杜比數字（英文名：Dolby Digital），是杜比公司開發的家庭影院多聲道數字音頻系統，也是一種音頻壓縮技術標準。
1994年12月27日，杜比數字由日本先鋒公司與美國的杜比實驗室合作研制成功，并命名為“杜比AC-3（DOLBY Surround Audio Coding-3）”。1997年年初，杜比實驗室又將其改稱為杜比數碼環繞聲（Dolby Surround Digital）。杜比數字最初被應用在電影院里，它在35mm電影膠片中提供多聲道數字環繞聲，后來也被用于電視廣播、數字視頻流、DVD、藍光光盤和游戲機等應用中。
杜比數字提供了5個聲道，即正前方的左（L）、中（C）和右（R），后邊的2個獨立的環繞聲通道為左后（LS）和右后（RS）。這些聲道的頻率范圍均為全頻域響應3~20000Hz。同時，杜比數字還提供了一個100Hz以下的超低音聲道供用戶選用。該聲道包含了一些額外的低音信息，使得一些場景，如爆炸、撞擊聲等的效果更好。這個聲道的頻率響應為3~120Hz，僅為輔助，被稱為“X.1”聲道，所以杜比數字AC-3也被稱為5.1聲道。AC-3將這6個聲道進行數字編碼，并將它們壓縮成一個通道，比特率僅320kbps。杜比實驗室數字與杜比定向邏輯環繞聲和THX系統最大的區別有兩點：一是它的所有聲道均是采用全數碼方式錄制；二是它采用了效率極高的MPEG2數碼壓縮編碼技術，在許多方面克服了傳統杜比環繞聲的缺點。
詞語釋義
杜比數字（Dolby Digital），是杜比公司開發的家庭影院多聲道數字音頻系統，也是一種音頻壓縮技術標準，于1994年12月27日由日本先鋒公司與美國的杜比實驗室合作研制成功，并命名為“杜比AC-3（DOLBY Surround Audio Coding-3）”。由于杜比實驗室數字是一種全數字化分隔式多通道影片聲跡系統，于是在1997年年初，杜比實驗室又正式將毒刺AC-3環繞聲改稱為杜比數碼環繞聲（Dolby Surround Digital）。
技術歷史
背景
1987年，高清晰度電視系統的標準化工作開始在美國實施。在其音頻系統設計中，人們希望能有四個以上的分離的聲道，這就要求數字音頻的數據速率必須至少是CD數字音頻數據率兩倍，而當時的技術條件很難滿足這樣高的速率要求。為此，杜比實驗室開始設計多聲道音頻編碼系統。
AC（Audio coding）指的是數字音頻編碼，它拋棄了模擬技術，采用的是全新的數字技術。AC-3音頻編碼標準的起源是DOLBY AC-1。AC-1應用的編碼技術是自適應增量調制（ADM），它把20kHz的寬帶立體聲音頻信號編碼成512kb/s的數據流。AC-1曾在電視和調頻廣播上得到到廣泛應用。1990年，杜比實驗室推出了立體聲編碼標準AC-2，它采用類似MDCT的重疊窗口的快速傅里葉變換（FFT）編碼技術，其數據率在256kb/s以下。AC-2則被應用在PC聲卡和綜合業務數字網等方面。
誕生
1992年，杜比實驗室在AC-2的基礎上，開始開發DOLBY AC-3的數字音頻編碼技術。1994年12月27日，日本先鋒公司與美國的杜比實驗室合作研制成功，并命名為“杜比AC-3（DOLBY Surround Audio Coding-3）”。盡管AC-3最初是在設計HDTV時構想的，但它實際上投入使用卻是在電影院里，它在35mm電影膠片中提供多聲道數字環繞聲。為了與以前沒有使用AC-3技術的電影院兼容，電影膠片上中的兩個模擬音軌仍然被保留作為數字音頻的備份，而新的數字音頻數據則被記錄在膠片齒孔之間的空間上。
