家庭版全景声混录棚系统搭建——以北京电影学院声音学院家庭版全景声混录棚为例

宋 硕

(北京电影学院声音学院,北京 100088)

从2004 年Iosono和NHK22.2 多声道系统的提出,到2009 年Iosono 系统安装于电影混录棚,针对影院的沉浸式音频系统开始出现,Auro-3D、Imm Sound等制式逐渐走进人们的视野。直到2012年6月,随着影片 《勇敢传说》 (Brave)的上映,杜比实验室才发布了自己的沉浸式音频制式——杜比全景声Dolby Atmos。虽然发布时间较晚,但在短短几年的时间内,成为了发展最为迅速的沉浸式音频制式。大约在2018年,杜比实验室推出了针对蓝光制作、电视广播等应用范畴的家庭版全景声混录棚认证服务。

北京电影学院声音学院于2017年建设了三间家庭版全景声混录棚,采用矩形7.1.4方式音箱布局,参照标准为杜比实验室家庭版全景声建设的相关建议,如图1 所示。为了画面还放的尺寸相对更大,画面的还放选择了激光投影+透声银幕的方式。

图1 杜比家庭版全景声矩形音箱布局方式①

1 配套工艺设计及设备选型

笔者对于家庭版全景声混录棚工艺设计的定位,希望能够接近声音学院全景声电影混录棚的系统,系统架构相对一致,便于维护,因此首先确定了控制台配合音频工作站的基本架构。

1.1 音频工作站

音频工作站方面,根据声音学院教学需要,配备了Avid Protools Ultimate 和Steinberg Nuendo两种数字音频工作站。在音频工作站接口方面,选择了DAD AX32音频接口。选择此接口的原因,主要是看中它的灵活性。AX32除了自身带有Digilink接口,可与Avid Protools HDX 音频工作站板卡直接连接使用外,其自身音频矩阵处理能力极强,可同时对上千路音频信号进行输入、输出处理,带有8个扩展槽位,并且扩展卡种类多。在家庭版全景声混录棚内使用,如需要增加多台还音工作站和录音工作站同时工作,通过扩展卡与音频工作站声卡直连即可。如系统中需临时增加声处理设备,也直接与AX32连接,在软件内进行信号路由即可。

1.2 控制台

控制台型号选择与全景声电影混录棚一致的Avid S6 M40,但缩小了台面的规模,也定位为单工位工作模式。与电影混录棚型号一致,可让学生在预混阶段提前接触熟悉与终混阶段相近的工作环境。此外,在系统维护方面,当某些模块出现故障可互相作为备件进行补充。

监听系统通过Eucon 协议控制DAD AX32 或DAD DX32音频接口,实现信号源的选择、监听控制等功能。系统在设计和进行设备采购时,当时DAD AX32还未推出现在的SPQ Speaker Processor选配卡,如果希望在每个监听通路使用房间均衡进行频谱修正的话,使用BSS 公司的BLU-800 系列产品相对简单。BLU-800 系列也可选配相应的配件,通过触摸屏对监听系统实现Dim、Mute,以及每个监听通路的Solo等功能,但是需要编写相应程序,此外由于触摸屏尺寸及分辨率的限制,需要进行翻页操作。而通过Eucon协议,从Avid S6 M40 Master模块进行监听控制的话,可将同样功能映射到硬件按钮,而且也基本避免了翻页操作的情况。因此笔者选择了通过Eucon协议进行监听控制。

2 杜比实验室家庭版全景声混录棚编码方式

2.1 Dolby Atmos Production Suite (DAPS)

杜比的DAPS 软件是最先推出的编码器软件,只能装在音频工作站的主机里作为插件来使用,而且会和音频工作站一起占用电脑CPU 进行运算处理。但是目前杜比实验室的DAPS 只支持苹果系统,而且只支持作为插件来使用,只能通过Dolby Audio Bridge或者发送/返回模式进行音频信号的路由。目前基于苹果系统的Avid Protools Ultimate工作站安装了此插件。

2.2 Dolby Atmos Mastering Suite (DAMS)

杜比DAMS编码器为一台独立的硬件设备,具有物理的数字音频输入输出端口,可支持128通路音频输入及128路音频输出,因此也就解决了不同平台的支持问题。由于是独立的设备,所以它的运算和处理不会和音频工作站争夺资源。此外,和DAPS软件相比,目前DAMS软件支持房间均衡功能,也支持音箱的阵列方式。

与杜比实验室之前的编码器不同,它可由用户自行搭建硬件设备,运行杜比DAMS软件。对于杜比全景声家庭版编码器DAMS的配置,杜比实验室给出了一些基于苹果系统和Windows系统的推荐配置。

