环绕声系统中的“0.1声道”详解

在环绕声系统中，低音炮的重要性不言而喻。很多人习惯于根据环绕声系统的第二位数字和全景声系统中C位数字，来判定这套系统中低音炮的数量，比如5.1声道，那么低音炮的数量只有一个，7.2.4声道系统则应该配置了两个低音炮。一般情况下，这种判断方法往往还能得到正确的答案。但这不意味着我们对环绕声系统中“0.1声道”的理解就是正确的、充分的。如果仅停留于“数字等于数量”的表面含义，一味地关注低音炮的选择与摆位，无异于舍本逐末，在系统的搭建与功放设置环节中也容易出错，就算选购到优质的低音炮，也无法收获理想的低频效果。而要弄清“0.1声道”的真正含义，还要从“我们为什么需要低音炮”这个话题开始说起。

声道的由来

众所周知，声音是由物体振动产生的。施加同样的力，越轻巧的单元振动得越快，发出声音的频率越高，反之亦然，因此在其它条件一致的情况下，单元尺寸越大，重播出的频率越低。常见的低音炮单元至少8英寸起步。这么大的单元要安装在主音箱和环绕音箱中，可想而知箱体体积需要成倍增长，并不适用于空间有限的家居环境。反过来说，很多家用主音箱和环绕音箱往往无法播放太低的频段。但是，低频又如此重要，无法舍弃。如何才能将低频信息更完整充分地重播出来呢？
1977年，《星球大战》的制片人加里·克兹就因为这个问题而饱受困扰。据《多声道环绕声技术（第二版）》一书所介绍，当时多声道电影只采用3个前置主声道和两个叫做“左附加”和“右附加”的附加声道。很多影院使用的音箱是不同型号的奥特兰星“影院之声（Altec-Lansing Voice of the Theater）”扬声器。这些扬声器的通过号角让低音单元在大多数频率范围内能获得很高的效率，承载很高的电平，但对于低于80Hz的信号，就有些勉强了，不足以用来重播《星球大战》中外太空战争所产生的低频信息。
杜比实验室的约安·阿伦和史蒂夫·卡茨两位工程师便想重新利用两个“附加声道”来独立承载增加的低频信息。这就是“0.1声道”，即“LFE（Low Frequency Effect）低频效果声道”的由来。在《星球大战》上映6个月之后，电影《第三类亲密接触》首次采用专门的低音扬声器来播放低频声道的内容。

图的上半部分，只是将左右声道信号传输给两个大型扬声器。图的下半部分展示了如何通过对左右信号的高低频部分进行滤波，然后分别输送到更小的扬声器和低音炮的过程 ( 图源《ITU-R BS.775-3 建议书 (08/2012)》)

LFE声道的声压级比其它声道高10dB

可以明确的是，LFE声道本就用于重播爆炸、爆破或撞击等更低频段的声音，而且为了重现震撼的效果，这些音效必须同时具备高声压级。但是现代心理声学研究却发现，低频需要更大的声压级才能获得和中频相同的响度感觉，如“人耳听觉等响曲线”一图所示。
等响曲线的绘制同样涉及到一个著名实验，并能很好地说明频率、声压级和响度这三个概念的关系。每一条频响曲线都以1kHz的某个声压级（0dB、10dB、20dB……）为参考响度，实验对象从不同频率的13个声压级中找出和参考响度听起来相同的一个，将这些点连接成线，便是等响曲线。通过对比和分析，可以看出人耳对低频部分并不敏感。想要得到同样响度，低频的声压级要高于中频。因此，低频管理的关键一步，便是将5个声道的低音和LFE声道累加起来，进行10dB增益。累加的方法我们留待后面细说。
等响曲线还透露出的另一个信息是：相同声压级的变化，低频的响度变化比中频更大。也就是说，人耳对低频的变化比中频敏感。举个例子，把1kHz信号的声压级提升10dB，响度级也跨越10dB，而把25Hz信号的声压级提升10dB，响度级跨度更大。这和我们日常的惯性思维刚好相反，因为中频段占据的比例更大，我们倾向于认为中频的调整对响度响应更大，但事实上，低频的影响更明显。从中可以得出一个结论，在声压级不变的情况下，就算低频下潜仅从40Hz延展到25Hz，其所属的响度级已经变化明显，听感差异甚大。这就解释了为什么要把主声道和环绕声道的低频信息送入低音炮的问题，一是延展主声道和环绕声道的低频下潜，二是通过额外的LFE通道增加低频的声压级，这样我们就能听到更多更全的低频信息。

蓝色曲线是 H.Fletcher 和 W.A.Munson 得出的等响曲线，红色曲线是被国际标准化组织（ISO226）所采用的等响曲线。

一般来说，建议将功放中扬声器的类型设置为“小”

