声道

单声道

一个声音通道, 用一个传声器拾取声音, 用一个扬声器进行放音的过程,
称之为单声道. 在电视广播中, 单声道伴音质量欠佳,
特别是遇到优质的文艺节目, 尤其是现场直播高水平的音乐节目就显得逊色不少.
另外单声道伴音只能用一种语言进行广播.

双声道

双声道就是有两个声音通道,其原理是人们听到声音时可以根据左耳和右耳对声音相位差来判断声源的具体位置,在电路上它们往往各自传递的电信号是不一样的,电声学家在追求立体声的过程中,由于技术的限制,在最早的时候只有采用双声道来实现。

双声道就是实现立体声的原理,在空间放置两个互成一定角度的扬声器,每个扬声器单独由一个声道提供信号。而每个声道的信号在录制的时候就经过了处理:处理的原则就是模仿人耳在自然界听到声音时的生物学原理(人是双耳的,听到声音时可以根据左耳和右耳对声音相位差来判断声源的具体位置),表现在电路上基本也就是两个声道信号在相位上有所差别,这样当站到两个扬声器的轴心线相交点上听声音时就可感受到立体声的效果。

多声道

尽管双声道立体声的音质和声场效果大大好于单声道,但在家庭影院应用方面,它的局限性也暴露了出来。双声道立体声系统只能再现一个二维平面的空间感,即整个声场是平平地摆在我们面前,并不能让我们有置身其中的现场感。当然,由于在音乐会现场,观众原本就是坐在台下的,而乐队演奏人员则位于舞台之上,立体声所能再现的这种简单的声场方位感与现场音乐会的方位感是基本符合的,因而它仍能满足欣赏需求。但是,在欣赏影片时,整体声场全方位的三维空间感无疑可以给观众一种鲜活的,置身于其中的临场感,因此,多声道技术也开始发展起来。

立体声概念

立体声或者,更普遍的,立体,是一个声音再现,创造一个多方位的听觉透视错觉的方法。这通常是通过使用两个或更多独立的实现音频渠道通过两个或两个以上的配置扬声器(或立体声耳机)在这样一种方式来创建声音从各个方向听到的印象。因此,术语"立体声"适用于所谓的"四声道"和"环绕立体声"系统以及更常见的双通道,双扬声器系统。在本世纪初,立体声音响娱乐系统如广播和电视是常见的,音乐和电影。

环绕立体声的概述

所谓环绕立体声,通常是与双声道立体声相比,系指声音好像把听者包围起来的一种重放方式。这种方式所产生的重放声场,除了保留着原信号的声源方向感外,还伴随产生围绕感和扩展感(声音离开听者扩散或有混响的感觉)的音响效果。在聆听环绕立体声时,聆听者能够区分出来自前后左右的声音,即环绕立体声可使空间声源由线扩展到整个水平面乃至垂直面,因此可以逼真地再现演出厅的空间混响过程,具有更为动人的临场感。如果与大屏幕的电视或电影的图像结合起来,使视觉和听觉同时作用,则这种临场感就更逼真,更生动,因而更具感染力。

立体声原理

基础原理

双耳效应

如果声音来自听音者的正前方,此时由于声源到左、右耳的距离相等,从而声波到达左、右耳的时间差、相位差、强度差、音色差为零,此时感受出声音来自听音者的正前方,而不是偏向某一侧。声音强弱不同时,可感受出声源与听音者之间的距离。

哈斯效应 

当两个强度相等而其中一个经过延迟的声音同时到聆听者耳中时,如果延迟在30ms以,听觉上将感到声音好像只来自未延迟的声源,并不感到经延迟的声源存在。当延迟时间超过30ms而未达到50ms时,则听觉上可以识别出已延迟的声源存在,但仍感到声音来自未经延迟的声源。只有当延迟时间超过
50ms以后,听觉上才感到延迟声成为一个清晰的回声。这种现象称为哈斯效应,有时也称为优先效应。

