李思惟 刘桂华

摘要：本文主要研究模块化设计在产品设计的应用。通过对家庭影院设备发展历程进行梳理，利用归纳总结法对历代设备组件的变化进行分析、归纳和总结。从发展历程中可以得出家庭影院组件的进步和变化非但不会对模块化设计产生消极影响，在新的科技浪潮下模块化设计反而更有利于应用了新技术/新功能模块的影院设备，从而能够实现“只需要替换部分模块即可实现影院设备的升级”。可知模块化设计能够让产品能够以较低的成本实现功能和技术的升级，并且不会因为某一模块组件的改变而造成整个产品功能上的变化和动摇。

关键词：家庭影院;模块化;功能组件;技术升级

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2019）01-0134-04

在产品的设计定位领域的发展当中，根据使用的环境以及实际的作用，其对产品在功能上的“高、大、全”三者的追求逐渐成为各领域产品设计当中几乎每一位设计师的共同追求。然而，这种追求的直接结果却带来了高度集成化的一系列弊端二臃肿、结构复杂、成本偏高、使用灵活性差等等——这几乎成为科技革命后很多依靠复杂电路和元器件的微电路电子产品的通病。而解决这一尴尬局面最简单、最直接也最快的方法，就是重新在现有的集成化思路的基础上把不同作用的部件分别独立出来，再重新进行整合。同理，当部件具备独立结构并能够相互之间通过连接构成具备完整功能的整体时，他们便具备了被称为“模块”的基本特征，而“模块化”的设计理念，也由此诞生。

模块化，是指在某一产品、系统内的设计、构想当中运用模块的概念对其部件、功能和构成方式上进行组织规划，通过对这些模块分区的选择、组合连接或拆分使其在针对不同需求的前提下，构成具备不同功能或具有不同性能和规格的同功能产品的一种设计方式。

随着科技的发展与变迁，产品设计观念也随着潮流发生着改变。如今在这一领域，有不少产品开始运用这一概念，对产品本身进行分散再组合，以实现某些特定的功能，或解决一些在集成化阶段无法解决的问题。而家庭影院设备的逐步演变，便是其中最具代表性的一员。

1 从放映机到家庭影院设备的变化

1.1 声画结合——放映器材的诞生与定义

1895年，法国的卢米埃尔兄弟发明了世界上第一台电影放映机——此时的放映机，还只是台以每秒16格播放胶片的手摇式改良胶片投影机。但屏幕上那略显模糊的黑白动态场景，给当时人们带来了视觉上的好奇与震撼。随着更好的胶片拍摄、放映技术手段出现这一契机，后来者们得以营造出更为生动的动态画面，电影放映技术也由此在人类社会发展史上迈出了第一步。

放映机，是能够将人自己所看到的现实场景效果进行再现的工具，其面世意味着人类能够成功地通过科学的原理人为制造出足以对大脑视觉中枢产生“以假乱真”的效果。而对于这种“假象”愈发逼真，具象乃至震撼的追求，成为了新的视觉放送设备发展的动力。而电影从无声到有声的进步，推动着观众由最初对有声电影的兴趣，逐步演变成了对音效愈发逼真的憧憬。

1.2 进化——家庭影院

放映机+声道播放器的组合，是电影时代当中最基础、最本质的播放器材——印有定格画面的电影胶片拷贝通过滚轴和间歇机构传送到放映窗前，通过光源照射和镜头放大投映到银幕当中，并辅以有声解说，对应对白或背景音效，尽可能地让观众“能够对故事的发展看得到、听得着”。而这一时代也被称之为“有声电影的胶片时代”。其同时奠定了“声音与画面”作为电影效果构成基本元素的地位。

随着集成电路、信号编码等新技术在播放设备上的应用，乃至观众对于“电影观感应更加真实”的向往等一系列动因的驱动，传统放映手段当中拷贝质量因存放愈久而劣化，视觉效果不够清晰、音响效果过于浑浊且缺乏立体感、翻录质量变差、存储和运输不便、体积过于笨重等问题开始显现。电影从“胶片时代”走向了“信号时代”。而首当其冲的，便是电影放映器材的变化——以大规模集成电路作为硬件基础的设备，省略了复杂繁琐的机械结构，可靠性更高而使用成本更低。同时具备在较小空间内布置和安装的可能性。在对传统的电影放映厅、电影院播放技术等方面发挥积极影响的同时，也让实现“在家居区域等小范围空间内实现与大剧场相当的视听放映效果”的需求成为可能。由此，新的视听设备概念诞生——这就是Home-Theater、Home-Cinema，家庭影院。