笔者出于实验测试的目的,自行搭建了一台DAMS编码器。笔者自行搭建的编码器选择基于PC 平台,因为苹果系统除了目前最新的Mac Pro主机以外,其他型号的主机均不配置扩展插槽用来安装其他硬件板卡。而最新的Mac Pro主机价格较高,使用其他型号的主机势必要搭配第三方厂家的硬件扩展设备,系统连接方面略显复杂,相关兼容性等也带来一定的隐患。因此笔者选择了PC 平台来进行测试。笔者用于实际测试的PC 主机配置如下:惠 普Z8 G4 工 作 站,Inter (R)Xeon (R)Bronze 3106 CPU@1.70GHz,16GB 内存,Windows 10 64位专业版操作系统。

DAMS原则上支持基于ASIO 的声卡,杜比实验室给出基于PC系统的声卡推荐配置有RME HDSPe MADI和Focusrite Dante PCI-e。笔者测试了其他几款支持ASIO 的声卡,有些声卡与DAMS软件存在兼容性问题。笔者着重介绍两款声卡的测试结果:RME HDSPe MADI FX 和Audinate PCIe-R Dante。

杜比实验室推荐的RME HDSPe MADI在采样频率为44.1k Hz/48k Hz的情况下,MADI音频通道数量为64路,在家庭版全景声编码器要实现最多128路输入的情况下,必须要两块HDSPe MADI卡级联使用,而且还需要配置TCO 选配卡来实现LTC时间码输入。HDSPe MADI FX 卡本身在采样频率为44.1k Hz/48k Hz的情况下最多可同时支持3组MADI数字音频信号,也就是192路音频同时输入、输出,但是它不支持TCO 选配卡,但是在杜比DAMS 家庭版全景声编码器中,可以选择由HDSPe MADI FX 的MIDI通道获取由LTC 转换成的MTC时间码信号。经过多次长时间测试,杜比DAMS 编码器对HDSPe MADI FX 声卡的兼容性不好,问题主要为提示对于音频的缓存错误,而且会有断音的现象,通过MIDI通道获取MTC来跟随音频工作站进行同步没有问题。

图2 杜比实验室DAMS硬件渲染编解码器推荐配置②

笔者测试的另一款声卡,是基于Dante的网络音频声卡,但不是杜比实验室推荐的型号。它和杜比实验室推荐的Focusrite Dante PCI-e声卡一样,在采样频率为44.1k Hz/48k Hz的情况下可以支持128路数字音频同时输入、输出。由于总共只有128路数字音频输入,只能占用其中1路Object音频通道用来传输LTC时间码信号。在笔者用于测试的主机上,安装Audinate PCIe-R Dante声卡,使用杜比全景声编码软件DAMS 时可正常进行工作,对于CPU 的占用率与杜比推荐配置主机运行DAMS软件几乎一致。经超过1个月测试,未发现异常现象。

3 声音学院家庭版全景声混录棚系统架构调整

声音学院家庭版全景声混录棚系统架构主要经历了以下几个阶段的改变:

3.1 纯软件方式,工作站安装DAPS编码软件

声音学院家庭版全景声混录棚于2017年系统安装完成,当时进行家庭版全景声的编码有两种方式,一种为纯软件的DAPS方式,另一种为使用影院全景声渲染编码器RMU。由于影院全景声编码器RMU 为使用单位从杜比实验室借用方式,只有通过杜比实验室全景声电影混录棚认证的混录棚才配备,对于每个小型家庭版全景声系统来说都使用影院版的RMU 不太现实,因此,笔者在进行系统设计时选择了系统架构较为直观、明了的方式,将系统分为顺序的三大块。如图3 所示,图中的Mac Pro安装音频工作站软件、杜比DAPS软件及DAD AX32音频接口一起实际是一套完整的音频工作站系统;BSS BLU-DAN 为网络数字音频格式转换设备,与BLU-160组成了扬声器管理系统,主要负责修正音箱的频率响应曲线及音箱的延时调整;图3中最右边为按照7.1.4 制式排布的Meyersound Amie监听音箱。系统这样搭建的优势在于线路清晰,遇到技术问题时便于排查。

图3 声音学院家庭版全景声制作系统使用Dolby DAPS编解码软件方式

但其缺点也很明显:杜比DAPS软件只支持苹果系统,且为单机模式,不能用于系统中基于Windows系统的Steinberg Nuendo 音频工作站,以及较复杂混录工作中多台还音工作站协同工作的场景。此外,它和音频工作站软件安装于同一主机内,使用时会和音频工作站软件争夺CPU 等资源。如果使用发送SEND/返回RETURN 模式进行信号路由的话,还需要用到音频工作站自身的延时补偿功能(Delay Compensation)。但音频工作站延时补偿的量是有限度的,如果工程本身音床 (Bed)和对象(Object)数量较多,再加上使用插件较多的情况,可能会引起超过延时补偿限度的问题,在这种情况下只能通过减少插件数量来解决,没有其他解决办法。

