杜比耳机技术详解

 

　　中心议题：

　　声场传播与接收原理

　　耳机">杜比耳机工作原理

　　杜比耳机的应用领域

　　解决方案：

　　使用功能强大的数字信号处理技术

　　虚拟创造出多达五个虚拟扬声器

　　杜比耳机（Dolby Headphone）并不是一个耳机，而是一种信号处理系统，通常安装在声音播放系统中，比如音响设备，或者飞机上的声音系统。使用杜比耳机技术后，立体声耳机能够产生逼真的模拟五只扬声器回放系统所产生的音响效果。我们知道非标准环绕声系统是在双声道立体声的基础上，不增加声道和音箱，把声场信号通过电路处理后播出，使聆听者感到声音来自多个方位，产生仿真的立体声场，杜比耳机就是一种使用了非标准环绕声技术。

　　当你通过立体声音响或者家庭影院系统欣赏节目时，你的耳朵所听到的既有直接来自每个扬声器的声音，也有由房间内各物体的表面和家具所造成的多重声反射。来自每个扬声器的声音在到达你的耳朵之前，它已经获得了独特的声音信息。这些声音信息将房间的大小和声学特征、扬声器的位置和原始声音的空间属性等信息集中在一起反映给大脑。凭借强大的数字信号处理技术，杜比耳机技术会在每个声轨上给立体声节目赋予两个声音标记，给环绕声节目赋予了多达五个声音标记，每个声音标记对应于精心布置的声学环境中正确摆位的相应扬声器。换句话说，杜比耳机技术能在一个虚拟的房间中产生多达五个虚拟的扬声器。而超低音信号（5.1声道中的".1"低频效果声道）则平均地混入左、右声道。这种处理技术将所有的这种信息整合在两个编码声道中，通过传统的立体声耳机分别传到你的每只耳朵。这样一来，聆听的感受就要自然得多，你会觉得声音来自于外部。

　　<一>扬声器与耳机

　　当某一立体声系统每个扬声器传出的声音到达你的内耳时，它包含了一整套空间信息，分别由房间的建筑声学条件及你头部和外耳的生理特征共同作用产生。这些信息使你的大脑能够将声音定位，并将其体现为一个声场概念，它仿佛能将表演者排列在你的面前，就像在音乐会上一样。（参见图1）

　　而耳机则是将声音直接送入你的耳朵，全无任何像扬声器回放产生的那种空间信息。其结果是在你的两耳之间形成一条不自然的直线型的声场。

图2传统的耳机收听

　　左右声像直接出现在你身边，而中间声像则会出现在你的头部内。这种"脑内"效果是非真实的，并且会导致听者的疲劳。要通过耳机来刻画令人信服的双声道立体声已经具有极大的难度--对于通常需要使用五只扬声器来还原节目的环绕声而言，那更是一种挑战。多重扬声器家庭影院系统不仅象立体声系统那样将立体声像排列在你面前，而且还将你融入音响氛围之中，使你在欣赏电影电视时有"身临其境"的震撼感觉（参见图3）。

图3多声道环绕声重放

　　杜比耳机如何工作

　　当你在收听立体声或多声道家庭影院系统时，你的双耳会同时接收直接来自各扬声器的直达声和来自房间表面及家具的多重反射声（如图4所示）。

图4扬声器直达声和房间反射声混合示意

　　这种直达声和反射声的混合情况对于该系统中的各个扬声器来说都是不同的，取决于它的位置以及你自己的位置。

　　在到达你的双耳时，来自各个扬声器的声音均具有独特的特征，所有声道的特征合在一起，就能让你的大脑感受到诸如房间的大小和建声条件，扬声器位置以及原始信号中所包含的空间信息。

　　使用功能强大的数字信号处理技术，杜比耳机能为各声道的原始信号--立体声节目上两个声道，环绕声节目上多达五个声道--用电子方式添加特征，该特征来自于在一个精心设计的声学环境中正确摆放的一只对应位置的扬声器。换而言之，杜比耳机在一个虚拟的房间内创造出多达五个虚拟扬声器。

　　处理器将所有这些包含各声道"特征"的多声道信号信合并在两个编码声道中，也就是说当这两个声道的信号通过传统立体声耳机送入你的双耳时将含有来自各个虚拟扬声器的直接和反射声音的特征总合（参见图5）。因此，听觉感受会更加自然得多，声音仿佛出现在"脑外".

图5用杜比耳机收听

　　多达3个"听音室"参数选择

　　凭借其独特的工作方式和功能强大的信号处理过程，杜比耳机具有多达3种不同的重放模式来模拟相应的真实房间的声学特性：

　　DH1是一种小型的混响良好的房间，同时适用于电影和音乐录音的回放。它是杜比耳机的"参考房间",并且在所有带有杜比耳机功能的产品上均有提供。

　　DH2是一个更"活"（或混响较强）的房间，特别适合欣赏音乐。

　　DH3是一个较大的房间，更象一个音乐厅或电影院。

　　DH2和DH3为可选的，而不一定由某些杜比耳机产品所提供。在那些同时提供这三种模式的产品上，你能在它们之间轻易转换来选择一种适合某一特定节目种类以及满足你的个人偏好的模式。

　　其它优点

　　杜比耳机适合所有听众；毋须进行个性化或用户专门调整。

　　如同扬声器一样，基本音质随着耳机质量的提高而改善。但即使是一些不太昂贵的耳机也能够提供出色的杜比耳机效果。

　　与使用传统耳机收听不同，你可以长时间地使用杜比耳机。其对声音的自然外置化处理，并且免除了回声、渲染及其它一些人为影响，使它能限度地防止听音者疲劳。

　　你总是占据"房间里的听音座位",因为你听到的声音效果与诸如实际房间音响条件，扬声器放置和收听位置之类的可变因素无关。

　　杜比耳机的应用领域

　　杜比耳机技术可以内嵌在数字信号处理（DSP）芯片中，也可以应用在家庭影院系统、数字电视、个人电脑和便携式设备所用的软件中，便携式设备通常只使用耳机。特殊的专用集成电路（ASIC）设计的成本要低于通常的DSP解决方案，但是性能方面却毫不逊色。这样一来在任何时间、任何地点您都可以享受高品质的影院风格的环绕声，而不会打扰家人和邻居。

　　杜比耳机技术同样可以对节目内容进行编码以应用在某些只能提供耳机这一种播放选项的环境中。种利用这种技术特性的环境是飞行中的娱乐：现在有几家国际航空公司给顾客提供看电影时的杜比耳机环绕体验而无需给飞机增加任何设备。这是通过特殊的飞行版电影而实现的，这些电影的特点是有以杜比耳机技术编码的音轨。

　　从一开始设计时杜比耳机技术就包容了所有可能的音频格式。传统的立体声、杜比环绕声和5.1声道数字节目都能通过这种技术的改造而增强其音效。如此一来不管什么样的节目，从5.1声道DVD到立体声MP3,都能通过任何一副传统的立体声耳机给您带来更加自然的、久听不疲的聆听感受。