第四节 立体声基础

1、第四节 立体声基础要点：1、通过立体声技术探索历程的讲解，引导学生的积极思考；2、掌握立体声技术的基本概念和原理的基础上，引导学生认识各种立体声技术。基本概念、立体声的定义：实际上，我们在日常生活中听到的自然界的声音就是立体声。但是，在音响技术中所讲的立体声是通过录音，传输和重放系统，在一定的声环境中，通过人耳听觉特性获得声音空间分布印象，并产生临场感，立体感。为此往往就需要一些特殊的处理。有人给出立体声这样的定义：立体声是一个应用两个或两个以上的声音信道，使聆听者所感到的声源相对空间位置能接近实际声源的相对空间位置的声音传输系统。任何一个声环境中的实际声源将会给聆听者听到三部分声音：直达声、

2、早期反射声和混响声。直达声给人耳确定声源的方位；早期反射声给人听觉产生空间感；混响声给人听觉以包围感。早期声和混响声共同作用，综合形成现场环境的音响气氛，即临场感。优良的立体声系统应该能再现这些要素。、立体声的特点：与单声道重放声相比，立体声具有以下显着特点：1）具有明显的方位感和分布感：单声道放音过程中，声音是由单个（或完全同信号的多个）扬声器发出，可以认为这些声信息如同由门上的钥匙孔拥挤地传送出来，这就是“匙孔”效应。匙孔效应注定了它作为点声源无法分清声音的空间分布印象，也不易表达出直达声，混响声等的时间信息。而立体声能够较真实地再现声场，使感觉声源的“像”（声像）已分布到空间的各个角落或

3、某些范围，而不仅限于少数几个扬声器上。而且借助于声像的空间分布感以及空间的层次感，使得那些需要突出的声部也能真实地再现。2）具有较高的清晰度：单声道放音时，由于分不清声像方位，而是混在一起，受掩蔽效应影响，使得听音的清晰度较低。而立体声重放系统的放音，聆听者明显感到声音来自空间不同方位的声像，因而互相之间的掩蔽效应减弱了很多，具有较高清晰度。3）具有较小的背景噪声：单声道放音时，背景噪声与有用声都从同一点发出，背景噪声影响大。而立体声重放时，噪声的声像被分散开了，背景噪声对有用声的影响减小了。4）具有较好的临场感：单声道重放时，重放的早期反射声、混响声都来自同一方向，无法让上感受到它们的存在，

4、而立体声重放系统中，能够再现早期反射声和混响声，使聆听者感受到原声场的环境信息，具有强烈的临场感。：双声道立体声系统双声道立体声是把现场的实际音响制作成左和右二信道相关信号，并以二扬声器在听音室重放，获得现场真实感的信号拾取、处理和重放的技术。下面我们进一步讨论这些技术。一、双声道立体声拾音：许多已开发了的立体声拾音技术，有的比较适合古典音乐的自然平衡和透视；有的则比较适合流行音乐的要求。在古典音乐的拾音中，最受欢迎的技术是：迭合传声器技术（两只传声器尽量靠近）和所谓的分隔技术（两只或三只传声器彼此隔开一定距离摆放，通常在演出团体前排成一条直线）。流行音乐的拾音中，受欢迎的技术是多传声器技术。

5、它是将许多传声器贴近其各自的声源以保证良好的声音分隔，然后再分别处理它们到两声道中去合成。、迭合技术：（）M-S技术：M+左输出右输出（a）这种技术中，一只传声器沿其主轴覆盖演出团体，以强调中间；另一只字形特性的传声器错开90°罢放，以强调演出的两个侧面，见右图(a)若将这二只传声器的输出合起来后，就有二个方向图，一朝右，一朝左，而最大拾取点之间的夹角为2。位于演出组中间的信号由这二个图形等量分解，将在立体声阵中作为中间幻像声源出现。当声源向右移动，这时右边图形中分解到的信号多，左边图形中分解到的信号少，于是幻像也相应移动。若声源位于右方角，那么左边图形实际上分解不到信号，将会觉得声

