CEDIA/CTA-RP22沉浸式音频设计推荐规范要点分析一：家庭影院音频系统设计相关标准要点
技术专业性与对影音行业的正确引导一直是我们关注的重点，自2008年起，《家庭影院技术》就率先引入美国THX HT家庭影院技术认证与ISF视频技术认证培训课程，随后加入HAA与CEDIA系列专业技术培训，大幅度提升了国内影音行业的整体技术水平，改变了国内长久以来一直停留在低技术层次、过分强调营销的行业问题，同时也促使高端影音定制市场的崛起，让国内的影音行业将焦点回归到技术层面，促进整个影音行业发展。截至目前为止，我们已经陆续举办超过100场相关培训，覆盖中国内地、香港、澳门、台湾、印度、韩国、泰国、新加坡、马来西亚、印度尼西亚等地区。除此之外，《家庭影院技术》与影音中国在2015年共同建立CIT培训学院，建立起全方位的影音技术、智能技术、企业管理、市场营销与项目管理等方面的培训课程体系。在前面两期，我们分别介绍了CEDIA(Custom Electronic Design & Installation Association)定制电子设计与安装协会在家庭影院音频系统的推荐规范，并且详尽报道了9月刚刚结束的CEDIA展会，分析了今年定制影音智能行业发展的总体趋势。令人惊喜的是，在CEDIA 2023展会期间，CEDIA协会终于对外正式公布了备受瞩目的CEDIA/CTA-RP22沉浸式音频设计推荐规范细则，我们也终于可以对RP22推荐规范有了更加深入的了解。由于RP22推荐规范所涉及的内容众多，我们将分开数期为大家分析当中所涉及到的关键要点。
RP22沉浸式音频设计推荐规范，来自于R10技术规范专家团队
在行业推荐规范方面，CEDIA针对全宅影音智能行业的特点，推出了多个不同领域的推荐规范指南。其中在家用领域就包含了音频技术推荐规范、视频技术推荐规范以及项目施工推荐规范等。更为重要的是，为了获得更加权威的行业标准，CEDIA联手CTA(Consumer Technology Association)美国消费者技术协会共同成了R10技术规范专家团队。整个R10团队由CEDIA协会技术与标准高级总监Walt Zerbe主持，共有超过130名行业技术专家参与，包括了SMPTE美国电影与电视工程师协会、DTS与Dolby公司技术专家、内容创作者等等。而RP22沉浸式音频设计推荐规范的正式面世正是R10团队在今年的重要之举。阿强家庭影院欢迎您。
RP22推荐规范就提供了一个国际权威的沉浸式三维音效系统组建指引，同时强化了低音管理部分的设置建议、座位布局方面的建议等。更重要的一点，RP22推荐规范特别加上了影音从业人员十分关心的测量、调校以及项目交付要求等方面的内容，应用型更强。RP22推荐规范当中定义系统的性能目标，并不只是一个简单的数值，而是设定了4个不同的等级，等级一为必须要达到的最低标准，等级2为高于最低标准但没达到参考标准的水平，等级3为参考标准，等级4为超过参考标准，以便于定制安装商对整个家庭影院音频系统项目进行深入的评估与分析，以达到各种不同用户的实际需求。
RP22沉浸式音频设计推荐规范，汇聚了众多国际组织的相关标准与行业专家经验
RP22推荐规范是目前国际上专门针对家用沉浸式音频系统设计的重要推荐规范，不仅仅汇聚了众多行业技术专家的多年经验，更收纳了众多国际专业机构与组织的相关标准，其中主要包括American National Standards Institute美国国家标准学会(ANSI)、American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)、Audio Engineering Society国际音频工程协会(AES)、European Broadcasting union 欧洲广播联盟(EBU)、International Electrotechnical Commission国际电工委员会(IEC)、International Organization for Standardization国际标准化组织(ISO)、International Telecommunications union , Radiocommunications sector国际电信联盟无线电通信部门(ITU-R)、Society of Motion Picture and Television Engineers电影与电视工程师学会(SMPTE)、Dolby Laboratories, Inc.杜比实验室、NewAuro BV (Auro-3D)以及Xperi Inc. (DTS)等。
主要参考的标准包括：
●ANSI/CTA-2034-A R-2020 — Standard Method of Measurement for In-Home Loudspeakers家用扬声器的标准测量方法
●2019 ASHRAE Handbook — HVAC Applications空调暖通系统应用