德波埃效应 

两只相同的扬声器对称地分布在听音者的正前方,如果送给两只扬声器的声音信号的功率相同,两只扬声器辐射的声强级差为0,到达听音者耳朵的时间差为0,则听音者感觉到声音只有一个,来自正前方的对称轴上,人耳不能区分出两个声源。如果增加两只扬声器的辐射声强级差,则声方位(声像)向声音响的那只扬声器偏移,其偏移量大小与声强级差有关。

当声强级大于15dB时,听音者会感觉到声音来自声强级大的那只扬声器。如果两只扬声器的声强级差为0,但两只扬声器辐射声音有一些时间差,这时听音者感觉到声像向先到达的那只扬声器方向偏移。当时间差大于3ms时,声音(声像)好像完全来自声音先到达的那只扬声器。实验表明,声强级差与时间差所引起的效是是类似的,其间可以相互补偿,并且声强级差在15dB以下、时间差在3ms以时,它们之间呈线性关系,每5dB的声强级差引起的声像偏移相当于两声音引起的时间差1ms的效果,这便是德波埃效应。这种效应说明了人耳同时听多个声源发声的方位感的有限性,也是立体声放声所要利用的效应。

掩蔽效应

掩蔽效应指人的耳朵只对最明显的声音反应敏感,而对于不敏感的声音,反应则较不为敏感。例如在声音的整个频率谱中,如果某一个频率段的声音比较强,则人就对其它频率段的声音不敏感了。应用此原理,人们发明了mp3等压缩的数字音乐格式,在这些格式的文件里,只突出记录了人耳朵较为敏感的中频段声音,而对于较高和较低的频率的声音则简略记录,从而大大压缩了所需的存储空间。在人们欣赏音乐时,如果设备对高频响应得比较好,则会使人感到低频响应不好,反之亦然。一种频率的声音阻碍听觉系统感受另一种频率的声音的现象称为掩蔽效应。前者称为掩蔽声音(masking tone),后者称为被掩蔽声音(masked tone)。掩蔽可分成频域掩蔽和时域掩蔽。

劳氏效应

一种立体声围的心理声学效应,将信号延时后以反相叠加在直达声信号上,立即就会产生明显的空间印象,声音似乎来自四面八方,听音者有置于乐队之中的感受。

应用原理

立体感

主要由声音的空间感(环绕感)、定位感(方向感)、层次感(厚度感)等所构成的听感,具有这些听感的声音称为立体声。自然界的各种声场本身都是富有立体感的,它是模拟声源声象最重要的一个特征。根据哈斯效应和德波埃效应,只要通过对声音的强度、延时、混响、空间效应等进行适当控制和处理,在两耳人为的制造具有一定的时间差△t、相位差△θ、声压差△P的声波状态,并使这种状态和原声源在双耳处产生的声波状态完全相同,人就能真实、完整地感受到重现声音的立体感。与单声道声音相比,立体声通常具有声象分散、各声部音量分布得当、清晰度高、背景噪声低的特点。

定位感

若声源是以左右、上下、前后不同方位录音后发送,则接收重放的声音应能将原声场中声源的方位重现出来,这就是定位感。根据人耳的生理特点,由同一声源首先到达两耳的直达声的最大时间差为0.44ms~0.5ms,同时还有一定的声压差、相位差。比较常见的一种说法是:20Hz~200Hz低音主要靠人两耳的相位差定位,300Hz~4kHz中音主要靠声压差定位,更高的高音主要靠时间差定位。定位感主要由首先到达两耳的直达声决定,而滞后到达两耳的一次反射声和经四面八方多次反射的混响声主要模拟声像的空间环绕感。

空间感

一次反射声和多次反射混响声虽然滞后直达声,对声音方向感影响不大,但反射声总是从四面八方到达两耳,对听觉判断周围空间大小有重要影响,使人耳有被环绕包围的感觉,这就是空间感。

