杜比立体声系统

AC-3与杜比环绕声AC-3系统
AC-3是DVD中的音频标准，它支持5.1声道的环绕立体声，即包括L（左）、R（右）、C（中）、LS（左后）、RS（右后）及一个0.1声道的重低音，此重低音声道频带较窄（3---120HZ），所以为辅助声道，称为0.1声道。
AC-3是一种数字编码方式，是一种柔性的音频数据压缩技术。现在最常见的另一种使用数字编码的节目源是CD唱片。CD唱片的数字音频编码方式为16bitPCM方式，采样频率为44.1kHz。由于这种编码方式所产生的数据量太大，存储和传输都既不方便也不经济，有时甚至是行不通的。例如：对于电视广播来说，数据传输速率越高，每套节目所需的频宽就越大，在频带资源日趋紧张的今天，过宽的频带是不能允许的；又如：对于有形载体（激光碟、磁带等），每种载体的记录密度都是有限的（受当时技术发展程度的制约），增大数据量就意味着缩短节目长度。一张CD唱片的容量约为680MB，可以容纳约1小时的双声道PCM数字音频节目，节目容量将降为20分钟左右，如果用来装载未经任何压缩的数字视频信号，节目容量将降至数十秒，这当然是没有任何实用价值的。因此需要开发一种新的编码方式，它应该使用较少的数据量，而又不会导致音质的主观听感有明显的下降。这种编码方式被称为“感知型编码（Perceptual Coding）”，它以心理声学原理为基础，只记录那些能被人的听觉所感知的声音信号，从而达到减少数据量而又降低音质的目的。
AC-3把整个音频频带分割成若干个较窄的频段，各频段的宽度并不完全一样，因为人类的听觉对不同频率的声音具有不同的灵敏度。由于有用信号被划分成狭窄的频段，编码噪声的滤降问题就比较容易，这是因为对于每个频段来说，该频段以外的所有信号可以全部被滤除掉而不会损伤有用的信号。滤除了多余信号后的剩余噪声信号频率与有用信号的频率非常接近，再通过掩蔽效应（一条心理声学原理：较强的声音信号可以掩蔽临近频段中较弱的信号。换言之，如果在某一频段中出现了一个较强的信号，那么该频段中所有低于某一门槛值的信号都将被强信号掩蔽掉，成为人耳不可闻的信号，滤除这些微弱信号将不会对音质产生不良影响。）将其滤除。可见AC-3编码系统是一种非常有效的减噪系统。这些被分割成狭窄频段的多路数字音频信号最终还需被合成一路完整的全频带信号，但每一个频段所占有的数据量并不是平均分配的，编码器内部有一个“听觉掩蔽摸块”，可以模拟人的听觉掩蔽效应，它能根据信号的动态特性来决定：在某一时刻数据量应如何分配给各频段才是最合适的。频谱密集、音量大的声音元素应该获得较多的数据占有量，那些由于掩蔽效应而听不到的声音则少占用或不占用数据量。掩蔽模块和数据量分配技术是获得高效率的关键技术，它能够使有限的数据量携带更多的有效声音信号，也就是意味着更好的音质。
从技术角度来说，AC-3的动态范围至少可以达到20bit的水平，频响范围为20Hz-20kHz±0.3dB(在3Hz及20.3kHz处为-3db)，低音效果通道的频响范围为3---120 Hz±0.3dB（在3Hz及121 Hz处为-3dB）。采样频率可为32kHz、44kHz 或48kHz，比特率是可变的，最低为32kbit/s （单声道方式），最高为640kbit/s，典型值为384 kbit/s（5.1声道家用数字环绕声系统）和192 kbit/s（双声道立体声系统）。由此可以看出，它能适应多种不同的需求。
在音频处理技术上，杜比环绕声是人们所熟知的，杜比环绕声系统主要有三种，一种是普通的杜比环绕声系统，只有3个声道（L、R、S）；一种是杜比定向逻辑环绕声系统，有4个声道（L、R、C、S）；一种是杜比环绕声AC-3系统，有6个声道。前两种系统是以2声道的声音设备来处理4声道的声音矩阵编码处理法，属于模拟信号处理方式，而第三种是采用了数码AC-3压缩技术。

家用THX环绕声系统
美国噜卡斯公司在杜比定向逻辑解码器的基础上推出了THX(电影院高保真音响重放系统),THX的目标是使影院中重放声正确地达到录音棚制作时的音响效果,图D4为一THX系统的框图,可看出它与杜比系统的差别主要在于应用了一个称为"THX控制中心"的单元电路,通过图D4我们可清楚地看出它与杜比系统的关系和联系了,THX系统使用的软件与杜比系统相同,因而其中必然有杜比解码器,两者区别在于THX系统对杜比解码后的信号作了进一步的加工处理,目的在于精确补偿空间的声学特性,校正主声道与环绕声道间音色上的不平衡等,从而保证杜比编码的声源节目能得到最忠实的重放.


数码声场重建系统--DSP(三维立体声系统)
这个系统的基本目标是要让人在家庭条件下听到的声音信息与现场听到的"一模一样".室内声音无非就是由直达声和反射声组成,然而由于它们在时间,方向和强度等方面千差万别,在现场听到的声音就变得十分复杂,要重建这些声场就必须须掌握上述声场的定量数据.只要了解各反射声的定量数据才能用电声手段把它模拟出来,首先根据某音乐厅形体数据和它的各个界面材质建立相应的数学模型,然后确定好声源位置和一定范围的聆听区,运用几何声学中的声线法可以作出声源在厅内的各次反射声的路径,便可求出通过聆听区的反射声的方向和强度,根据各次反射声的时间间隔便可得到反射的时间序列,这样便获得原始声场的特征数据.接下来用计算机模拟所得的数据,运用延时放大器和扬声器阵列利用声源中的直达声信号通过控制各延时器的延时量来模拟各次反射声方向和强度与各反射声的先后从而重建一个相似的声场.所以一些高级具DSP功能的AV功放内部就储存有十多种不同环境的声场数据,通过与杜比环绕系统配合营造出十多个声场模式.注意这是所输入的声源信号还是模拟信号,所谓数码的意思是指各声场模拟数据在出厂时就由厂家将这些数据以数码形式储存在相应的控制芯片上,当调用这些数据时,这些数据就会控制各辅助放大器的音量,延时量从而建立起相应的声场效应.
通过以上介绍,我们可知DSP的原理并不复杂,它的优点是对声源没有特别要求,但它的不足之处是不能反映声源本身的演奏环境.