●CEDIA/CTA-RP28 — HDMI System Design and Verification Recommended Practice HDMI系统设计和验证推荐规范
●CTA/CEDIA-CEB23-B — Home Theater Video Design recommended practice家庭影院视频设计推荐规范
●CTA/CEDIA-CEB24-A — Thermal Management for Electronic Systems recommended practice电子系统热管理推荐规范
●EIA/ECA-310-E (Dec 2005) — Cabinets, Racks, Panels, and Associated Equipment机柜、机架、面板和相关设备
●ISO 14163:1998 Acoustics — Guidelines for noise control by silencers声学——消音器噪声控制指南
●ITU-R Recommendation BS.2051-3 (05/2022) Advanced sound system for programme production用于节目制作的高级音响系统
RP22沉浸式音频设计推荐规范，所涉及的内容架构
RP22推荐规范涉及到的内容很多，当中包括Performance Level selection性能等级选择、Seating layout座位布局、Speaker layout扬声器布局、Speaker selection扬声器选择、Low frequency optimization低频优化、Sound Isolation隔声处理、Acoustical treatment声学处理、Equipment selection设备选择、Performance optimization性能优化。可以说，RP22推荐规范涵盖了沉浸式音效系统构建与调校优化的方方面面。
沉浸式三维音效系统音箱布局可以认为由两层组成：
●listener-level layer听众层，也就是地面层，音箱高度位于人耳高度，即包含前置、侧环绕和后环绕音箱组成环绕声系统。有时也被称为耳朵聆听层，用x.y.z中的x表示。一些非常高声道数的标准和格式，也可以在听众层的前方声场下方，包含一个高度更低的底层环绕声系统。需要留意的是，在这个情况下，底层的声道数量计算在听众层之中。
●upper layer上层是指位于听众层上方，用于呈现沉浸式音效的音箱。根据格式的不同，它们可以是与前置主音箱处于同一垂直平面上的高度音箱，也可以是顶置音箱。它们遵循在天花上的对齐安装方式，并向下倾斜对准听众。这就是x.y.z中的z。上层音箱的位置在不同格式之间可能有所不同，同时对每个位置的称呼也有可能不一样。这个主要体现在Dolby Atmos、DTS:X Pro与Auro-3D三大技术制式之中。阿强家庭影院欢迎您。
●最后系统中低音炮的数量用x.y.z中的y表示。
以7.1.4系统为例子：
●第一个数字7代表的是在听众层支持discretely rendered outputs(独立渲染处理)的扬声器输出通道数量。一般来说，包括前左、前中、前右、环左、环右、后环左与后环右通道。
●第二个数字1代表的是独立的超低音通道，包括了LFE低频效果通道与经过低频管理分离后的低频信号。需要注意，这并不一定代表低音炮的数量。
●第三个数字4，代表的是能够支持的独立渲染的上层音箱数量。
关于沉浸式音效系统系统数字方面有两点需要注意的地方：
●如果是基于对象的沉浸式音效格式，比如杜比全景声、DTS:X，每一个数字代表的是AV放大器或环绕声处理器独立渲染处理的通道数量，并不代表系统当中所采用的音箱数量。如果系统之中采用了音箱阵列，这些音箱实际上只是通过阵列的方式连接在单一独立渲染通道上，那么仍然为1个通道。
●基于对象的沉浸式音效的AV放大器与环绕声处理器只有一个独立渲染的LFE输出通道。那些声称支持超过1个LFE输出的沉浸式音效系统，只是简单地将单个LFE信号分离为多个输出，同时有可能为每一路输出加入额外的信号处理。 
当基于声道制作的内容应用在沉浸式音效格式中的情况分析：
不少基于对象的沉浸式音效格式都支持基于对象与基于声道的混合音效。这种情况往往会出现令人困惑的问题，特别是对于打造了一个大型沉浸式三维音效的用户来说，发现在播放某些内容给的时候，某些扬声器并没有发出任何声音，似乎没有在“工作”。
举个例子，音乐制作者往往会觉得使用活动的声音对象来制作过于复杂，而只会使用传统的声道录制方式。但是后期又很可能会封装在基于对象的沉浸式音效格式之中，此时声音信号依然锁定在某几个位置的扬声器上。当一个9.1.6或11.1.8以上的大型系统，在重放7.1.4节目源时，会锁定在12个扬声器之中。因此，我们在处理器中要正确预设7.1.4的位置。
同样，由于受到远程控制、现场混音与制作的限制的现场运动赛事直播，在采用基于对象的沉浸式音效格式来传输的时候，往往会采用5.1.2基于声道的规格。在这种情况下，只有7只扬声器在广播期间处于工作的状态。当然，某些处理器可以通过上混的方式将环绕声扩散到整个扬声器系统之中，但是对于系统设计师与用户来说，我们还是需要明白这些可能出现的情况。