环绕立体声的对比

立体声具有方向感、展开感的声音。立体声是由直达声、混响声和有效反射声相互作用的结果。所谓直达声指的是声音在向各方向扩散时,从音源直接到达视听者耳朵的声音,而反射声指的是从周围障碍物反射回来的声音。电视伴音中的立体声,其信号源可以从接收立体声电视广播或从外接的音频输入端子中获得,然后用左、右两路独立的放音通道进行立体声重放,并由分别安装在电视机左右两侧的扬声器发声,它所建立的声场,是在两扬声器之间的平面上,观众在观看电视时,只有置身于这个平面,才能感觉出声音的立体感,但缺乏临场感。简单说来,就是指具有立体感的声音。自然界发出的声音是立体声,但我们如果把这些立体声经记录、放大等处理后而重放时,所有的声音都从一个扬声器放出来,这种重放声(与原声源相比)就不是立体的了。这时由于各种声音都从同一个扬声器发出,原来的空间感(特别是声群的空间分布感)也消失了。这种重放声称为单声。如果从记录到重放整个系统能够在一定程度上恢复原发生的空间感(不可能完全恢复),那么,这种具有一定程度的方位层次等空间分布特性的重放声,称为音响技术中的立体声。

环绕立体声

环绕立体声与一般的立体声不同,环绕立体声音所产生的声场,不仅让人感受到音源的方向感,且伴有一种被声音所围绕所包围以及声源向四周远离扩散的感觉。环绕立体声的功能,增强了声音的纵深感、临场感和空间感,使视听者不仅能够感受来自前、后、左、右的声源发出的声音,而且感受到自己周围的整个空间,都被这些声源所产生的空间声场所包围,从而营造出一种置身于歌厅、影剧院的音响效果。环绕声是立体声的一种。

3D环绕立体声

3D环绕声与目前流行的家庭影院环绕声(如杜比定向逻辑环绕和杜比AC一3)同属音频定位技术的畴,它也能使听音者产生声音来自周围的环绕感觉,但它的主要用途和基本原理与后者存在着较大的差别。

3D环绕立体声与杜比环绕声相比较,其主要特点是:

  • 对声源没有要求

    3D环绕声对音源没有严格要求,无需编码,可对任何双声道立体声音源进行处理,某些类型的3D环绕声(如SRS环绕声)也可处理单声道和杜比环绕声音源。它不需装备5~7声道功放及音箱,仅用原有的双声道功放及音箱即可实现3D环绕声,可大幅度节省成本。

  • 适合小空间、近距离欣赏

    3D环绕声对音箱摆位及播放空间要求不高,可在近距离聆听或在狭小空间聆听,特别适用于多媒体电脑、汽车音响、随身听及我国城乡居住面积狭小的情况。

  • 对音响软硬件要求不高,而且接线简单,使用方便

    在诸如录像机、LD与VCD影碟机、CD唱机、
    LP电唱机、多媒体电脑、电视机。功放、收音调谐器中均可得到应用。

  • 交互式与移动式环绕声

    3D环绕声配合多媒体电脑或电子游戏机,可方便地实现交互式环绕声,即允许用户经常性地改变声音的类型和顺序。

环绕立体声的形成

四声道环绕立体声系统

所谓四声道系统,是指原声信号不加任何改变地传送和重放。在四声道环绕立体声系统中,将四个传声器分别放置在声源的前、后、左、右四个方向上进行四声道声源采样,然后,通过四声道传输,分别送到置于视听者前、后、左、右的四个扬声器上,以重现环绕声音响效果。这种方案因传输通道过多,没有应用在电视机电路中。

模拟环绕声系统

模拟环绕声系统采用特定的环绕声处理电路,对立体声的两路信号进行加工处理,根据人耳听觉生理上的两大特点,即掩蔽效应和哈斯效应,利用电子电路模拟出一个环绕声场,并用多个扬声器进行放音,营造出丰富的三维空间音响效果,使视听者产生极强的临场感。

