CEDIA/CTA-RP22沉浸式音頻設計推薦規范要點分析一：家庭影院音頻系統設計相關標準要點
技術專業性與對影音行業的正確引導一直是我們關注的重點，自2008年起，《家庭影院技術》就率先引入美國THX HT家庭影院技術認證與ISF視頻技術認證培訓課程，隨后加入HAA與CEDIA系列專業技術培訓，大幅度提升了國內影音行業的整體技術水平，改變了國內長久以來一直停留在低技術層次、過分強調營銷的行業問題，同時也促使高端影音定制市場的崛起，讓國內的影音行業將焦點回歸到技術層面，促進整個影音行業發展。截至目前為止，我們已經陸續舉辦超過100場相關培訓，覆蓋中國內地、香港、澳門、臺灣、印度、韓國、泰國、新加坡、馬來西亞、印度尼西亞等地區。除此之外，《家庭影院技術》與影音中國在2015年共同建立CIT培訓學院，建立起全方位的影音技術、智能技術、企業管理、市場營銷與項目管理等方面的培訓課程體系。在前面兩期，我們分別介紹了CEDIA(Custom Electronic Design & Installation Association)定制電子設計與安裝協會在家庭影院音頻系統的推薦規范，并且詳盡報道了9月剛剛結束的CEDIA展會，分析了今年定制影音智能行業發展的總體趨勢。令人驚喜的是，在CEDIA 2023展會期間，CEDIA協會終于對外正式公布了備受矚目的CEDIA/CTA-RP22沉浸式音頻設計推薦規范細則，我們也終于可以對RP22推薦規范有了更加深入的了解。由于RP22推薦規范所涉及的內容眾多，我們將分開數期為大家分析當中所涉及到的關鍵要點。
RP22沉浸式音頻設計推薦規范，來自于R10技術規范專家團隊
在行業推薦規范方面，CEDIA針對全宅影音智能行業的特點，推出了多個不同領域的推薦規范指南。其中在家用領域就包含了音頻技術推薦規范、視頻技術推薦規范以及項目施工推薦規范等。更為重要的是，為了獲得更加權威的行業標準，CEDIA聯手CTA(Consumer Technology Association)美國消費者技術協會共同成了R10技術規范專家團隊。整個R10團隊由CEDIA協會技術與標準高級總監Walt Zerbe主持，共有超過130名行業技術專家參與，包括了SMPTE美國電影與電視工程師協會、DTS與Dolby公司技術專家、內容創作者等等。而RP22沉浸式音頻設計推薦規范的正式面世正是R10團隊在今年的重要之舉。阿強家庭影院歡迎您。
RP22推薦規范就提供了一個國際權威的沉浸式三維音效系統組建指引，同時強化了低音管理部分的設置建議、座位布局方面的建議等。更重要的一點，RP22推薦規范特別加上了影音從業人員十分關心的測量、調校以及項目交付要求等方面的內容，應用型更強。RP22推薦規范當中定義系統的性能目標，并不只是一個簡單的數值，而是設定了4個不同的等級，等級一為必須要達到的最低標準，等級2為高于最低標準但沒達到參考標準的水平，等級3為參考標準，等級4為超過參考標準，以便于定制安裝商對整個家庭影院音頻系統項目進行深入的評估與分析，以達到各種不同用戶的實際需求。
RP22沉浸式音頻設計推薦規范，匯聚了眾多國際組織的相關標準與行業專家經驗
RP22推薦規范是目前國際上專門針對家用沉浸式音頻系統設計的重要推薦規范，不僅僅匯聚了眾多行業技術專家的多年經驗，更收納了眾多國際專業機構與組織的相關標準，其中主要包括American National Standards Institute美國國家標準學會(ANSI)、American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers美國采暖、制冷與空調工程師學會(ASHRAE)、Audio Engineering Society國際音頻工程協會(AES)、European Broadcasting union 歐洲廣播聯盟(EBU)、International Electrotechnical Commission國際電工委員會(IEC)、International Organization for Standardization國際標準化組織(ISO)、International Telecommunications union , Radiocommunications sector國際電信聯盟無線電通信部門(ITU-R)、Society of Motion Picture and Television Engineers電影與電視工程師學會(SMPTE)、Dolby Laboratories, Inc.杜比實驗室、NewAuro BV (Auro-3D)以及Xperi Inc. (DTS)等。
主要參考的標準包括：
●ANSI/CTA-2034-A R-2020 — Standard Method of Measurement for In-Home Loudspeakers家用揚聲器的標準測量方法
●2019 ASHRAE Handbook — HVAC Applications空調暖通系統應用