RP22沉浸式音频设计推荐规范，音频性能目标
RP22推荐规范对高品质的音频系统能够达到的性能目标一共有8个方面，包括Dialog clarity对白清晰度、Localization accuracy声音定位精度、Sound movement声音移动、Sound field immersion and envelopment声场沉浸感与包围感、Tonal balance (timbre)色调平衡(音色)、Dynamic range动态范围、Bass impact低音效果、Audience coverage听众覆盖、Sound isolation隔声。当中每一点与沉浸式音效系统设计相关的要点具体如下。
与Dialog clarity对白清晰度相关的系统设计要点：
●Speaker frequency response扬声器频率响应
●Speaker directivity index扬声器指向性指标
●Speaker sound power扬声器声功率
●Speaker audience coverage扬声器的声音覆盖范围
●Speaker mounting and placement扬声器安装与摆放
●Room acoustics including direct to reflected sound ratio (D/R), reflection decay time, flutter echoes, and standing wave resonances室内声学，包括直达声与反射声比值(D/R)、反射声衰减时间、颤动回声和驻波共振
●Background noise levels and spectrum背景噪声等级和频谱
与Localization accuracy声音定位精度相关的系统设计要点：
●Number of discrete speaker feeds and corresponding speaker positioning独立渲染的扬声器数量和相应的扬声器定位
●Audio format decoding and rendering capability音频格式解码和渲染能力
●Interchannel level calibration通道间电平校准
●Interchannel time synchronization calibration通道间时间同步校准
●Interchannel phase and accuracy of frequency range通道间相位和频率范围精度
●Speaker directivity index扬声器指向性指标
●Speaker audience coverage扬声器声音覆盖范围
●Room acoustics, including reflection decay time and flutter echoes室内声学，包括反射衰减时间和颤动回声
与Sound movement声音移动相关的系统设计要点：
●Number of discrete speaker feeds and corresponding speaker positioning独立渲染的扬声器数量和相应的扬声器定位
●Audio format decoding and rendering capability音频格式解码和渲染能力
●Interchannel level calibration通道间电平校准
●Interchannel time synchronization calibration通道间时间同步校准
●Interchannel timbre, frequency and phase accuracy通道间音色、频率与相位精度
●Speaker audience coverage扬声器声音覆盖范围
●Room acoustics, including reflection decay time and flutter echoes室内声学，包括反射衰减时间和颤动回声
与Sound field immersion and envelopment声场沉浸感与包围感相关的系统设计要点：
●Number of discrete speaker feeds and corresponding speaker positioning独立渲染的扬声器数量和相应的扬声器定位
●Interchannel level calibration通道间电平校准
●Interchannel time synchronization calibration通道间时间同步校准
●Interchannel timbre, frequency, and phase accuracy通道间音色、频率与相位精度
●Speaker audience coverage扬声器声音覆盖范围
●Room acoustics, including reflection decay time and flutter echoes室内声学，包括反射衰减时间和颤动回声