所谓掩蔽效应,指的是一个较响的声音,往往会掩盖住同时出现的另一个较轻的声音,尤其是当这两个声音在相同的频率围时,掩蔽效应更为明显。

而哈斯效应是指当直达声和混响声到达人耳的时间差在一定围时,人耳就感觉到直达声和混响声已融为一体,很难再将它们区别,只是响度有所增加而已。混响声是由墙壁等障碍物经过复杂的反射才听到的声波。

根据人耳听觉生理上的这两大效应,可以推断出这样两个结论:其一,如果有来自同一音源的直达声和混响声,那么,较轻的混响声往往被较响的直达声所掩盖,人耳察觉不到混响声的存在。但如果混响声到达人耳时,在时间上与直达声延迟较大,人耳就会感觉到直达声的存在,并确定其位置。其二,对那些延迟时间较长,且与原声源不相关的混响声,人耳不仅能察觉出它的存在,而且能逼真地提供距离感,认为它来自周围的空间。

目前,多数大屏幕彩色电视机的环绕声处理电路,正是根据上述原理,采用模拟环绕声技术,将立体声左右两路信号,经专用的环绕声处理器,进行延迟、移相等处理,再通过环绕声扬声器发声,来模拟环绕声效果。

编解码环绕声系统

编解码环绕声系统是将原多声道采样信号,经过特定的编码技术,变成两声道信号进行传送,在接收端重放时,再通过解码器还原出原声道的信息,经多只扬声器放音,形成环绕立体声场。杜比环绕声系统可谓是这类编解码环绕声系统的代表,它将原声场信息,归结为左、右、中、环绕声音四路信息,然后通过编码使之合成为双声道信息进行传送,接收端经杜比解码器解码,再还原出四声道信号进行重放。

那么与传统立体声回放相比,多声道环绕立体声有哪些优势呢?首先就整体效果而言,您可以获得来自多个不同方向的声音环绕,听众被包围在整个声场之中,通过一些虚拟的音效模拟技术可以获得身临各种不同环境的听觉感受。其次,在游戏中我们可获得更为临场的娱乐体验,通过多声道技术和EAX、A3D的软件支持,用户可以明显的感觉到游戏中各类声音效果的定位和变化。第三、环绕立体声可以为用户营造出一个更加出色的家庭影院系统,随着DVD影碟的日渐普及它将为我们带来视觉和听觉的双重冲击,多声道环绕声将为给我们带来丰富的听觉享受和音响效果。总之环绕立体声技术可以模拟出一个近乎真实的声音环境,给听众以全新的感受。

六项环绕基本设计

设计环绕声声音时,声音设计师可以根据情节以及要混合的素材制作出各种表现形式。可将环绕声设计分成以下的基本设计项。

下面是环绕声声音设计中的六个基本方面和具体表现方法,用在各种场合中体现其效果。

环绕气氛(氛围和声场表现效果)

无论音乐或戏剧这是最基本的环绕声设计容。

音乐方面,环境空间可以在听众背后创建出来,听众能感知犹如身处厅堂,具有临场感和氛围体验。在演奏管弦乐的音乐会中,厅堂的结构风格、听众热烈反应的鼓掌和欢呼、以及自舞台上向厅堂扩散的扩声声音,这一切能使声音表现出现场真实性。

对于实况转播,有着大量观众的室外体育比赛,诸如棒球、足球和网球,以及包括排球、滑冰、冰球、篮球和相扑等室体育比赛,通过环绕气氛的设计能够使体育场馆激动人心场面的景像和氛围逼真地表现出来。

至于戏剧,环境氛围是环绕声设计中最需要体现的,它能够较清晰地反映出场景情况和戏剧剧情的进展。根据当前表演的场景所在,例如是起居室、法庭、地下停车场、丛林、沙漠、深海或宇宙飞船等,可以开发出各种各样的环绕声设计。