6、音在右扬声器位置。这种技术有以下特点：+ +（c）1）在立体声阵中，决定声像位置时，只用声强度的暗示。在传声器与传声器之间，或在左拾取图形和右拾图形之间没有时差。2）它有优异的单声兼容性。把两声道相加后，字形传声器的输出被抵消掉，只剩下心形传声 器的输出，如图(c)。演出团体（d）3）由于要照顾到大型演出团体的适当覆盖角，经常需要把传声器对放在离该演出团体前面较远的地方，因而对录音环境的声学特性要求比较苛刻。如图(d)所示，示出三种可能的传声器对位置，似乎只有一种位置能传达所需要的直接声对残响声的关系。这时录音师必须花更多时间来调整演奏者和传声器之间的关系，以及选择合适的录音环境。录制得好的M

7、-S拾音，常保持了惊人的真实度，这基本归功于这种方法中，传声器对于残响信息的响应。因为两传声器彼此离得很近，将拾取具有相同频谱的能量分布的混响信息，但两只传声器分别朝不同方向，其输出瞬间相位和幅度将会很不连贯，其结果是混响在两扬声器间展开，两直接声源，则摇到两扬声器间某位置出现。（）“宽度”控制器和“位置”控制器：（b）M（心形）S（8字）宽度控制位置控制左出右出（e）传声器对常用如右图(e)的“宽度”和“位置”控制器。宽度控制器改变合成信号中心形成分和字形成分的相对平衡。若要立体声变窄，就把M成分加大，其效果是在两声道之间增大公共成分或单声成分。若要立体声变宽，那就增大S（侧面）成分，在左右

8、声道中分别引入倒相成分以展宽立体声阵。位置控制器好象声道之间的平衡控制器。可使传声器对所建立的幻象处于该立体声阵中的任何一个位置上。S- +M+ - + + 左出L右出RL R 代替前二页图4（a）（b） （）M-S制式变换上（X-Y制）：在图(a)(b)中，我们看到M(心形)与S(字形)合成L = ,和R = 时， L与R是相应为朝左和朝右，夹角为2的方向图。因此可以用图(b)指向性的两个拾音器直接组成L和R的拾音，以代替图(a)的M-S和处理电路。我们称用这种二个指向性一致的拾音器组合为X-Y制式。图4（f） 图(f)(g)就是另外二种M-S和X-Y变换。无论是M-S和X-Y，它们都只有声

9、音的强度差，而无时间差。、间隔技术：图4（h） 图4（g） 图(h)所示的X-Y交叉心形布局是间隔技术的开始点。假如把X-Y二个交叉心型拾音器搬开，但同时又保持它们之间相同的角度关系，那么合成的幻像就将由强度关系和相位关系两者所产生，如图(i)。当两传声器彼此间隔超过2.5m3m时，就有把所有声源（除二传声器间几乎等距离的声源）推向这一边或另一边，产生所谓的“中间空洞”。录音师可以简单地增加第三个传声器来矫正中间空洞效应，如图(j)。这第三个传声器输出要平分给左右声道。产生的中间幻像用来稳定整个立体声阵，并对舞台中间的任一活动，如独唱，增加焦点。间隔技术的应用要点：声源 左 右 幻像 声源2

10、路程差（i）1）间隔技术在美国已被偏爱地用来录制古典音乐，因为它似乎会产生“比较热情”的声音。迭合技术在正确位置能产生极好的“录音”。而间隔技术则似乎是在应付不大理想的声学环境时，可以提供录音师较大的灵活性。除了在录音环境中出现的早期反射声外，采用在传声器与传声器之间延迟的方法，也可 以使这些传声器产生类似早期反射声的附加延迟信号。通过传声器的摆位，这些延迟都在录 音师控制之下，根据有利于他的情况来用这些延迟。左 右 （j）中 2）间隔技术中，还可增加许多单个传声器靠近乐队的个别声部或个别乐器，以“强调”那些乐 器或给它们增添某些色彩如图(k) 通常，这些传声器的输出被摇到立体声阵中，该乐器或