●CEDIA/CTA-RP28 — HDMI System Design and Verification Recommended Practice HDMI系統設計和驗證推薦規范
●CTA/CEDIA-CEB23-B — Home Theater Video Design recommended practice家庭影院視頻設計推薦規范
●CTA/CEDIA-CEB24-A — Thermal Management for Electronic Systems recommended practice電子系統熱管理推薦規范
●EIA/ECA-310-E (Dec 2005) — Cabinets, Racks, Panels, and Associated Equipment機柜、機架、面板和相關設備
●ISO 14163:1998 Acoustics — Guidelines for noise control by silencers聲學——消音器噪聲控制指南
●ITU-R Recommendation BS.2051-3 (05/2022) Advanced sound system for programme production用于節目制作的高級音響系統
RP22沉浸式音頻設計推薦規范，所涉及的內容架構
RP22推薦規范涉及到的內容很多，當中包括Performance Level selection性能等級選擇、Seating layout座位布局、Speaker layout揚聲器布局、Speaker selection揚聲器選擇、Low frequency optimization低頻優化、Sound Isolation隔聲處理、Acoustical treatment聲學處理、Equipment selection設備選擇、Performance optimization性能優化。可以說，RP22推薦規范涵蓋了沉浸式音效系統構建與調校優化的方方面面。
沉浸式三維音效系統音箱布局可以認為由兩層組成：
●listener-level layer聽眾層，也就是地面層，音箱高度位于人耳高度，即包含前置、側環繞和后環繞音箱組成環繞聲系統。有時也被稱為耳朵聆聽層，用x.y.z中的x表示。一些非常高聲道數的標準和格式，也可以在聽眾層的前方聲場下方，包含一個高度更低的底層環繞聲系統。需要留意的是，在這個情況下，底層的聲道數量計算在聽眾層之中。
●upper layer上層是指位于聽眾層上方，用于呈現沉浸式音效的音箱。根據格式的不同，它們可以是與前置主音箱處于同一垂直平面上的高度音箱，也可以是頂置音箱。它們遵循在天花上的對齊安裝方式，并向下傾斜對準聽眾。這就是x.y.z中的z。上層音箱的位置在不同格式之間可能有所不同，同時對每個位置的稱呼也有可能不一樣。這個主要體現在Dolby Atmos、DTS:X Pro與Auro-3D三大技術制式之中。阿強家庭影院歡迎您。
●最后系統中低音炮的數量用x.y.z中的y表示。
以7.1.4系統為例子：
●第一個數字7代表的是在聽眾層支持discretely rendered outputs(獨立渲染處理)的揚聲器輸出通道數量。一般來說，包括前左、前中、前右、環左、環右、后環左與后環右通道。
●第二個數字1代表的是獨立的超低音通道，包括了LFE低頻效果通道與經過低頻管理分離后的低頻信號。需要注意，這并不一定代表低音炮的數量。
●第三個數字4，代表的是能夠支持的獨立渲染的上層音箱數量。
關于沉浸式音效系統系統數字方面有兩點需要注意的地方：
●如果是基于對象的沉浸式音效格式，比如杜比全景聲、DTS:X，每一個數字代表的是AV放大器或環繞聲處理器獨立渲染處理的通道數量，并不代表系統當中所采用的音箱數量。如果系統之中采用了音箱陣列，這些音箱實際上只是通過陣列的方式連接在單一獨立渲染通道上，那么仍然為1個通道。
●基于對象的沉浸式音效的AV放大器與環繞聲處理器只有一個獨立渲染的LFE輸出通道。那些聲稱支持超過1個LFE輸出的沉浸式音效系統，只是簡單地將單個LFE信號分離為多個輸出，同時有可能為每一路輸出加入額外的信號處理。 
當基于聲道制作的內容應用在沉浸式音效格式中的情況分析：
不少基于對象的沉浸式音效格式都支持基于對象與基于聲道的混合音效。這種情況往往會出現令人困惑的問題，特別是對于打造了一個大型沉浸式三維音效的用戶來說，發現在播放某些內容給的時候，某些揚聲器并沒有發出任何聲音，似乎沒有在“工作”。
舉個例子，音樂制作者往往會覺得使用活動的聲音對象來制作過于復雜，而只會使用傳統的聲道錄制方式。但是后期又很可能會封裝在基于對象的沉浸式音效格式之中，此時聲音信號依然鎖定在某幾個位置的揚聲器上。當一個9.1.6或11.1.8以上的大型系統，在重放7.1.4節目源時，會鎖定在12個揚聲器之中。因此，我們在處理器中要正確預設7.1.4的位置。
同樣，由于受到遠程控制、現場混音與制作的限制的現場運動賽事直播，在采用基于對象的沉浸式音效格式來傳輸的時候，往往會采用5.1.2基于聲道的規格。在這種情況下，只有7只揚聲器在廣播期間處于工作的狀態。當然，某些處理器可以通過上混的方式將環繞聲擴散到整個揚聲器系統之中，但是對于系統設計師與用戶來說，我們還是需要明白這些可能出現的情況。