杜比數字AC-3是根據感覺來開發的編碼系統多聲道環繞聲。它將每一種聲音的頻率根據人耳的聽覺特性區分為許多窄小頻段，在編碼過程中再根據音響心理學的原理進行分析，保留有效的音頻，刪除多余的信號和各種噪聲頻率，使重現的聲音更加純凈，分離度極高。杜比數字AC-3提供了5個聲道，即正前方的左（L）、中（C）和右（R），后邊的2個獨立的環繞聲通道：左后（LS）和右后（RS）。這些聲道的頻率范圍均為全頻域響應3~20000Hz。杜比數字AC-3同時還提供了一個100Hz以下的超低音聲道供用戶選用。該聲道包含了一些額外的低音信息，使得一些場景，如爆炸、撞擊聲等的效果更好。由于這個聲道的頻率響應為3~120Hz，僅為輔助而已，所以稱“X.1”聲道。所以杜比數字AC-3也被稱為5.1聲道。AC-3將這6個聲道進行數字編碼，并將它們壓縮成一個通道，而它的比特率僅320kbps。
在技術規格上，杜比數字AC-3與杜比定向邏輯環繞聲（Dolby Pro Logic）和THX系統最大的區別有兩點：一是它的所有聲道均是采用全數碼方式錄制，而杜比定向邏輯和THX則是采用模擬方法錄制；二是它采用了效率極高的MPEG2數碼壓縮編碼技術，從而在許多方面克服了傳統杜比實驗室環繞聲的缺點。
技術特點
更好的立體環繞聲
杜比定向邏輯系統環繞聲只提供單聲道環繞聲，使得后方環繞聲道只有包圍感而沒有聲像定位能力。而杜比數字AC-3系統分別向左、右環繞音箱饋送信號，使環繞聲道成為立體聲聲道，可把聲音定位到后方的某點。比如，在噴氣式飛機從前往后飛去時，杜比定向邏輯只能簡單辨別聲音從前往后飛，而杜比AC-3能更精確地判定是從左前方向右后方飛，還是從右前方向左后方飛，換句話說，就是它能判定后方的某種聲音是從左邊還是右邊發出的。這樣，在杜比實驗室定向邏輯系統中難以再現的直升機沿房間繞場周的音效，在杜比數字AC-3系統中就可輕而易舉地實現。
MPEG-2 Audio的“5.1環繞聲”也稱為“3/2-立體聲家LFE”，其中的“X.1”就是指LFE聲道。它的含義是播音現場的前面可由3個喇叭聲過道（左、中、后），后面可有2個環繞聲喇叭聲道，LFE（Low 頻率 Effects）是低頻音效的加強聲道。
全音頻范圍的寬頻帶
杜比定向邏輯系統中的環繞聲道帶寬僅限于0.1~7kHz，其他聲道也只限0.02~16kHz。而杜比數字AC-3的5個聲道（包括前方的3個聲道和后方的2個聲道）的頻響皆為0.02~20kHz+0.5dB，超低音聲道為20~120Hz+0.5dB，均有重放全部音頻范圍信號的潛力，使得它的音場更加擴大、方向感增強，在前后左右360°的空間內能非常精致地重放各種聲音。
各個通道完全隔離
杜比數字AC-3使用了5個獨立的全頻段通道，即前方的左、中、右和后方的左環繞、右環繞，以及可選用的第六個超低音專用通道，所以也將它稱為5.1通道系統。由于超低音通道的頻帶很窄，頻率范圍限制在20~120Hz范圍內，所以只能算1/10個通道。采用這種5.1通道的環繞聲系統，使得聲像定位、相位特性和聲場的重現性更為優越，并容易在一般家庭中取得和電影院一樣的環繞聲效果。
極其寬廣而且可控的動態范圍
杜比數字AC-3系統可以輕松自如地重放出猛烈的撞擊聲和輕微得幾乎聽不見的諸如一簇灰塵落下的細節聲。相比之下，杜比實驗室定向邏輯系統因解碼后的信號常常帶有較高的噪聲電平，可聽的動態范圍就比較有限。杜比數字AC-3環繞聲還允許用戶根據需要改變動態范圍的寬窄。對于那些住在公寓里或是喜歡在深夜觀看節目的人，常常不得不以小音量聆聽大動態的電影節目，這時利用杜比數字AC-3的小音量設定功能，可以將動態范圍適當壓縮，使得信號中低電平的部分依然清晰，而且系統可以對音量進行動態控制，使聲音不會忽大忽小，甚至還可以根據要求對壓縮進行編程。杜比數字AC-3系統可以按用戶設定音量的大小及數碼流中的音量大小信息，主動控制增益或輸出電平的高低。這樣每到節目變換或切換頻道時用戶不再需要調整音量。
