聲音印象，左、中、右揚聲器應該是相同的，所有的環繞揚聲器，以及所有頂置揚聲器也應如此。例如，SoundID Reference甚至可以將不匹配的揚聲器正確對齊，但所有的揚聲器使用相同的型號，會產生最具凝聚力的聲場。
對于多聲道系統，和立體聲系統一樣，混音或制作間在所有頻率上的衰減時間（T20）應保持均勻，一般在150ms到250ms之間。對于多聲道系統，由于揚聲器面向所有方向，應均勻地在房間內四周進行寬頻率吸聲處理。為減少邊際干涉造成的頻率抵消，在每只揚聲器周圍進行低頻吸聲處理是有必要的。除了大型多聲道工作室以外，擴散器都不是必要的，因為房間內周圍都有聲源，這個聲場只應屬于這個回放系統。多聲道房間內最后一個考慮因素，是盡可能多地在地板上鋪設地毯。因為頂層揚聲器均指向地面，側面的揚聲器也需要考慮到地板反射的問題。
對于立體聲系統中的低音炮位置，通常需要反復試驗才能找到合適的位置，使低音炮與主揚聲器相匹配，而不會產生破壞性的駐波。對于多聲道系統，我們可能需要一或兩只低音炮來補充水平層揚聲器，以及另一只（或兩只）低音炮來補充頂層揚聲器。鑒于安裝頂置揚聲器的可行性限制，這些揚聲器往往具有更多頻寬限制，因此通常建議使用低音炮來補充它們的輸出。該低音炮很可能置于距天花板至少2.5米的位置，并且與四個頂置揚聲器的距離不同。我們如何調整這一只或兩只低音炮，使其與頂置揚聲器發揮良好的作用？分頻點設置在80Hz或更低頻率下的低音炮基本上不容易被定位，但它們仍可能與不同的頂置揚聲器有明顯不同的相位差。我的建議是避免使用與頂置揚聲器相關聯的低頻管理超低音箱，而是想辦法使用全頻頂置揚聲器。
與立體聲混音和母帶處理的空間一樣，正確理解多聲道混音并確保混音在其他播放系統中正確回放的關鍵是設置好混音室，使其具有平直的頻率響應，和所有頻率范圍上相似衰減時間。在多聲道空間里處理低頻的方式可能更加關鍵，因為更多揚聲器被放置在靠墻和靠近角落的地方，那里肯定會出現激勵。多聲道混音令人興奮的部分原因在于它們會產生更大的動態，這增強了瞬態的感覺，并由于房間內全頻揚聲器的數量，低音的存在感更加明顯。然而，由于多聲道空間提供了極為寬廣的動態范圍和清晰度，用耳機來驗證混音是很重要的。無疑的是，大多數聽眾會通過流媒體服務通過耳機聽到混音，所以我們有必要驗證我們的混音在無論是否具備雙耳渲染的情況下都能很好地在耳機中回放。
6. 平坦的聲音和目標曲線
一個混音作品在不同空間之間回放的轉換始終是一個問題，杜比公司在電影播放方面已經很好地解決了這個問題。在混音階段，劇院發行的電影需要用 "X-curve "目標曲線進行校準。這個X-Curve曲線的開發是為了考慮到影院的大小和聲學環境，以及聽者（混音師）與揚聲器的距離。對于立體聲音樂，混音師和母帶工程師傾向于選擇中性或平坦的頻率響應，以便能夠很好地在典型的客廳家庭立體聲系統中回放。杜比全景聲音樂工作室最佳實踐文檔推薦將 "杜比全景聲音樂目標曲線"(Dolby Atmos Music Target Curve) 用于全景聲混音的商業音樂。該目標曲線考慮到了近場混音環境以及混音如何在典型的家庭立體聲環境中回放。
杜比建議嚴格遵守目標曲線，盡管許多混音師認為杜比全景聲音樂曲線與他們習慣的目標曲線沒有明顯區別。 SoundID Reference提供的目標曲線已在專業全景聲混音室中驗證過，可以提供杜比全景聲音樂曲線。另一方面，索尼360建議在音樂混音中采用平坦的頻率響應。基于這些不同標準，SoundID Reference允許用戶在杜比目標曲線和平坦目標曲線之間快速切換。
杜比全景聲音樂目標曲線與SoundID Reference中顯示的平直曲線比較。用戶只需點擊一下鼠標，就可以在平直目標和
杜比建議對聽音點周圍的空間進行平均測量，SoundID進行37次空間測量并取平均值，得出其校準曲線。SoundID Reference for Multichannel允許你在平坦的目標曲線、杜比全景聲音樂曲線或任何其他你想使用的自定義曲線之間輕松切換。如果你要把SoundID校正曲線導出到硬件設備上，比如AVID MTRX Studio，你可以選擇導出任何你喜歡的曲線。
結論
設置多聲道音頻系統似乎是一項艱巨的任務，但通過采用適當的聲學處理、揚聲器相位對齊和校準，您可以獲得出色的監聽環境，可以很好地轉換至其他多聲道回放系統中播放。消費者用戶的多聲道回放系統往往會與典型混音系統環境截然不同，這種差異要比立體聲系統更多。因此，搭建一個準確一致的混音環境是很重要的。即便如此，也要在工作室之外多種不同系統上評估你的混音。這個過程，至少會在你開始進行多聲道混音時，提供重要的反饋信息，以便讓你的混音在經過校準的房間里聽起來足夠好，也能在消費者播放系統和典型的家庭環境中得以出色的還原。