RP22沉浸式音頻設計推薦規范，音頻性能目標
RP22推薦規范對高品質的音頻系統能夠達到的性能目標一共有8個方面，包括Dialog clarity對白清晰度、Localization accuracy聲音定位精度、Sound movement聲音移動、Sound field immersion and envelopment聲場沉浸感與包圍感、Tonal balance (timbre)色調平衡(音色)、Dynamic range動態范圍、Bass impact低音效果、Audience coverage聽眾覆蓋、Sound isolation隔聲。當中每一點與沉浸式音效系統設計相關的要點具體如下。
與Dialog clarity對白清晰度相關的系統設計要點：
●Speaker frequency response揚聲器頻率響應
●Speaker directivity index揚聲器指向性指標
●Speaker sound power揚聲器聲功率
●Speaker audience coverage揚聲器的聲音覆蓋范圍
●Speaker mounting and placement揚聲器安裝與擺放
●Room acoustics including direct to reflected sound ratio (D/R), reflection decay time, flutter echoes, and standing wave resonances室內聲學，包括直達聲與反射聲比值(D/R)、反射聲衰減時間、顫動回聲和駐波共振
●Background noise levels and spectrum背景噪聲等級和頻譜
與Localization accuracy聲音定位精度相關的系統設計要點：
●Number of discrete speaker feeds and corresponding speaker positioning獨立渲染的揚聲器數量和相應的揚聲器定位
●Audio format decoding and rendering capability音頻格式解碼和渲染能力
●Interchannel level calibration通道間電平校準
●Interchannel time synchronization calibration通道間時間同步校準
●Interchannel phase and accuracy of frequency range通道間相位和頻率范圍精度
●Speaker directivity index揚聲器指向性指標
●Speaker audience coverage揚聲器聲音覆蓋范圍
●Room acoustics, including reflection decay time and flutter echoes室內聲學，包括反射衰減時間和顫動回聲
與Sound movement聲音移動相關的系統設計要點：
●Number of discrete speaker feeds and corresponding speaker positioning獨立渲染的揚聲器數量和相應的揚聲器定位
●Audio format decoding and rendering capability音頻格式解碼和渲染能力
●Interchannel level calibration通道間電平校準
●Interchannel time synchronization calibration通道間時間同步校準
●Interchannel timbre, frequency and phase accuracy通道間音色、頻率與相位精度
●Speaker audience coverage揚聲器聲音覆蓋范圍
●Room acoustics, including reflection decay time and flutter echoes室內聲學，包括反射衰減時間和顫動回聲
與Sound field immersion and envelopment聲場沉浸感與包圍感相關的系統設計要點：
●Number of discrete speaker feeds and corresponding speaker positioning獨立渲染的揚聲器數量和相應的揚聲器定位
●Interchannel level calibration通道間電平校準
●Interchannel time synchronization calibration通道間時間同步校準
●Interchannel timbre, frequency, and phase accuracy通道間音色、頻率與相位精度
●Speaker audience coverage揚聲器聲音覆蓋范圍
●Room acoustics, including reflection decay time and flutter echoes室內聲學，包括反射衰減時間和顫動回聲