與音響系統的兼容性
杜比實驗室數字AC-3可以與其他種類的音響系統很好地兼容，包括活杜比定向邏輯環繞聲、雙聲道立體聲甚至單聲道系統。它對每一種節目方式，都有一個指導信號，并能在工作時自動地為使用者指示出節目的方式。AC-3甚至可以將5.1通道的信號內容，壓縮為單聲道輸出，其聲音效果要比傳統的單聲道系統好得多。
其他優點
杜比數字AC-3除了技術上有許多特點和優點外，在使用上也具有許多優點：它能使單聲道的節目通過5聲道得到很好的聲音效果。如果在它的比特流內，對每種節目方式，如單聲道（mono）、立體聲（stereo）和環繞聲（surround）等都有一個指導信號，那么在工作時，AC-3能自動地為使用者指示出節目的方式。AC-3可以將5.1通路的信息內容，壓縮為兩個聲道供給錄制兩通道的VHS或作為DOLBY環繞聲的輸入源。AC-3甚至可以將5.1通路的信號內容壓縮為單聲道。
應用領域
杜比數字最初用于給35mm電影膠片提供數字聲音，后來也被用作數字音頻標準用于電視廣播、數字視頻流、DVD、藍光光盤和游戲機等應用。
杜比數字被美國采用作為高清晰電視（HDTV）音頻系統。從1987年以來，美國一直在考慮其后該國高清晰度電視（KITV）的標準，經過多次的評試和鑒定，AC-3在1993年10月25日被正式定為美國HDTV的音頻標準，并在1996年開始使用。
此外，杜比數字AC-3的適用范圍很廣，如制作激光影碟、CD唱機、VIHS錄像帶。在電視廣播上，還可用于DBS（數字廣播系統）、CATV（有線電視），甚至還被用于直播衛星上。
相關介紹
杜比，全稱叫RayM.Dolby，是一個美國物理學家，出生于1933年，杜比實驗室就是以他的名字命名。杜比畢業于斯坦福大學電機系，20世紀50年代任職于美國Ampex公司，致力研究錄音系統。20世紀60年代，他赴英國劍橋大學深造，獲物理學博士學位，曾先后擔任英國及聯合國電子科研組織的高級顧問。1965年，正式創立杜比實驗室。杜比實驗室的總部在美國舊金山，在英國的杜比實驗室則負責電影方面的技轉讓及設備研制工作。杜比實驗室的技術人員常年保持在200人左右，他們擁有幾百項專技術，幾十億美元的資產。
杜比實驗室早年以錄音降噪系統而聞名，始于專業錄音領域，接著成功地進入家用市場。同時，杜比實驗室在電影立體聲研究與應用方面也取得突破，并持續保持領先水平。杜比立體聲統自1975年問世，在世界電影院的多聲道音響系統占主導地位。從最初的模擬式三道，到全數字式5.1聲道的AC-3問世，杜比實驗室為人類音響科技做出了革命性的貢獻，幾乎每一項專利技術都給世界留下了深遠影響。
杜比實驗室擁有的眾多專利幾乎全是改善音響效果的技術。在授權名公司使用他們的項專利時，不但要求廠家按照他們的標準付費，而且還必須在各類器材的顯著部位標注杜比實驗室標志，以作為器材經過授權認證的標記。杜比標志的共同性是一個有英文字樣的方框及左側雙D標記，它既代表杜比公司，又說明了授權使用的機能。由于杜比技術不斷推陳出新，其專利技術已在90多個國家注冊。只要留意一下家庭影院系統的視聽設備，以及各類原版盒式錄音磁帶、LD和DVD視盤等，都可以發現杜比的雙D標志。
參考資料 >