与Tonal balance (TIMBRE)色调平衡(音色)相关的系统设计要点：
●Speaker on-axis and off-axis frequency response扬声器同轴和离轴频率响应
●Speaker sound power response扬声器声功率响应
●Speaker audience coverage扬声器声音覆盖范围
●Speaker placement扬声器摆位
●Reflection decay spectral balance反射声衰减频谱平衡
●Standing wave resonances驻波共振
●Digital signal processing (DSP) settings during calibration校准期间的数字信号处理(DSP)设置
●Quality and settings of spectrum analysis equipment频谱分析设备的质量和设置
与Dynamic range动态范围相关的系统设计要点：
●Speaker and subwoofer output sound pressure level扬声器和低音炮输出声压级
●Background noise in the room, due to ventilation, street noise, machinery, projector and equipment fans, etc., which can mask low level details and erode dynamic range房间内的背景噪音，包括通风、街道噪音、机械、投影机和其他设备风扇等，可能会掩盖低级细节并削弱动态范围
●Electronic noise or hiss in the equipment设备中的电子噪音或嘶嘶声
●Poor sound isolation from adjacent noisy rooms较差的隔声处理，邻近嘈杂房间带来的影响
●Excessive reflection decay time that smears dynamics and raises the perceived background
noise level 过高的反射声延迟时间会影响动态，并提升可感知的背景噪声等级
●Amplifier output power功放输出功率
与Bass impact低音效果相关的系统设计要点：
●Subwoofer amplifier output power低音炮功放输出功率
●Subwoofer(s) output sound pressure level (SPL)低音炮输出声压级（SPL）
●Bass headroom of all speakers所有扬声器的低音动态余量
●Subwoofer and speaker placement低音炮与扬声器的摆位
●Standing waves / room modes驻波/房间模式
●Acoustical control of bass energy (wall damping, bass traps, etc.) 低音能量的声学控制(墙壁阻尼、低频陷阱等)
●Bass optimization, including calibration低音优化，包括校准
与Audience coverage听众覆盖相关的系统设计要点：
●Speaker sound power response扬声器声功率响应
●Speaker dispersion扬声器的声音扩散特性
●Speaker count and placement扬声器的数量与摆位
●Subwoofer number and placement低音炮的数量与摆位
●Standing wave resonances / room modes驻波共振/房间模式
●Calibration of frequency response, time synchronization, and levels频率响应、时间同步和电平校准
●Room acoustics, including reflection decay time and flutter echoes室内声学，包括反射衰减时间和颤动回声
与Sound isolation隔声相关的系统设计要点：
●Wall, floor, ceiling, and door construction墙壁、地板、天花板、门结构
●Ventilation systems with common paths to other rooms通风系统与其他房间有公共路径
●Plumbing and other mechanical equipment that can conduct sounds and vibration管道和其他能传导声音和振动的机械设备
●Small flanking paths that leak sound, such as electrical boxes and conduit pass-throughs. 容易泄漏声音的侧面小路径，例如配电箱和导管通道