與Tonal balance (TIMBRE)色調平衡(音色)相關的系統設計要點：
●Speaker on-axis and off-axis frequency response揚聲器同軸和離軸頻率響應
●Speaker sound power response揚聲器聲功率響應
●Speaker audience coverage揚聲器聲音覆蓋范圍
●Speaker placement揚聲器擺位
●Reflection decay spectral balance反射聲衰減頻譜平衡
●Standing wave resonances駐波共振
●Digital signal processing (DSP) settings during calibration校準期間的數字信號處理(DSP)設置
●Quality and settings of spectrum analysis equipment頻譜分析設備的質量和設置
與Dynamic range動態范圍相關的系統設計要點：
●Speaker and subwoofer output sound pressure level揚聲器和低音炮輸出聲壓級
●Background noise in the room, due to ventilation, street noise, machinery, projector and equipment fans, etc., which can mask low level details and erode dynamic range房間內的背景噪音，包括通風、街道噪音、機械、投影機和其他設備風扇等，可能會掩蓋低級細節并削弱動態范圍
●Electronic noise or hiss in the equipment設備中的電子噪音或嘶嘶聲
●Poor sound isolation from adjacent noisy rooms較差的隔聲處理，鄰近嘈雜房間帶來的影響
●Excessive reflection decay time that smears dynamics and raises the perceived background
noise level 過高的反射聲延遲時間會影響動態，并提升可感知的背景噪聲等級
●Amplifier output power功放輸出功率
與Bass impact低音效果相關的系統設計要點：
●Subwoofer amplifier output power低音炮功放輸出功率
●Subwoofer(s) output sound pressure level (SPL)低音炮輸出聲壓級（SPL）
●Bass headroom of all speakers所有揚聲器的低音動態余量
●Subwoofer and speaker placement低音炮與揚聲器的擺位
●Standing waves / room modes駐波/房間模式
●Acoustical control of bass energy (wall damping, bass traps, etc.) 低音能量的聲學控制(墻壁阻尼、低頻陷阱等)
●Bass optimization, including calibration低音優化，包括校準
與Audience coverage聽眾覆蓋相關的系統設計要點：
●Speaker sound power response揚聲器聲功率響應
●Speaker dispersion揚聲器的聲音擴散特性
●Speaker count and placement揚聲器的數量與擺位
●Subwoofer number and placement低音炮的數量與擺位
●Standing wave resonances / room modes駐波共振/房間模式
●Calibration of frequency response, time synchronization, and levels頻率響應、時間同步和電平校準
●Room acoustics, including reflection decay time and flutter echoes室內聲學，包括反射衰減時間和顫動回聲
與Sound isolation隔聲相關的系統設計要點：
●Wall, floor, ceiling, and door construction墻壁、地板、天花板、門結構
●Ventilation systems with common paths to other rooms通風系統與其他房間有公共路徑
●Plumbing and other mechanical equipment that can conduct sounds and vibration管道和其他能傳導聲音和振動的機械設備
●Small flanking paths that leak sound, such as electrical boxes and conduit pass-throughs. 容易泄漏聲音的側面小路徑，例如配電箱和導管通道