戏剧的环境气氛与音乐会的环境气氛其不同点在于,戏剧中不必同时录下现场的环绕声成份。对戏剧素材经常可以进行新的播放加工,以最好的方式进行组合,使之适合所选择现场的表现方法。

对于音乐,在话筒布置上录音师可以发挥他们自己的才能,做到以连续的方式捕捉整个围的空间信息,给出稳定的声场。

飞越过渡(直线运动表现效果)

对于在环绕声上没有概念和体验的听众来说,飞越过渡形式的环绕声设计最能使他们感受到环绕声是什么。所谓飞越过渡,顾名思义,是使特定的声音沿着前后的纵深方向移动的一种设计。例如,喷气飞机的起飞和着陆,激烈战斗场面中枪弹的沿轨迹飞行,疾驰汽车的飞跃,潜水艇的驶过,以及宇宙飞船的航行等,对这些场景设计出瞬间的环绕声效果将给人们冲击性的感受。

如何创建出弹道轨迹的环绕声效果,取决于设计者个人的创意思想。

水平旋转(水平面旋转运动效果)

水平旋转形式的环绕声设计能够产生以螺旋状环绕听众的漩涡样声音,听众感觉到犹如处在震摇和移动的空间。这种设计适合于表现台风或龙卷风场景,但不宜频繁使用,它使人进入极度惊恐、恶梦或异常心理状态的世界,因而其表现场合应加以必要的限制。例如,这种设计形式能够配合给出被吸入龙卷风部、游艇被卷入海洋大涡流下等现实场面中的声音效果,或者模拟幻觉或恶梦之类的非现实场景中的环绕声。应用于"灾难启示录"开始处的螺旋浆和直升机的蒙太奇编辑是这种环绕声设计形式的很好例子,可使研究者在乘直升机追踪加利福尼亚洲大龙卷风的前方见识到惊狂的犬吠禽鸣。

领先声场/余音效果

前面"1"中说明的环境气氛效果用来使听众感觉置身于现场之中,换言之,感觉上他与现场结合在一起。而领先声场给予听众以当前场景的展开,余音效果则能回味前一场景的印象。

例如,假定一个场景是一家人在起居室愉快地用餐,而下一个场景将转入一场意外事故而要求一家人赶往医院手术室,则可以在起居室场景中只引入一些救护车警报声和手术室大门开闭声,以给出领先声场。另外,作为余音效果的例子,比如激烈的战争场面后过了10年,一位老人在家中回忆当年的战斗景象,这时在老人的特写镜头上可给出当年枪声的余音效果,以使前后情节有联系地过渡。

声音垂直下落效果(自顶部灌降)

这种设计形式能表现出声音从听众上方灌降下来。从理论上讲,在当前的水平6声道扬声器布置下要求重放表现这类声音高低关系是不可能的,但是,实际上环绕声扬声器通常要放得高于听众的坐席,可以利用这一点实现声音垂直下落效果。

这种设计形式的现实表现方法在一定场合十分有效,例如,在机场候机室广播的寻呼声,在潜水艇艇长的命令传达,以及从飞船上来的寻呼声等,都能使听者有这种心理感受。来自天堂的上帝教诲声和特殊的独白等,也是有效的例子。

声像强调效果(大声音感觉更贴近)

这种声像强调效果不是给出自上落下的声音效果,而是给出一种水平声音效果,主体成份是以前方的C声道为中心,辅助成份则由L-R/SL-SR声道重现。它能够有效地强调诸如特定对话或者独白之类的人声,以及诸如开枪和爆炸之类的效果声。不像单声道的重现效果,这里能够设计出有效得多的强烈效果。多声道技术与单声道技术的全部表现手段相比较,既有强烈效果,又能确保峰值裕量。主、辅声音成份怎样分配,如何表现最佳效果,都依赖于设计师的才能。