2 家庭影院设备的概念与演变历程

2.1 家庭影院的概念与组成方式

家庭影院的诞生，不仅是音响、电视播放和录像技术变革的结果，在发展历程的变化当中每个组成部分也随着技术变革而产生变化，并改变着家庭影院自身的作用和地位（如图1）。

家庭影院设备是指由音频/视频信号放大器（具备环绕声解码、多声道音频功率放大和视频信号解码功能，简称AV功放），多个扬声器（音箱）、大屏幕电视显示器及高质量Audio/Vedio播放源（如组合式音响;LD、VCD、DVD、HDVD、Blu-ray DVD播放器;数字电视或数字卫星广播等）等数个功能模块有机构成的，具有环绕声影院效果的视听系统。其每个模块具备不同制式的信号输入/输出接口，根据用户所选择的播放/传输制式，通过有线/无线的连接方式将各个功能模块连接起来，从而构成具有高清晰度优质画面以及应用杜比环绕立体声配置的多媒体声画一体播放系统（如图2）。

2.2 音画的演变

声音与画面，既是构成电影效果的两个基本元素，也是家庭影院放映效果的两个实现方式。经过多年的发展，电影对音频和画质效果的追求隨着各自的技术发展而逐渐演变进步。

音频的变革——自杜比实验室的四声道编解码技术取得突破之后，原本只能运用于大型场景当中音效技术通过集成化手段，也能够应用于小型化的设备上。并以此带动了音频高保真集成化的潮流，使影院级别的影像和音响效果能够走入居室环境当中，从此揭开了家庭影院技术和设备的大规模应用以及发展的序幕。而随着播放制式、设备元器件乃至解码模式等一系列涉及音频领域的技术开始在新时代的科技革命和技术浪潮中取得长足进步，音频播放设备乃至音频的制式也开始从传统的录像式演变到数字化编码时代，并逐渐成为主流。

视觉的进步——VHS磁带的出现，是影像资料从巨大笨重的电影拷贝机走入小巧玲珑的家用播放机这一演变当中的关键革新点。技术的进步带来的好处不仅仅是大众能够更方便收看更逼真、更高清的影视作品，对于家庭影像设备的出现、发展和壮大更是奠定了技术上的基础。随着影像文件载体从传统的磁带演变为LD-CD-DVD-Blu-ray光盘;储存格式也完成以数字信号为编码模式的CD-DVD-Blu-ray（也就是蓝光）彻底取代以模拟信号为主的VHS、CD-Video模拟信号编码模式的更迭过程。而在体积、性能上的进化，也影响着播放器材乃至家庭影院一系列组成设备和功能上的进步和汰换。

2.3 音视频标准确立的意义

音频：美国Lucas电影公司在《星球大战》系列电影中首次推出了具备高保真度和高质量音频放映效果的丁日X标准电影系统认证，并伴随着《星球大战》系列电影取得成功之际，这套无论在技术还是执行性在当时均属首屈一指的电影系统认证标准被全世界认可的同时，既带动了当时音频制式规范化的新浪潮，也确立了一系列音频播放设备——通过对其功能性的分离和重新整合连接，所形成的一整套组合式环绕立体声系统。并以此为契机将这套系统从家庭影院当中进一步细化，乃至逐渐推广到电脑扬声器、游戏控制台、汽车音响系统和视频游戏等领域当中，成为多媒体公认的音频标准。而这，也成为音响器材设备从以往单声道单频率的整体式音响，走向多声道环绕立体声系统组合式音响的进化契机。

视频：家庭影院的出现，与信号传输制式的发展和进步密不可分——从早期以通过将图像信息转化成以数字0和1为主的模拟信号模式，转变到今日以数字信号记录视频信息的数字电视信号模式。视频技术发展催生了不同信號制式标准（如MPEG-1/2、AVC、H.264等）的出现，这些制式标准的更新不仅改变了历代家庭影院各个视频播放、解码设备的更迭——从VHS磁带播放机的出现到Blu-ray蓝光光盘播放器的诞生不过是二十年的时间，也快速促进了画质更为优秀，观感更加出色的视频信号输出设备的诞生：从模拟/数字信号高清电视机进化到如今的平面、立体式投影机，乃至更为便携的AR/VR设备。