RP22沉浸式音頻設計推薦規范，性能等級區分
RP22推薦規范在沉浸式音效系統的性能指標上與其他推薦規范不同的是，不只是設定一個等級，而是設定4個不同的等級以區分不同性能表現的沉浸式音效系統，讓設計師可以根據不同用戶的需求獲得一個更加出色沉浸式三維音效體驗。
Level 1等級1 – The minimum level of performance necessary to convey basic artistic intent.能傳達內容創作者意圖的最低性能表現
Level 2等級2 – A higher level of performance that more accurately conveys artistic intent.能夠更準確傳達內容創作者意圖的更高階的性能表現
Level 3等級3 – Meets or exceeds reference commercial cinema exhibition standards.達到或超出參考的商業影院放映標準
Level 4等級4 – The maximum level of achievable performance across every parameter.每個參數都能達到最高的性能要求
RP22推薦規范的性能等級分區，主要包括了三個重要板塊，分別是Spatial Resolution空間分辨率、Dynamics動態與Timbre音色。每一個板塊所設計的每一項內容如下。
Spatial Resolution空間分辨率
1. Minimum distance between the listening area and the room walls (meters, min) 聆聽區域與房間墻面之間的最小距離（米，最小）
2. Decoder/renderer capability and discretely rendered speaker configuration, excl. subwoofers (min # discrete speakers) 解碼器/處理器功能，以及獨立渲染揚聲器設置，不包括低音炮(最少的獨立渲染揚聲器數量)
3. Number of screen wall speakers allowed outside of recommended zonal locations 在推薦區域位置之外允許使用的屏幕墻面揚聲器數量
4. Maximum SPL difference between screen wall speakers (dB max) 屏幕墻面揚聲器之間的最大聲壓級差異（dB最大）
5. Maximum allowable horizontal angle between adjacent surround speakers (° max) 相鄰環繞揚聲器之間的最大允許水平角度（° 最大）
6. Maximum SPL difference between surround speakers (dB max)環繞揚聲器之間的最大聲壓級差異（dB最大）
7. Wide speakers maximum allowable horizontal deviation from median angle (± °) 寬揚聲器最大允許水平偏離中位角（±°）
8. Upfiring/elevation speakers allowed? (yes/no) 使用向上發聲/仰角的揚聲器嗎？（是/否）
9. Maximum allowable vertical angle between adjacent height speakers (° max) 相鄰高度揚聲器之間的最大允許垂直角度（°最大）
10. Maximum SPL difference between upper/height speakers (dB max) 上方/高度揚聲器之間的最大聲壓級差（dB 最大）
11. Number of surround/wide/upper speakers allowed outside of recommended允許的環繞/寬/上方揚聲器數量超出推薦數量
Dynamics動態
12. Screen Speakers SPL capability at RSP (dBC SPL, min & recommended) 在參考聆聽位置下屏幕揚聲器SPL能力（dBC SPL，最小值和推薦值）
13. Non-screen Speakers SPL capability at RSP (dBC SPL, min & recommended) 在參考聆聽位置下非屏幕揚聲器 SPL能力（dBC SPL，最小值和推薦值）
14. LFE frequencies total SPL capability at RSP (dBC SPL, min & recommended) 在參考聆聽位置下LFE 頻率總SPL 能力（dBC SPL，最小值和推薦值）