RP22沉浸式音频设计推荐规范，性能等级区分
RP22推荐规范在沉浸式音效系统的性能指标上与其他推荐规范不同的是，不只是设定一个等级，而是设定4个不同的等级以区分不同性能表现的沉浸式音效系统，让设计师可以根据不同用户的需求获得一个更加出色沉浸式三维音效体验。
Level 1等级1 – The minimum level of performance necessary to convey basic artistic intent.能传达内容创作者意图的最低性能表现
Level 2等级2 – A higher level of performance that more accurately conveys artistic intent.能够更准确传达内容创作者意图的更高阶的性能表现
Level 3等级3 – Meets or exceeds reference commercial cinema exhibition standards.达到或超出参考的商业影院放映标准
Level 4等级4 – The maximum level of achievable performance across every parameter.每个参数都能达到最高的性能要求
RP22推荐规范的性能等级分区，主要包括了三个重要板块，分别是Spatial Resolution空间分辨率、Dynamics动态与Timbre音色。每一个板块所设计的每一项内容如下。
Spatial Resolution空间分辨率
1. Minimum distance between the listening area and the room walls (meters, min) 聆听区域与房间墙面之间的最小距离（米，最小）
2. Decoder/renderer capability and discretely rendered speaker configuration, excl. subwoofers (min # discrete speakers) 解码器/处理器功能，以及独立渲染扬声器设置，不包括低音炮(最少的独立渲染扬声器数量)
3. Number of screen wall speakers allowed outside of recommended zonal locations 在推荐区域位置之外允许使用的屏幕墙面扬声器数量
4. Maximum SPL difference between screen wall speakers (dB max) 屏幕墙面扬声器之间的最大声压级差异（dB最大）
5. Maximum allowable horizontal angle between adjacent surround speakers (° max) 相邻环绕扬声器之间的最大允许水平角度（° 最大）
6. Maximum SPL difference between surround speakers (dB max)环绕扬声器之间的最大声压级差异（dB最大）
7. Wide speakers maximum allowable horizontal deviation from median angle (± °) 宽扬声器最大允许水平偏离中位角（±°）
8. Upfiring/elevation speakers allowed? (yes/no) 使用向上发声/仰角的扬声器吗？（是/否）
9. Maximum allowable vertical angle between adjacent height speakers (° max) 相邻高度扬声器之间的最大允许垂直角度（°最大）
10. Maximum SPL difference between upper/height speakers (dB max) 上方/高度扬声器之间的最大声压级差（dB 最大）
11. Number of surround/wide/upper speakers allowed outside of recommended允许的环绕/宽/上方扬声器数量超出推荐数量
Dynamics动态
12. Screen Speakers SPL capability at RSP (dBC SPL, min & recommended) 在参考聆听位置下屏幕扬声器SPL能力（dBC SPL，最小值和推荐值）
13. Non-screen Speakers SPL capability at RSP (dBC SPL, min & recommended) 在参考聆听位置下非屏幕扬声器 SPL能力（dBC SPL，最小值和推荐值）
14. LFE frequencies total SPL capability at RSP (dBC SPL, min & recommended) 在参考聆听位置下LFE 频率总SPL 能力（dBC SPL，最小值和推荐值）
