关于立体声

中国录音师协会

立体声系统是由两个或两个以上传声器、传输通路和扬声器（或耳机）组成的系统，经过适当安排，能使听者有声源的空间分布的感觉。现在一般所说的立体声，实际上是对立体声广播、立体声录音和立体声重放的简称。
人有双耳，因而人们能够判断声源的方位和空间分布，也就是说，人耳具有感受立体声场的能力。这就是通常所说的双耳效应。
当我们收听一组大型管弦乐队演奏的转播时，如果声音转播系统只由一只传声器拾音（或由几只传声器拾音后混合在一起），经一个放大通道后由一只扬声器或由一组扬声器重放出来，就是所谓的单声道系统，所示。由于这时重放的声源近似一个点声源，因而不能反映出实际声场中管弦乐队各种乐器的方位和空间分布，与人们在演奏现场听声的效果有很大不同，也就是缺乏立体感。这是单声道重放系统的最大缺点。

为了获得有立体感的收听效果，人们最初曾试验将许多传声器排成一个平面垂直地布置在演奏现场舞台前面，将各个传声器分别连接到各自的放大器，然后将各放大器的输出分别与另一听声房间中排列成一个平面的同样数目的扬声器一一对应地连接起来。这样，在听声房间中听声时，可以获得与在演奏现场听声时非常近似的效果，能够分辨出各种乐器的方位和空间分布，也就是具有立体感。但随后发现，布置在演奏现场上方与下方的传声器实际作用不大，只要保留一排与乐器高度相当的传声器和一排与人耳高度相当的扬声器效果就已很好。当然，组成一排的传声器数目与相应的扬声器的数目越多，也就是声道数越多，效果就越好。但是声道数过多是不实际的。后来试验只用三个声道，效果就已足够好。这就是20世纪50年代宽银幕立体声电影所采取的方法。随后，进一步试验发现，用两个声道（双声道）也可以获得很好的效果，也就是近30年来立体声唱片、立体声磁带录音和立体声广播所采取的方式。
双声道立体声传声系统。它和单声道系统相比，无论是在音质的改善还是在临场感的加强，以及如实地重现实际声场中各个声源的方位和空间分布方面都有极大的飞跃。但双声道立体声系统只是在听声人的前方重现出声源的方位和空间分布，还不是从四面八方建立起立体声场，所以在一些国家，已经从双声道立体声向四声道声像立体声和三维环绕声发展。我们只着重介绍双声道立体声系统，有关环绕声的内容将在中级教程中介绍。
下面我们先看一下人耳怎样对声源定位，然后再来看应当用什么方法来拾音和重放，可以使人们用双耳听声后可以获得立体感，从而达到高保真立体声重放的目的。
由于人们有双耳，所以除了对声音有响度、音调和音色三种主观感觉外，还有对声源的定位能力，即空间印象感觉，也可称为对声源的方位感或声学透视特性。
人耳之所以能辨别声源的方向，主要是由于下面两个物理因素：一是声音到达两耳的时间差；二是声音到达两耳的声级差。
除此之外，人们的视觉以及经验等心理因素也有助于对声源分布状态的辨别，但这方面在立体声拾音过程是无法利用的。
如果声源在听声者右前方较远处发声，则到达听声者两耳的声音，由于距离不同，以及人头的掩蔽作用，就会产生时间差、相位差和声级差。下面分别加以说明。
1．声音到达两耳的时间差如图1-9所示，假设人头为球形，在通过人的两耳与地面平行的平面内，声波的传播方向与头的正前方的夹角为 。设球体的半径为a，则声波到达听声人左耳（L点）要比到达右耳（R点）多走一段距离LA+AB。由此可计算出声波到达两耳的时间差Dt为
                                                                                                               （1-1）
式中，c为声音在空气中的传播速度。在1标准大气压、15?C时，c = 340m/s。
由式（1-1）可知，Dt与 的正弦成正比。通常，两耳之间的距离是因人而异的，一般取2a = 21cm，则当q
= 90?时，Dt=6.2×10?4 s=0.62ms，为最大值。根据式（1-1）可以绘出Dt和 之间的关系曲线
      

        图1-9
将人头看作球体时，两耳听声的时间差            图1-10
声源方向与时间差的关系

由式（1-1），我们可以得到纯正弦声波在左右两耳产生的相位差Dφ为
                                                                                                   （1-2）
式中，ω为纯正弦声波的角频率。
由式（1-2）可知，当ω比较小，即为波长较长的低频声时（例如，常温空气中，20Hz的声波波长为17m，200Hz的声波波长为1.7m），由时间差产生的相位差有一定数值，人耳可以根据它来判断出声音的方位；当ω比较大，即为波长较短的高频声时（例如，常温空气中，10kHz的声波波长为3.4cm，20kHz的声波波长为1.7cm），由时间差产生的相位差甚至会超过360?，这时人耳已无法判断相位是超前还是滞后，不能根据它判断声音的方位。所以，相位差只对低频声音有用。
通过对式（1-1）和式（1-2）的分析，我们可以得到如下结论：
（1）声音到达两耳的时间差Dt与声源的方位角有关，可以根据它来确定各声源的方位。
（2）声波到达两耳的相位差Dφ不仅与声源方位角有关，而且与声源的频率有关，可以根据它来确定低频声的方位。
2．声音到达两耳的声级差

图1-11 高频声形成的阴影区（上视图）

如图1-11所示，由于人头对声波的衍射作用，即使声波传来的方向相同，由于频率不同也会对两耳造成不同的声级差。对高频声（f >3kHz），声波波长小于或等于头部尺寸，声波被人头遮蔽而不能衍射到左耳，所以到达左耳的声音很小，形成阴影区。声源偏离中轴线越多，或者频率越高，两耳间的声级差越大。
通过分析不同频率时两耳间的声级差可得出下列结论：
（1）对于从正前方附近（q为0?～40?）或正后方附近（q为160?～180?）传到听声者处的声音，两耳间的声级差随声源方位角q 的变化较大，即声源变化一个角度时，声源在两耳间产生的声级差变化较大，也就是曲线斜率变化较大，所以人耳对正前方（或正后方）附近声源方位变化的反应比较灵敏，或者说定位能力较强。
（2）根据实验，当声源频率f =300Hz的声源由正前方移动到后方时，右耳的声级变化小于2dB，左耳的声级变化小于4dB，由声源方位变化产生的两耳的声级差最大约为4dB；当声源频率f =6400Hz时，这一差值可达25dB。所以，对300Hz以下的低频声，声源在两耳间所产生的声级差随声源方位角q的变化很小，即双耳对低频声的定位能力较差。但随着声源频率的增高，两耳间的声级差逐渐增大，对声音定位的能力也逐渐增强。

                               
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琪琪

有图就好理解了

                               
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