15. Background noise floor (NCB level, max and recommended) 背景本底噪聲（NCB 級別、最大和推薦級別）
Timbre音色
16. Seat-to-seat frequency response variance across all screen wall speakers 所有屏幕墻面揚聲器的座位間頻率響應差異
17. Seat-to-seat frequency response variance across all surround and height/elevation speakers (± dB, max) 所有環繞和高度/向上發聲揚聲器的座位間頻率響應差異（± dB，最大值）
18. In-room bass extension -3dB cut off frequency (Hz, min & recommended) 室內低音延伸 -3dB 截止頻率（Hz、最小值和推薦）
19. Frequency response below the room's transition frequency (± dB, max) 低于房間過渡頻率的頻率響應（± dB，最大值）
20. Seat-to-seat frequency response variance below the room's transition frequency 在房間過度頻率下的座位間頻率響應差異
21. Level of early reflections relative to direct sound (dB, min) 相對于直達聲的早期反射聲等級（dB，最小值）
RP22沉浸式音頻設計推薦規范，座位布局
在整個家庭影院的設計當中，座位布局是非常重要的部分，但也是最難的，主要原因在于空間限制與客戶要求，往往使得設計師很難實現完美的座位布局。RP22推薦規范對沉浸式音效系統中的座位布局有了相當詳盡的要求，首先會建議設計師咨詢客戶以下關于座位布局的相關問題：
●空間的使用方式有哪些？房間將用來做什么？比如說看電影、看電視、玩游戲、聽音樂、練習瑜伽、閱讀，和朋友一起看體育比賽等。
●該空間最常播放什么類型的影視內容，以及還有那些其他內容？
●房間需要容納多少人？如果空間不夠大，是否會考慮拓展空間以容納更大的觀眾？
●將使用什么類型的座椅？比如說專門的影院沙發、普通沙發或躺椅等？
●是否需要設置單獨的休息室？是否會有臨時座位？
●是否有包容性設計要求，例如為行動不便的用戶提供更加便利的設施等？
需要特別留意的一點，RP22推薦規范對于房間布局的建議，是在假設房間是矩形，并且墻面結構是均衡一致的情況下。為了讓觀眾享受到沉浸式的影音體驗，在這個空間之中始終至少預留一個主要的座位位置，也就是我們常說的皇帝位，也被稱為是RSP參考座椅位置。 
參考座椅位置(RSP)
RP22推薦規范關于RSP定義的出發點是根據CTA/CEDIA-CEB23-B家庭影院視頻設計推薦規范中的相關內容。而在真實設計案例之中，RSP是需要充分了解各種技術參數特點之后，包括畫面分辨率、亮度、對比度、屏幕尺寸和寬高比、內容寬高比等等，再通過仔細分析用戶的主觀觀看需求以及其對整個視覺效果的滿意度來決定。在墻面結構均衡的矩形房間之中，理想情況下，RSP應該位于中置揚聲器的垂直軸上，當中還要留意避開房間中央的過道。
聆聽區域
所謂聆聽區域是指能夠滿足影音娛樂需求的所有座位區域。具體來說，聆聽區域的定位是所有座位四周對角處聆聽者頭部相連的區域，以分析前后、左右的聲音感知。這個區域也是我們進行揚聲器擺位的重要參考對象。整個沉浸式音效系統所呈現出來的空間感與包圍感需要完全覆蓋整個聆聽區域。
座位間的一致性
設計沉浸式音效系統的其中一個主要目標是要實現座位間的一致性，具體來說就是每一個座位應該能夠達到RSP皇帝位的效果。不過要實現這個目標并不容易，需要通過房間、揚聲器布局來配置座椅位置的方式來實現。
座位與墻面之間的距離關系
當座位太過靠近墻面，這就會導致座位離環繞揚聲器的距離變得太近，從而導致了分散觀看注意力以及影響整個環繞聲場定位的主要來源。在這個情況下，整個沉浸式聲場就會不平衡，喪失包圍感。因此，強烈建議避免將一整排的座椅或沙發，直接靠著后墻拜訪。如果由于空間限制必需要將座位靠在后墻上放置，則建議完全不要使用后置揚聲器，畢竟這些位置上的揚聲器會非常靠近聆聽者的耳朵，也就是成為主要的聲源。側面環繞揚聲器是可以接受的。在這種情況下，5.1揚聲器的布局要比7.1加上上方揚聲器層的布局要更好。
任何座位離墻位置的建議最小距離用dsw（側墻距離）和dbw（后墻距離）表示，每個性能級別的相應值如上圖所示，等級1為大于0.5米，等級2為大于0.8米，等級3為大于1.2米，等級4為大于1.5米。 
避免零區
盡量避免將聆聽者的頭部放在低階（一階、二階和三階）軸向長度和寬度方向的駐波（也稱為房間模式）的零點處或附近。最終結果將取決于以下因素的組合：
●座位位置
●房間尺寸
●低音炮數量和布局
●室內低音吸收處理
●EQ優化