LFE声道≠低音声道

而将主声道和环绕声道的信号叠加，经低通滤波后送入低音炮的过程，就是我们常说的“低频管理”的关键一步。正是因为这个过程，0.1声道（即LFE声道）才会容易和“低音声道”相混淆。刚刚接触家庭影院系统的人，会下意识地以为每个声道都有相应的扬声器与之对应，若是将0.1声道等同于低音声道，那么按照主声道和环绕声道分别对应不同音箱的逻辑，多少低音声道就会对应多少数量的低音炮。
误解便是由此而来。实际上，1个低音声道的信号都可以分配给1只或多只低音炮。有些低音炮的背面板会配备平衡或非平衡的输出接口，用于外接一只或两只低音炮。在这种情况下，就算系统接了两只低音炮，只要它们重播的信息来自同一个低音声道，在用数字表示时，都应该写作“0.1”。同理，5.2声道系统也可能连接了四只低音炮。如果按照定义规范书写的话，我们其实无法从数字中明确判断系统中的低音炮数量。

通常建议将主音箱和环绕音箱的分频点设置为 80Hz

低音炮模式建议选择“LFE+Main”

进行低频管理的注意事项

当然，规范书写并不是我们理解LFE声道的最终目的。在理解的基础上，对低音炮和环绕声处理器进行正确设置，以充分发挥低音炮的潜力，才是真正的要义。如前言所说，如果你不知道LFE声道是什么意思，也不知道它和其它声道的关系，那么当你完成系统的组建，对环绕声处理器和低音炮进行常规的设置时，就很容易出现错漏，甚至不知道该如何正确设置。最终不只是低音炮，可能整套系统的声音听起来都乱成一团。就环绕声处理器而言，设置菜单中至少有以下几点需要留意：
音箱“类型”选择“大”或“小”
这里的大小指的不是音箱箱体的大小。如果选择“大”的话，系统将默认主音箱和环绕音箱是“全频音箱”，也就说由它们来播放低频的信息，那么低音炮就只负责输出LFE通道的音效，例如一些电影中的爆炸声或打雷声等等。如果电影中没有制作专门的LFE音效，那么低音炮就没有内容可以播放了，甚至不会出声。

配备“大”扬声器时，正确进行低频管理的模拟示意图 ( 图源《ITU-R BS.775-3 建议书 (08/2012)》)

配备“小”扬声器时，错误进行低频管理的模拟示意图 ( 图源《ITU-R BS.775-3 建议书 (08/2012)》)

分频点的设置

一般来说，建议将主音箱和环绕音箱的分频点设置为80Hz，也就说将主声道和环绕声道80Hz以上的信息发送到主音箱和环绕音箱上，并将这几个声道80Hz以下的信息分给低音炮。之所以将主音箱和环绕音箱的分频点统一设置为80Hz，是因为根据ITU国际电信联盟的研究，当低音炮播放120Hz以上低频时，我们可以察觉到低音的方向感。而80Hz以下范围刚好覆盖人耳能听到的两个倍频层，而且能隐藏低音的方向。当然了，要是系统中主音箱和环绕音箱箱体很小，重播的频率下限达不到80Hz，那么就应该调整成120Hz，将更多的低频信息交给低音炮播放。

低音炮模式

在环绕声处理器的菜单中，切记留意与低音炮相关的设置，比如是选择“仅LFE”还是“LFE+Main”。一旦理解了LFE声道的定义，自然也就知道“LFE+Main”是指“LFE声道低频+主要声道低频”的意思。虽然现在越来越多电影都有独立的LFE音效，但是主声道和环绕声道仍有大量重要的低频信息。如果你在菜单设置中，因为遗漏或误选等原因，选择了“仅LFE”，那么低音炮就只会重播LFE声道的信息，要是分频点还设置到80Hz，那么主要声道80Hz以下的低频信息相当于被“抛弃”。

配备“小”扬声器时，正确进行低频管理的模拟示意图 ( 图源《ITU-R BS.775-3 建议书 (08/2012)》)

如果处理器的低频管理出现错误，可能所有低频信息都被放弃（图源《ITU-R BS.775-3 建议书 (08/2012)》)

相比于环绕声处理器的设置，低音炮的相关设置要简单许多。有些低音炮只配置LINE输入接口，直接与环绕声处理器的低音炮前级输出接口连接即可，然后将分频点设置为环绕声处理器所选择的分频点即可，比如环绕声处理器的分频点为80Hz，那么低音炮的分频点也设为80Hz。
有些低音炮还配备单独的LFE接口。一般来说，尽量将LFE的分频点调到最大，这样能让低音炮播放更多更全的LFE音效。但如果你的低音炮不太好，设置为120Hz或以上时，明显感受到低音定位的话，可以切换为80Hz。可能有些人会担心将主音箱80Hz以下的频率交给低音炮，播放两声道音乐时会不会有影响？这确实是个问题。可以试着找找AV功放的设置中有没有专属两声道播放的模式，如果有的话，不妨为两声道和多声道播放做针对性的音箱设置。

参考资料

《多声道环绕声技术（第二版）》 Tomlinson Holman著，王珏译，人民邮电出版社，2011年
《ITU-R BS.775-3建议书(08/2012)》，国际电信联盟发布，2013年

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