「環繞聲」對於影音愛好者來說肯定不會陌生，也有人稱為「環回立體聲」，也叫「多聲道環繞聲」。如果你去電影院看電影，或者到音響店買音響，甚至去看某位明星的演唱會，你都會看到有關於環繞聲的宣傳，還能體驗到環繞聲效果。在體驗的時候，當你聽室里上看下看，左看右看就會發現，視聽室的前方、側方、後方，甚至上方都安裝了音箱，這時候你或許會覺得奇怪，為什麼要那麼多的音箱呢？環繞聲的目的是讓觀眾有方向感，即聆聽者能感受到聲源的方向；還有環繞感，即聆聽者有被聲源包圍感覺；還有擴展感，即聲源向四周擴散和被物體反射的感覺。
環繞聲的首次應用
在環繞聲出現之前，電影院的音響通常以三聲道形式重放聲音的，這三個聲道分別是前方的左、中、右聲道。後來在觀眾的左右兩側，後方加入環繞聲道音箱，這些聲道能夠產生重現聲音的移動感、定位感，營造電影場景的氣氛，讓聲音效果更接近於現實。
如今的環繞聲技術應用不僅局限在電影，甚至是音樂會、電子遊戲、廣播系統、演唱會、展覽廳都會使用到環繞聲技術，通過環繞聲技術來實現一些特殊的聲音效果，提高了用戶體驗。例如，玩遊戲時能知道敵人的方位；看展覽作品時，在作品解說時伴隨着一些特別的音效，以增加觀眾的吸引力。如今的環繞聲技術是三維聲音重現，更進一步地接近於真實的聲音重現。不得不說，人類在聲音還原方面做出了很大的努力。
迪士尼「Fantasound」
環繞聲技術的應用最早出現在1940年由美國迪士尼公司製作的一部名為《Fantasia》（中文名「幻想曲」）的動畫音樂選集電影，迪士尼公司和RCA公司合作專門為這部電影開發了環繞聲系統，命名為「Fantasound」。
話說，迪士尼當年為了製作這部電影，找到了指揮家Leopold Stokowski（史托科夫斯基）。由他帶領費城管弦樂團演奏整部電影所需要的音樂作品。音樂部分在1939年錄製，共花費了7周時間才錄製完成。錄製時一共使用了33支麥克風進行錄製，音軌保存到8軌光學錄音機裏面。在聲音重現方面，Fantasound要實現兩個效果。第一，聲音的移動感，能讓聲音配合主角米老鼠的動作來移動。第二，得到更大的動態範圍，讓觀眾帶來樂隊就在現場的錯覺。
聲音的移動感是怎麼實現的呢？通過一個三路差分接線方式的電位器來實現。到底怎麼理解呢？簡單說，有A、B兩隻音箱，要實現聲音從A往B移動。那就先讓A音箱發聲，然後調整電位器。在調整過程中，A音箱的聲音會減少，同時B音箱的聲音會提高，最終A音箱不響，B音箱發聲。而且經過研究，聲音在A、B兩隻音箱相差20公分距離以上述方式切換就會產生聲音移動的錯覺。至於怎樣實現更大動態範圍？就是在響亮的時候增加音量，安靜的時候降低音量。因此需要一個可變增益放大器來實現。根據輸入電平來改變增益來實現更大的動態範圍。
5.1聲道與7.1聲道
在經歷了不斷的蛻變，多聲道經歷了3.0/4.0/5.0等時代，最終邁入了5.1時代。5.1聲道的錄製非常麻煩，需要採集各種材料然後以手工的方式混合在一起，之後分別錄入5.1聲道各音軌之中，5.1的主要載體是電影與唱片。
大部分電影中，90%的對白會由中置音箱播放，而立體環繞感主要由前方聲場構造與前後環繞側箱構建。不少愛好者喜歡在5.1時代說後環這個詞，這是因為當初大家想把5.1負責後面聲場的環繞想成後環，但實際這兩個音箱並不是放在後方，而是side surround，也就是側環繞。
現今次世代7.1聲道在藍光音視頻升級的過程中，音頻從數據和原始錄音聲道數上的突破，讓7.1聲道DTS HD和Dolby TureHD披上了次世代音軌的稱號，這也是真正意義上的原始7.1家庭影院格式！
後置中央聲道可以用Surround Back來統一稱呼。雖然也是通過電腦模擬出來的Surround back L與Surround back R，但都是基於側聲道環繞分別抽取的聲音。而基於Dolby TureHD與DTS HD的Surround back L&R，是真正完全分離的，所以在擺放的位置上，也不存在是否需要盡量靠近一說了。
沉浸式環繞聲7.1.4甚至更高
在不斷進化的腳步中，難免會遇到瓶頸，以前所有的錄音都是基於聲道，要考慮每一個聲道要出什麼聲音，然後再構成一套完整的體系。5.1還想較簡單，然而做成7.1就相對複雜，不談製作難度，龐大的音軌數據量就可以把錄音師搞瘋。於是一種新的混音技術出現了————Dolby Atmos和DTS:X。
你要做5.1，就每個聲道去混音，你要混6個分別送到5.1聲道中。如果是7.1那麼就要混8個。而基於對象則是，我不考慮你用多少個聲道回放，我只管電影中會出現哪些聲音，然後給這些聲音定出坐標和運動軌跡。
然後，你用的多少聲道的家庭影院，功放自動運算，把這些聲音分別送到相應的聲道放出來就行了。杜比ATMOS全景聲就是第一個運作這個技術的格式，同時為了讓聲音更逼真更有代入感，杜比ATMOS還加入了頭頂上的天空聲道。
聲音的描述方式也在改變