3.2 系统中加入DAMS全景声编解码器,保证监听控制功能,占用Object通道

家庭版全景声混录棚第二次系统调整,是在2018年末至2019年初杜比实验室推出DAMS软件及给出相应渲染器推荐配置后。笔者先进行了前文提到的渲染编解码器的搭建测试。测试完成后,对系统进行了相应的调整。图4中的白色部分表示与之前DAPS系统架构相比增加的设备。除了硬件的DAMS编码器外,在音频工作站系统中增加了另外一台接口DAD DX32,用来扩展64通路音频工作站输入、输出通道数量,以及64通路Dante网络音频数量 (系统搭建时DAD 还未推出后来的Digilink I/O 扩展卡及128 通路Dante网络音频 扩 展 卡)。 增 加 的 Avid SYNC HD 同步器用来输出工作站内部的LTC 时间码。Video Devices PIX 270i原来在系统中作为外接的画面还放硬盘录像机使用,由于其自身接口配置齐全,此次调整中,还作为模拟音频信号转换为数字音频信号的转换器来使用,把来自SYNC HD 的LTC时间码转换为AES/EBU信号,再由AX32转换为Dante信号。

图4 声音学院家庭版全景声制作系统使用Dolby DAMS编解码器方式

此次系统调整,总体架构相当于将杜比DAMS编码器作为独立的外接设备 “插入”进系统,没有改变整个系统的实际布局。音频工作站依然可以通过Eucon协议具有监听控制的功能。此外,可以让系统中使用Yamaha AIC128D 作为声卡的Nuendo音频工作站,直接通过Dante网络音频信号,也使用杜比DAMS渲染器进行编码工作。

在调整后的系统中,唯一的问题在于监听需要占用12路从DAD AX32输出的网络音频通道,因此DAMS 实际音床(Bed)和对象 (Object)的输入通道数量是116 个。从理论上来讲,绝大多数的影片制作应该是够用的。但对于像杜比实验室测试工程文件,包括考虑到极端情况下杜比DAMS编码器需要128通路输入,所以笔者又进行了第3次系统的调整。

3.3 系统中加入DAMS全景声编解码器,增加转换器,保证监听控制功能,不占用Object通道

第3次调整的方式,对比上一版方案增加了一台Jetsen BAR300转换器,用来将从DAD AX32输出的64通路MADI数字音频信号转换为64通路Dante网络音频信号。因为第2版方案的瓶颈在于,DAD AX32的Dante网络音频输出信号总共只有64路,而整个系统的监听链路必须由Dante信号转换为BLU-LINK,因此必然会占用12 个Dante信号通路。而DAD AX32具有很强的音频信号输入、输出能力,可将从音频工作站来的64 路音频信号从AX32 的其他端口输出,避开其64路Dante信号输出的限制。因此笔者选择了AX32的MADI输出端口,再使用BAR300将MADI 信号转换为Dante 信号后,送入杜比DAMS编码器。DAMS的12路输出信号通过Dante再返回给AX32,经过AX32的监听控制功能进入监听链路。

图5 声音学院家庭版全景声制作系统使用Dolby DAMS编解码软件方式改进后

经过此次调整,可使DAMS编码器具有127路音频信号输入能力(剩余1路作为LTC时间码信号输入用来同步),而且系统中用Eucon协议进行监听控制的功能正常使用。在正常制作不需要使用DAMS编码器的情况下,可便捷切换音频工作站输出信号至监听通路。

4 小结

声音学院家庭版全景声混录棚的搭建经过几次系统调整,目前已趋于稳定的工作状态。当然,现在的系统架构并非当下“绝对优化、简化”的方案,而是根据声音学院当时具有的设备及相关配置,进行优化的系统方案。随着音频设备的不断升级和改进,前文提到DAD 公司后来推出了SPQ Speaker Processor卡、Digilink I/O 扩展卡、128通路Dante网络音频扩展卡以及Avid公司之后推出的MTRX Studio音频接口等,都可以进一步简化系统的架构。音频技术的发展方向,是系统趋于简化,工艺更加合理,这样才能保证系统的稳定性和可靠性。笔者希望通过这篇文章,介绍一些系统搭建的思路,以及考虑问题的方法,起到抛砖引玉的作用。❖

注释

①图片来源于杜比实验室国际有限公司2019年1月30日发布的 《杜比全景声家庭版混录棚认证指南》第6页。

②图片来源于杜比实验室国际有限公司2020年10月7日发布的 《杜比全景声渲染器V3.5版本 发布说明》第28页。