IOSONO 3D全息聲錄音制式研究

馬晟 陳申

摘 要 文章將通過對具體音樂會聲音錄音及混音的方案分析，在對基于WFS算法在IOSONO 3D全息聲系統思維下的聲音錄制進行實驗及研究。以實際案例及效果的呈現開展比較分析和總結，得出一個在一般音樂會錄制及制作工藝下，能夠體現3D全息聲系統回放優勢且能適應立體聲、環繞聲系統回放要求的錄音制式。

關鍵詞 IOSONO；WFS算法；3D全息聲；錄音制式；音樂會

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）206-0070-03

IOSONO？3D全息聲系統是現今在聲音錄音及回放領域內，聲音音質較高、空間感較強、定位較為準確的主流聲音制作系統。3D全息聲聲音技術也是目前多媒體聲音錄制及回放的系統中最為前沿的實現方式。可以應用在電影、音樂、多媒體展示等多種媒體內容中。相比較傳統的多聲道以及環繞聲系統來說，由于其算法是基于聲音“對象”而非“通道”。因此在聲音品質、定位、空間還原等方面顯得更加地靈活和準確。

但由于在回放端的限制，3D聲音的呈現仍然存在搭建成本高，設備數量大，可實現的場地有限等實際問題。所以在目前的聲音回放系統中，還是以立體聲、環繞聲作為主要的聲音回放制式。

在之前的關于MS制和雙MS制錄音系統的文章中，重點討論了相較于如大小AB制、XY制、ORTF制等立體聲制式，通過MS錄音制式下錄制的聲音具有空間還原度高，聲音定位準確，兼容性強等特點。利用這種傳統立體聲制式，通過在某種程度上的改良，可實現在3D聲音回放端以及向下兼容的可能性。特別是在音樂會現場錄音時，根據對于原有MS制式的改進，在幾乎不增加成本，不改變傳統錄音工藝的基礎上。利用MS制式錄音的特點，將IOSONO？3D全息聲在后期混音時能真實反應和還原聲場空間特性的優勢發揮出來。

1 IOSONO 3D全息聲系統的概念及特點

1.2 3D全息聲系統的概念

3D全息聲，顧名思義是指基于聲音在聲場內的水平面（X軸）、前后面（Y軸）、垂直面（Z軸）都能還原和呈現的聲音方式。這樣的形式能使聲音最大程度地體現沉浸式的效果[ 1 ]。對于IOSONO？3D全息聲系統來說，它的核心是基于“惠更斯原理”①的WFS聲音算法，也就是波長合成技術。如果說環繞聲是將聲音圍繞在聽音者周圍的話，那基于WFS算法的IOSONO？3D全息聲則是將這樣的“圍繞”感，提升到了另一個層面。

IOSONO？3D全息聲可以將聲音從傳統的環繞音響圈上脫離出來，將聲音在設定的聽音區任意位置重新合成，產生共振峰。以球面波（Point？Source）的形式，讓聲音在聲場中聚焦。通過這樣的聲音合成技術，理論上能將聲音在聲場區域的任何位置同時產生一個或多個共振峰，讓聲音真正地有了遠近感和方位感，使聲音“立體”了起來。

除了球面波的聲音合成形式之外，平面波也是IOSONO？3D全息聲系統的另一大特點。通過多個揚聲器，基于處理器運算好的一定延時量，使得從一個方向上來的聲音同時到達聽音者的聽音位置，以造成一種聲音鋪面而來，沒有具體方向（點），而是一致方位的感覺。無論是球面波還是平面波，乃至柱面波，都是構成3D全息聲音制作及回放的關鍵組成部分。更重要的是，3D全息聲擺脫了傳統聲音基于“通道”的概念，而將聲音元素回歸至“對象”，更加貼近人類感受聲音最原本的方式。

1.2 特點及應用

IOSONO？3D全息聲系統正是基于了WFS波長合成技術的算法，使得創作者在對聲音對象進行設計的時候，無需考慮“模擬”聲音的來源、方向等[ 2 ]。只需將精力集中在內容設計上，剩下的部分全部交由聲音系統解決完成即可。

對于傳統音樂會的錄音來說，在后期制作的混音以及還音時，無法將某一特定樂器呈現在生場內。小提琴在左側，聲音只能從左邊的揚聲器中傳出。對于聽音者來說，和樂隊之間永遠存在的是相對的對立位置關系。但是通過WFS技術合成的球面波，則能把小提琴從音箱中“拽”出來，讓其在音樂者身邊出現，并且可以調整相應的位置關系。讓聽音者真正的融入進音樂之中。