音频与视频制式的确立、推广乃至更新换代，是家庭影院发展当中最为重要的助力，使得家庭影院能够随着时代的变迁通过更新自身所支持的音/视频制式，不断满足用户的需求。而“模块化设计当中”易于变更的特点也在各个功能模块和传输方式，所需器材等硬件设备从布置到连接上的不同变化当中得以体现其优越性。这能够通过连接线材的背板插孔以及标识上得到完美体现（如图3）。

3 功能模块的变迁

和功能单一的传统多媒体设备不同，家庭影院是将具备上述设备功能在内的设备组件进行有机结合而产生的多功能模块综合体。自上世纪80年代传入国内出现至今，功能模块之间搭配和配置的更迭可以归为几次变革。

上世纪80年代末-2000年的第一次变革二随着国内改革开放，以模拟信号为解析对象的第一代前置式电子管音频信号放大器（俗称“胆机”），VHS录像卡带播放机、音响套装和大尺寸彩色电视等部件组成的多媒体播放设备套装面世。尽管其价格昂贵，画质模糊，却依然成为了那个年代当中小部分人群追求视听感受的唯一途径。同时这种多媒体播放设备套装不仅刺激了国内多媒体设备追赶世界的潮流，也成为国内新一代组合式家庭影院诞生的基石。

90年代后随着音像制品发展愈发蓬勃、香港和欧美动作大片的引进，一方面，不同品牌、类型的模块设备开始出现，让用户能够根据自身经济水平和实际需求进行自由组合搭配;另一方面，以杜比四声道环绕声和杜比定向逻辑环绕音效技术、PAL、NTSC视频解码及LD、VCD技术为制式标准，被应用于新一代的家庭影院硬件设备——传统的电子管和机械拾讯头结构被全新的激光刻读技术拾讯头，大规模集成电路版所取代;而以第一代杜比环绕声作为音效模式的音箱套装，构成了整个家庭影院的音效播放器，从而奠定了基础：以“左、右主音箱+左、右独立环绕声音箱构成基本立体声道”所构成的“四声道立体声系统”作为最低配置这一标准也由此确立;大屏幕彩色电视作为主要视频信号输出端，和音箱组件以及能够将模拟音、视频信号进行解码的AV功放器一起，成为真正意义上的第一代家庭影院套装（如图4）。

2000-201。年的第二次变革：数字时代的来临对音视频制式的发展和硬件设备以及解码技术的未来带来了同步的冲击：一夜之间，模拟信号解码和杜比定向逻辑制式，迅速被新一代数字信号解码模式和杜比AC-3数码环绕立体声（Dolby AC-3）系统所取代，成为视频和音频制式的新标准。由此，数字影院时代到来——以能够提供更加清晰音画质的DVD光碟播放机，数字化音/视频解码器，组合式杜比AC-3/数码矩阵环绕声音响以及大屏幕平板电视等设备的组合为标志成为了这个时代的家庭影院设备标准配置。

与此同时，数字高清电视机顶盒的出现和广泛应用，让普通家庭收看到更为便捷，更低成本的高清电视节目的同时，给家庭影院的前途与发展带来了变数——一方面，既能播放高清电视节目，又能收看高清电影资源&多媒体娱乐节目的多功能高清数字电视机顶盒，让设备组合方式繁琐，功能单一而性价比不高的传统家庭影院带来冲击和挑战;另一方面，在连接方式上，新的VGA/DPI乃至HDMI连接制式开始取代Y/Cb/Cr红黄白三色线（俗称“莲花头”）成为新一代高保真音/视频传输手段。实质上不仅为硬件的更新换代铺平了道路，也为新一代家庭影院设备的发展与融合提供了方向和指引;此外，数码矩阵环绕声对音效细化提出了更高要求，这种在传统4音箱组合上增加重低音音箱的杜比