從文章開頭看到現在，是不是發現隨着人類對環繞聲的探索，音箱的數量也在增加，甚至還增加了增高、增寬聲道音箱，在音效製作上更加入了對聲音高度感描述的聲軌，相繼出現了10.2/12.2、11.1、22.2聲道環繞聲。10.2/12.2是THX創始人Tomlinson Holman開發，宣傳口號是「兩倍好於5.1」。在重放環繞聲的時候，前方使用7個音箱重播，分別是左、中、右、左增寬，右增寬，左增高，右增高。環繞聲道是3個音箱重播，分別是左環繞、右環繞和後環繞。然後再加上2個低音效果聲道。至於12.2就是增加兩個環繞聲道，分別是左擴散環繞和右擴散環繞，作用就是營造反射聲。
11.1是Barco公司使用的環繞聲系統，實際上就是Auro-3D的音箱布局之一。它在5.1聲道布局的基礎上再增加6個聲道，分別是左、中、右3個前置聲道以及2個環繞聲道的增高聲道音箱，以及1個位於頂部的音箱（又稱為「上帝之聲」），從而形成三層式的音箱布局。在音軌製作的時候已經具備對聲音高度感描述的聲軌，然後採用編碼技術把12個聲軌變成6個聲軌（5.1聲道），在重播的時候再通過解碼方式還原。
22.2是NHK科學技術研究實驗室開發，搭配Super Hi-Vison巨幕做商用超高清演示。它的音箱布局更複雜，僅僅是前方就有11個音箱，分三層布局，環繞聲部分共10個音箱，再加上1個頂部音箱以及2隻低音音箱。而且NHK科學技術研究實驗室還為22.2聲道重新設計了拾音系統。另外，我們熟悉的Dolby Atmos、DTS:X也是具備聲音高度感描述的環繞聲技術。
我們對聲音高度的感知
在環繞聲重放裏面使用增高聲道，或頂部聲道音箱，增加了對聲音高度感的描述，使得聲音從二維平面轉向三維立體，實現了沉浸式的聽音效果。對於人類對聲音高度感的感知能力主要依賴肩膀、頭部和耳廓反射所造成的頻率變化。在1996年的時候科學家就進行深入研究，研究發現了聲源位置於特定頻率的提升和衰減之間的關係，這個特定頻率被命名為「方向性頻段」。
到了2015年，兩位科學家對聲源帶寬、時長和音箱位置等不同物理因素進行了研究，分析了它們對於位置感知的影響，最終得到的研究結果。例如，用一個8kHz為中心頻率的1/3倍頻程的聲源在一個空間的8個區域中播放，用來測試聽音者對於聲音定位響應的百分比。結果這些區域的聲源都可以為聽音者提供高度定位。其中，聽音者以頭頂上方，前上方，後上方的響應最多。但如果「方向性頻段」發生改變時會影響人類對高度定位的感知。因此，在錄音和播放時需要考慮頻率內容對信號在人頭上半部分的合理分佈可能產生的影響。
「聲音對象」的三維沉浸式音效
在上述提到的三維沉浸式環繞聲裏面，只有Dolby Atmos和DTS:X是目前主流的兩種環繞聲技術。其中，以Dolby Atmos的應用是最廣泛的。它們在製作上是在基於「聲道」的基礎上整合「聲音對象」。什麼叫聲音對象呢？那是音頻元素和體現藝術動機的相關參數。比如說，一些需要移動的音頻元素，或者需要出現在特定位置的聲音元素，音頻工程師在設計音效時需要在音頻工作站裏面給這個音頻元素設定一個在空間中的運動軌跡，或者所在位置。在回放的時候，環繞聲系統會根據音箱的配置進行聲音分配來實現聲音的移動感和空間定位。Dolby Atmos和DTS:X對環繞聲系統裏面的每一個聲道都是獨立控制的，在專業電影院裏面都使用多隻音箱組成陣列的形式來播放。理論上，音箱的數量越多，它的聲音移動感就會更平滑，定位更精準。Dolby Atmos在商業電影院中最多可以實現64聲道輸出，DTS:X可以實現11.2（13聲道），而DTS:X Pro版本為30.2（32聲道）。
為音樂製作而開發的四聲道立體聲
踏入50年代，環繞聲再次在電影中出現。1952年的電影《This is Cinerama》就使用了7個聲道來重現環繞聲，包括前方5隻音箱和後方2隻音箱，然後由一名音響工程師在後台根據劇情需要來控制聲音的定位和移動效果。與此同時，人類對環繞聲技術的探索力度繼續加大，環繞聲的開發以及應用就在這個年代爭相出現。
四聲道立體聲就是50年代出現的環繞聲技術，主要應用於音樂錄製。四聲道採用前方左/右2隻音箱，後方左/右2隻音箱進行聲音回放，音樂的主體內容由前方左右聲道音箱重現，後方兩個音箱播放一些混響聲音，或者聽眾掌聲，從而實現沉浸式音響效果。德國德律風根和美國Ampex在50年代就開發了四聲道開盤錄音機。到了1954年，四聲道開盤錄音機開始在歐洲的一些音樂製作室裏面使用，開始嘗試四聲道音樂的製作。一直到了60年代末才開始向家用市場推廣四聲道錄音，70年代開始盛行。
從上世紀40年代的「Fantasound」到今天的Dolby Atmos、DTS:X，在環繞聲技術幾十年時間的發展，音頻工程師們不斷地研究，不斷地嘗試，從而改進環繞聲的製作和播放，優化環繞聲系統的性能，而音樂和電影製作人也花了大量的精力來製作環繞聲音樂和電影音效，一方面向業界展示自己的成果，另一方面是為了讓聽眾/觀眾提供更好的聽覺體驗，我們今天能夠在逼真震撼的環繞聲效果，能夠沉浸在電影情節裏面，能夠感受到如同現場版的音樂會，離不開前人的努力。