11、该声部的大致位置，而且这些传 声器的输出信号加到录音中也有一定限度，能满足所要求的效果就够了。如果音量太大，那么来自“强调”的信号它比主传声器大概提前2030ms会超到乐队其余演奏者前头去的趋势。左右（k） 古典乐中，下列乐器常用“强调”传声器：木管、竖琴、定音鼓、较温和音乐的打击乐以及各弦乐首席。现在这些“强调”传声器通常要加以延迟，使其与主传声器同步到来，不存在领先效应。、多声道拾音技术：对于现代歌曲和舞蹈音乐等的立体声录音大数采用多声道录音法。多声道拾音技术操作如下：1）拾音环境是个混响时间很短的录音室。室中用隔音板隔成若干个小房间，将乐队按照乐器的类型分为若干组，如小提琴组，打击乐组等

12、。使每一组在一个小房间中演奏。2）每个小组由各自的传声器拾音后，经调音台控制并放大，送往多声道录音机，分别记录在宽磁带的一条磁迹上，通常多声道录音机使用5.08cm宽的磁带，多声道录音磁头可以在磁带上记录16或24个磁迹。3）录音时，演员头戴耳机，通过耳机不仅能听到自己的演奏，同时还能听到其它乐器组的演奏，也就是整体的声音，以演奏能步调一致，融合成一体。4）对一个乐曲可以一次录完成，也可先录乐曲的节奏声，然后再分让各种乐曲组的演员头戴耳机按节奏演奏，即经多次录音。5）后期加工，可对各声道进行分别加工处理，然后将每一声道信号通过调音台上的声象电位器，按不同比例分配到左右声道中，这样就可以将各种乐

13、器人为地定位在一方位。使整个乐曲以两声道重放时获得层次分明，立体感强的立体声。多声道录音有以下优点：1）各乐器组可互不干扰，使录下声音层次分明。2）不用所有演员同时演奏，安排较灵活。3）可分别对乐器组处理得更细致，效果更理想。4）若某一乐器组演奏中有失误，可以只重录这一乐器组声音。5）可作到一歌唱演员唱几重唱，也可由一演员演奏几种乐器。有限听音区 展宽听音区 对于古典音乐，要求融和感强，所以多用迭合技术和分隔技术，而不用多声道方式。二、双声道立体声的听音：立体声还音的最主要要求是，产生清晰的幻像声源，而这种要求双需要遵循以下的原则：1）两扬声器指针一定要相同。不同型号扬声器听起来容易产生广阔和

14、声音，听起来好听，但会使幻像源恍惚，严重时模糊不清。2）两扬声器在听音室内应对称摆放，让室内的声学处理对两扬声器效果一样。3）听众与两扬声器之间的夹角应在60°到90°之间。但为适合个人爱好应留相当的余地。4）在利用扬声器的方向性方面，应使听音区域大到能合乎要求。最后一点请看右图，较强方向性扬声器正朝前面，这时不仅听音区受限制，而且假如听众向右移动，很快靠近右扬声器主轴，远离左扬声器声主轴。这样幻像会明显地右移。较好的布置应当如下图，两扬声器主轴朝向听音区中间，听众无论往哪一边移，就只会产生很小的幻像移位。这时就等于展宽了听音区。例如听众右移，虽然更接近了右扬声器的零声轴（

15、声压级较小），但更靠近了左扬声器主轴（声压级较大），这样的幅度关系趋于抵消右扬声器时间上的领先，所以中间幻像保持相对的稳定。对于听音室应该在整个声频范围内都有良好的声学特性。一般听音室都不大，根据小闭室的声学特性是300500Hz以下存在强烈的稀疏的驻波，应特别注意低频的控制。否则即使良好的扬声器频率响应，也会在小室中低频区域显出明显的峰和谷。这时假如试图在一给定的听音位置用电均衡对频响加以校正，那么很快就会发现，校正过后，只相对于原听音位置几十厘米，所作的校正便完全不对了。因此低频应做针对性的声扩散或吸声处理。后面会有详述。而对于中高频，由于有较密集的驻波，容易形成扩散声场，应慎重考虑吸声处