而平面波則可以大大提升錄制音樂會時的另一項重要體驗——空間感。對于音樂會來說，空間感是錄音師需要解決的最為重要的部分。一場沒有空間感的音樂會錄音作品，無論從審美角度還是技術角度都是失敗的。IOSONO？3D全息聲系統將在音樂廳中的反射聲利用波長合成算法，真實地通過圍繞在聽音者周圍的音箱傳遞出來，使得沉浸感效果更為明顯。

2 基于IOSONO系統的民族音樂會錄音及混音解析

2.1 民族音樂會錄音的聲音特點

中國的民族音樂有著獨特的韻味感，這也是中國民族樂器區別于其他樂器的重要特點。中國民族音樂在聲音的音色及音量變化上有著明顯的特點。以“吹、拉、彈、打”為主這4種演奏方式使得音樂具有十分豐富的表現力。通過不同的演奏法，樂隊整體的聲音動態和層次也會隨之變化。由于中國民族音樂的演奏樂器多以天然的材料制成，因此大多數樂器在獨奏時，普遍聲壓級較小[ 3 ]。但當需要合奏或群奏時，為了達到音樂聲部的“群感”需求，會在相同樂器的數量上增加。因此，在對民族音樂會進行錄音時，特別需要注意這一問題。錄音前，須提前統計合奏的樂器類型及數量，分析音樂聲部，保證音樂層級分明、頻率均衡。

此次“盛秧與翡翠箏團音樂會”為民族音樂與現代音樂相結合的風格。主奏樂器為古箏，古箏具有音域寬泛、圓潤、空靈的特點，以彈、撥為主要的演奏上主。少時一兩把，多則十幾把。根據不同的曲目風格，會增加部分西洋樂器如鋼琴、吉他、大提琴，以及其他中國民族樂器如阮、笛子等。因此需要根據具體的音樂類型和風格，靈活設置話筒的類型及擺放方式。特別是樂器中出現需要中國民族樂器和西洋樂器同時演奏時，兩類不同風格類型的樂器既要相得益彰，又不能喧賓奪主。雖然樂隊在排練時樂手的位置基本固定，但因演奏場地和環境的改變，需要錄音師根據現場錄音時的環境情況，最終確定樂手在現場錄音的樂器位置。

2.2 現場錄音方案設計

2.2.1 環境話筒設置

通過前期的錄音棚實驗與測試，由于傳統MS制式②的L和R型號實際是由M信號和S信號的兩支話筒相加減得到，因此在信號分配上是由矩陣計算完成[4]。對于音樂會錄音，主要空間感知的“side”信號并不獨立，雖然混合成傳統立體聲或5.1環繞聲影響并不是很大，但對于IOSONO？3D全息聲系統來說，這樣的矩陣分配在聲音后期處理上存在非常大的局限性。根據3D錄音的理想需求是在前期聲音采集時，盡可能得錄制相對獨立的信號。在后期混錄可以根據需要還音的場地和環境再說調整，以得到最佳的回放效果。

考慮到上述原因，在本次音樂會錄音環境話筒的設計方案中。我們設計了一個相對簡單、合理且高效的拾音制式作為主環境聲傳聲器。利用三只相同信號的傳聲器——Nuenmann？U87，均將指向型調整為心形指向。M信號由一支獨立的傳聲器完成，S信號由另兩支背對背分別朝向左右兩側組成。在調音臺上聲像設置為，M信號居中為“C”，兩支S信號分別為“L”（極左），“R”（極右）。另外，增加了兩支心形指向的話筒SE？4粘貼在音樂會的二層平臺外墻兩側，以接觸式話筒的拾音方式作為環境輔助話筒。

2.2.2 主聲面話筒及錄音系統設置

音樂會以民族樂器古箏為主，其他少量民族樂器和西洋為輔。在演出時前排主聲面使用帶60度夾角的AB制不加側展，可以充分照顧到樂隊兩側的發聲樂器。后排樂器為打擊樂位置，輔助以ORTF制的形式設置傳聲器，基本在其前方47°～50°范圍內為最佳拾音區。AB制所使用的話筒為DPA？ 4006心形指向兩支，ORTF制使用的傳聲器為SchoepsMK-4。由此構成了前排主聲面+后排主聲面+主環境話筒+輔助環境話筒四層傳聲器的設置。其每組話筒的相對位置關系如表1。