15. Background noise floor (NCB level, max and recommended) 背景本底噪声（NCB 级别、最大和推荐级别）
Timbre音色
16. Seat-to-seat frequency response variance across all screen wall speakers 所有屏幕墙面扬声器的座位间频率响应差异
17. Seat-to-seat frequency response variance across all surround and height/elevation speakers (± dB, max) 所有环绕和高度/向上发声扬声器的座位间频率响应差异（± dB，最大值）
18. In-room bass extension -3dB cut off frequency (Hz, min & recommended) 室内低音延伸 -3dB 截止频率（Hz、最小值和推荐）
19. Frequency response below the room's transition frequency (± dB, max) 低于房间过渡频率的频率响应（± dB，最大值）
20. Seat-to-seat frequency response variance below the room's transition frequency 在房间过度频率下的座位间频率响应差异
21. Level of early reflections relative to direct sound (dB, min) 相对于直达声的早期反射声等级（dB，最小值）
RP22沉浸式音频设计推荐规范，座位布局
在整个家庭影院的设计当中，座位布局是非常重要的部分，但也是最难的，主要原因在于空间限制与客户要求，往往使得设计师很难实现完美的座位布局。RP22推荐规范对沉浸式音效系统中的座位布局有了相当详尽的要求，首先会建议设计师咨询客户以下关于座位布局的相关问题：
●空间的使用方式有哪些？房间将用来做什么？比如说看电影、看电视、玩游戏、听音乐、练习瑜伽、阅读，和朋友一起看体育比赛等。
●该空间最常播放什么类型的影视内容，以及还有那些其他内容？
●房间需要容纳多少人？如果空间不够大，是否会考虑拓展空间以容纳更大的观众？
●将使用什么类型的座椅？比如说专门的影院沙发、普通沙发或躺椅等？
●是否需要设置单独的休息室？是否会有临时座位？
●是否有包容性设计要求，例如为行动不便的用户提供更加便利的设施等？
需要特别留意的一点，RP22推荐规范对于房间布局的建议，是在假设房间是矩形，并且墙面结构是均衡一致的情况下。为了让观众享受到沉浸式的影音体验，在这个空间之中始终至少预留一个主要的座位位置，也就是我们常说的皇帝位，也被称为是RSP参考座椅位置。 
参考座椅位置(RSP)
RP22推荐规范关于RSP定义的出发点是根据CTA/CEDIA-CEB23-B家庭影院视频设计推荐规范中的相关内容。而在真实设计案例之中，RSP是需要充分了解各种技术参数特点之后，包括画面分辨率、亮度、对比度、屏幕尺寸和宽高比、内容宽高比等等，再通过仔细分析用户的主观观看需求以及其对整个视觉效果的满意度来决定。在墙面结构均衡的矩形房间之中，理想情况下，RSP应该位于中置扬声器的垂直轴上，当中还要留意避开房间中央的过道。
聆听区域
所谓聆听区域是指能够满足影音娱乐需求的所有座位区域。具体来说，聆听区域的定位是所有座位四周对角处聆听者头部相连的区域，以分析前后、左右的声音感知。这个区域也是我们进行扬声器摆位的重要参考对象。整个沉浸式音效系统所呈现出来的空间感与包围感需要完全覆盖整个聆听区域。
座位间的一致性
设计沉浸式音效系统的其中一个主要目标是要实现座位间的一致性，具体来说就是每一个座位应该能够达到RSP皇帝位的效果。不过要实现这个目标并不容易，需要通过房间、扬声器布局来配置座椅位置的方式来实现。
座位与墙面之间的距离关系
当座位太过靠近墙面，这就会导致座位离环绕扬声器的距离变得太近，从而导致了分散观看注意力以及影响整个环绕声场定位的主要来源。在这个情况下，整个沉浸式声场就会不平衡，丧失包围感。因此，强烈建议避免将一整排的座椅或沙发，直接靠着后墙拜访。如果由于空间限制必需要将座位靠在后墙上放置，则建议完全不要使用后置扬声器，毕竟这些位置上的扬声器会非常靠近聆听者的耳朵，也就是成为主要的声源。侧面环绕扬声器是可以接受的。在这种情况下，5.1扬声器的布局要比7.1加上上方扬声器层的布局要更好。
任何座位离墙位置的建议最小距离用dsw（侧墙距离）和dbw（后墙距离）表示，每个性能级别的相应值如上图所示，等级1为大于0.5米，等级2为大于0.8米，等级3为大于1.2米，等级4为大于1.5米。 
避免零区
尽量避免将聆听者的头部放在低阶（一阶、二阶和三阶）轴向长度和宽度方向的驻波（也称为房间模式）的零点处或附近。最终结果将取决于以下因素的组合：
●座位位置
●房间尺寸
●低音炮数量和布局
●室内低音吸收处理
●EQ优化