4.1 环绕立体声标准，由此成为主流（如图5）。

2010年后的第三次变革：数字时代的成熟，让数字高清电视机顶盒从威胁融合为新一代家庭影院的可选设备之一;蓝光高清制式脱颖而出，作为称霸新时代的高质量大容量光盘数据储存格式得到应用，并衍生出的蓝光高清光碟播放机与新一代音频数字解码系统，与前者一起构成了这一时期风靡世界的家庭影院配置。同时趋于“扁平化”的模块设备上除了在技术上以支持新一代杜比True HD环绕立体声制式的杜比5.1环绕立体音响组合输出音频之外，通过引入新的日EVC视频编码技术，实现了既能通过等离子、LED曲面屏电视播放高清画质，也能利用全息投影仪乃至高清AR/VR眼镜呈现出立体层次的画面，在功能上实现了视听感的“身历其境”。此外，无线传输的应用让各模块之间从连接布线“乱”、“长”、“绊”的困扰当中摆脱出来，同时降低相互之间因迁就线材连接造成布放位置的难度，让用户能够根据实际空间和条件，对模块合理布置，从而营造出更逼真、优越的视听环境和效果（如图6）。

4 模块化设计规律的总结

经过三十余年的演变，家庭影院经历的数次标志性变革，其设备的变化主要体现在（1）音、视频制式的更新换代;（2）模块本身的新老更迭;（3）模块之间更为便捷的功能交互方式;（4）模块设备数量和功能上的增加;（5）趋于“扁平化”的设计思路等数个方面。但其“通过设备——设备之间功能模块的组合方式实现视听效果的立体化，逼真化”这一功能性目的没有变，而这也是家庭影院最为根本的产品意义。

诚然，工业产品必须“与时俱进”才能延长自身的生命周期，但若使其存在价值不被动摇，既要“开拓创新”，又须“不忘初心”。家庭影院的数次大变革，亦是同理。

这种变革的实质，是观众对于更为逼真，更加清晰视听效果的追求，与音视觉技术和硬件科技发展进化的有机结合的产物。其通过产品设计当中模块化的设计思想得以实现，在给予观众们更贴合时代科技需求的视听效果的同时，迎合了工业设计历史潮流。

而在可预见的未来的发展当中，与新技术（如云计算、大数据分析、互联网+、人工智能等）之间的融合与交互，家庭影院仍然会通过核心的外接设备之间的模块化交互连接，利用新的音视频制式和播放手段，以更为崭新的面貌，为观众带来更上一层楼的音频，视频乃至互动性交流和感受。

5 模块化设计在产品设计的现状与未来

如今，家庭影院这种依靠模块化设计而得以发展至今的多媒体影音播放系统，演变的过程，反映出了模块化设计自身对于产品而言的几个影响。

首先在使用成本上，产品功能的“模块化”有利于用户/消费者能够根据自己实际需求和購买力，选购出适合自己的功能组件并将其进行定制化组合，从而制作出符合自己需要、独一无二的产品。使用户无需购入自己不需要的功能的同时，也降低了产品开发过程中在成本上的繁杂浪费。

其次对那些随着技术进步不断应用新规格、新制式并且需要对子系统硬件频繁升级的产品而言，在总体设计当中运用模块化思路，一方面能够为日后已有功能模块的更新换代留下充裕的工程余量;另一方面也为未来运用新技术和新作用功能模块的加入与技术整合预留了可能。让其在功能拓展上更进一步，也能够吸引用户对其产生进一步升级的兴趣和动机，从而为产品生命周期的延续和重新定义奠定基础。

6 结语

时至今日，从相机、头盔这种小产品到家具、汽车甚至船舶这样的大型工业集成体，模块化设计的理念早已突破了材料（从自然材料到复合材料）、应用领域（从手工制品到国防装备设计研发）、模块连接方式（从传统榫卯对接到无线信号连接交互）等方面的掣肘和约束，在工业产品、工程设计当中得到广泛的应用。而通过回顾家庭影院这一在模块化设计理念形成初期便依此而生的多功能家电产品的变化规律，其自身伴随着模块化设计理念的变革、发展而不断进化，通过硬件等方面的变更以及与新技术的融合，改变功能模块自身的表现形式从而迎合不同历史时期用户对视听效果追求这一基本宗旨，在所有应用模块化设计的产品身上都能或多或少地看到——毕竟，模块带来的可变性和可塑性，让产品能够更加贴合时代需求，从而让他们的生命周期乃至存在价值，走的更长更远。

本文系教育部教育科学规划重点课题《动画专业本科卓越人才模式研究》（项目编号：DIA150309）;吉林省教育厅高等教育以改革课题《基于STEAM理念的“人文新工科”人才培养模式研究与实践》、长春市哲学社会科学课题（项目编号：CSKT2017ZX-0031）阶段研究成果。

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