16、理，使有合适的混响时间。很多听音室的误区往往是只注重了窗帘等中高频吸收，而忽略了低频，结果声环境很不理想。：四声道立体声系统（a） （b） （c） 正如为了克服单声道的匙孔效应，发展了立体声，产生了比较的音乐厅环境幻觉，比单声有更真实的放音那样，四声道立体声（又称四方声）能使这种幻觉更进一步。假如双声道立体声是从窗孔看音乐厅或舞台，那么四方声则企图在听众的听音环境重建原来的演出环境。一、四声道立体声的发展：开始人们试图要建立来自听众的水平面或方位面内的任何方向的幻觉。从理论上说，只要围绕听众布置多个扬声器阵，使产生各方向的准确声像是可行的，但实际对听众的感觉（幻觉）又如何呢？图(a)为围绕听众

17、的八扬声器方位阵。真像（存在于扬声器处）和幻象（存在于扬声器和扬声器之间的声象）将会大致同样准确。图(b)为六扬声器阵，所有前方的每六分之一圆周上的幻像是准确的，而打算给后方的各六分之一圆周的幻象会差些。图(c)的四方布置中，摇到四个扬声器上真像会准确，前方的幻象十分准确，而后面的幻象就稍差。尤其是中后的信息可能显出点头顶上的感觉。一般在后面象限中的“左右”完整性可保持，但会有“前方”模糊不清的情况。而打算给侧面的幻象实际上是不存在的。例如，当某信号从左前摇到左后，听众会感到它似乎还没有立即跳回左后之前，一直保持在左前的位置。而当给左前和左后馈以相等信号时，声象位置清晰地保持在左前位置，除此听

18、众把脸转向左边，这时会感觉到那个方向有清晰的幻象。立体声 T T 左 右 （d） 由图（c）四方声阵的情况可见，四方声的幻象不稳定，这还会有行得通的实际价值吗？应该说它至少给我们这样的启示，当主要声像来自于前方时，背面和侧面则给出了提供反射和混响的声场作用。、环境信息的恢复：如右图(d)所示，是马德森恢复环境信息方法。它造成这样的幻觉，在直接声与混响声的关系上，侧面信息与正面信息很不一样。为什么呢？让我们先看看达曼斯克效应。该效应指出当干扰噪声来自主要声源同一方向时，比来自两边的相同干扰噪声给听众的感觉是侧面更突出。例如在音乐厅里，来自听众背后和两侧的小的噪声，对听众的烦扰程度远比来自前面的噪

19、声引起的烦扰要大得多。左前 右前 左后 右后 （e） 因此马德森的立体声处理方法中，因为领先效应（哈斯效应），听众会觉得主要声源的位置是在前方，而来自两侧的混响则因达曼斯克效应而得到加强。（f） 左前 右前 左后 右后 实际上，上述的现象正是20世纪六十年代坎宁安引入的新“四方音”时，其相应录音方法的一部分。如右图标，为典型的录音布局：用两侧传声器（左后，右后）拾取早期反射声和延迟不到30到35毫秒的直接声（相对于左前，右前）。图(f)为相应的典型放音布局，左后和右后主要还原早期声和延迟声。很多听众不喜欢前面的正方形扬声器布局，却对这种布置完全满意。该系统是以这样的概念为基础，即填充在前面18

20、0°园弧内的早期反射声阵，从许多方面来说比试图创造一个连续的围绕听众的方位角幻象要重要得多。左右左前 右前 左后 右后 T1 T1 T1 均衡 均衡 均衡 TR 前面讨论已指出，“处理”一般立体声信息，使之成为非常真实的直接环境四方声演出是可行的。把延迟器和高质量的人工混响器（TR）组合起来可产生一对环境声道，这对声道和在同样环境里的一对传声器输出几乎区别不出来。 T1创造早期声，空间大小感觉。 T3575ms，早期与密集混响的间隔。TR混响时间，必须和T1大小保持一致。均衡调整与典型环境频谱一致。音量口味问题。、矩阵四方声系统：常简称矩阵四方声系统为“”，它的意思是把四个信道通过编码矩阵合成二个传输信道，重放时再把这二信道解混为四个输出。值得惊讶的是在某些录还音情形下这样做可以有相当好的效果，但一般来说，由于这种处理常来信道分隔上