音樂會的錄音系統仍然采用現今比較主流的數字錄音系統，具體設置如下：

DAW部分：AvidPro？Tools；

話放部分：RME？Micstasy？+？Apogee？Symphony？ IO；

其余布點話筒部分：DPA？4041、AKG？C414、NuenmannTLM？103、Shure？SM57、sE？Voodoo？VR1等。

以上配置基本滿足了音樂會所用樂器的采集工作。

2.3 后期混音方案設計

由于在音樂會同期錄制時已經做了一定程度上的混音工作。因此在后期的混音方案中，基本以還原現場的空間感、聲像定位為原則。只做基礎的相位、均衡、壓縮以及對單點布點樂器聲像上的輕微調整。以整場音樂會所用樂器最多的曲目《翡翠》為例，樂曲用到了古箏、鈴鼓、康佳鼓、貝斯、鋼片琴、中國鼓等。從配置上來看，鼓類樂器偏多，因此音樂整體動態較大，瞬態聲壓級較強，低頻偏多，空間混響時間也偏長。在通過話筒位置調整后，得到一個相對平衡的響度及均衡關系。在DAW軟件中，對處于后方的ORTF制式話筒音量做了4dB衰減，對輔助環境話筒同樣做了8dB的瞬間。對大貝斯、康佳鼓、中國鼓等做了一些低頻衰減的工作，總體樂曲聽感低頻清晰有力不渾濁，樂隊頻響層級分明，主奏古箏與群奏關系明確，空間感強。

音樂會其余曲目的混音設計和制作也遵循了上訴樂曲的原則，通過對主環境話筒、主聲面話筒和輔助環境話筒之前的平衡，基本得到了預想的頻響層次及空間聽感要求。利用基于MS制改良后的錄音方式，很便捷且準確地采集到了具有實地錄音空間環境的聲場反應。在后期IOSONO？3D全息聲的制作環境中，由于Z軸空間上的層級將明顯提升，配合Layer？0層（和人耳平行的音箱圈層）體現出的沉浸效果將會更為明顯，使3D聲音的回放效果更加接近于現場的聆聽體驗。

3 結論

通過對音樂會的實地錄制、實驗、比較和研究，利用改良后的MS制式錄制得到的聲音在空間感和品質上都有很大的幫助。在后期IOSONO全息聲系統中，可以根據需要，將錄制的音樂環境聲部分分配至任意區域，針對不同的還音環境和條件做適應的調整[5]。混響聲部分非常自然的在指定聽音區內呈現。與此同時，由于MS制式良好的兼容性，在立體聲環境下，空間感得到非常明顯的提升。通過耳機回放時，原本的“頭中效應”也得到了很大程度的減輕。改良后的MS制式在實際運用時，因為聲音會受到外界諸多因素的干擾，與理論有一定距離的偏差也是屬情理之中。整體上，MS傳聲器的拾音范圍會隨著聲源的不同受到一定的影響，但是方向是一定的，不會因為聲源的不同而發生改變。

從目前較為領先的3D錄音系統解決方案來看， IOSONO？3D全息聲系統無疑是走在技術前段的。根據基于WFS？IOSONO？3D全息聲系統的聲音技術思維，加之以改進后的全息聲錄音制式進行的錄音與制作，對于新的音樂會錄音方式和方法有了比較具象和深刻的體會。

對今后類似的音樂作品或音樂會演出及錄制形式有了方向性的指導意義。參考對于3D全息聲在音樂會錄制的經驗，可以對其他藝術形式及門類，在聲音設計和創作上具有借鑒和指導價值，為現今沉浸式視聽體驗發展的大背景下提供更多、更直觀的聲音藝術創作形式和手段。

注釋

①惠更斯原理：空氣中任意波前上的點，都可以看成新的子波源，任意時刻都可合成新的聲波.

②MS制式：由兩只信號相同的傳聲器組成，一支為心形指向——M，一支為8字形指向——S組合構成.

參考文獻

[1]周宛鹿，莊元.昆曲邂逅波場合成3D聲音技術的音韻幻化——淺析張軍昆曲水磨新調3D全息音樂會[J].演技科技，2014（7）：31-49.

[2]曹勐.淺談3D聲音系統及其在音樂類節目錄音實踐中的運用[J].中國音樂，2015（3）：234-241.

[3]陸海星.論錄音及縮混技術對中國民族器樂聲音表現力的塑造及鍛造[D].長春：吉林藝術學院，2016.

[4]萬仲平.環繞聲錄音話筒和MS制式錄音[J].現代電影技術，2012（4）：48-52.

[5]徐真德，鄒四維，林勇，等.WFS 3D全息聲技術在后期制作室中的設計應用研究——以上海交響音樂廳全息聲后期制作室設計為例[J].電聲技術，2016（9）：7-15.