立体声与扩声系统

5656161 · 发表于 2010-6-23 08:29:36

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“立体声”一词近几年来频繁地出现各种文章和媒体中，它的含义可以概括为：声源的空间分布与人们对它的判断和感受。在自然界和我们日常生活中，存在着许多各种各样的声源，例如：雷鸣、鸟叫、汽车鸣笛、机械的噪声、演员的演唱，以及人们间的交谈等。各种声源在空间不同的位置发出的声音传到我们的耳朵，人们通过听觉和视觉来判断出声源的位置和声的属性，这就是“立体声”，从这意义上讲，我们就生活在立体声的环境中，“立体声”一点也不稀奇，然而，要在另一个环境中重现立体声效果，就不那么简单了。
立体声的提法最早出现在声音重放的研究中。人们在音乐厅内的感受，临场的效果和激发的情感，使人回味无穷。如何能将音乐厅的演奏的实况如实地记录或传输，重现演奏实况的效果，一直是声频工作者梦寐以求的目标。早在1981年巴黎电气展览会上，有人用两只碳粒传声器接收，联接几对耳机作表演，取得意想不到的效果。随着电子技术的发展，电子管的发明，信号放大的实现和电声器材的研制成功，使得大规模传输信号有了可能。1933年贝尔实验室在美国费城和华盛顿之间通过三通路传输，将费城交响乐队的演出在华盛顿重现，取得了相当好的效果。这三路的考虑是左右为主通路，两个主扬声器之间的距离为3~5米，两扬声器之间加一补偿扬声器为副通路。这次实验奠定了以后三路和五路立体声电影的基础，甚至影响到现代家庭影院和高清晰电视中的5.1声道的确定。
要求在另一个空间通过重放系统再现立体声的效果。即要求形成一个虚拟的立体声声场，让人们有一种立体声感受，这就需要弄清楚人耳对声源位置判别机理。大脑对声信号的处理太复杂，而从物理的角度去描述又太简单，只有声音强度，到达双耳的时间和信号的频率等几个物理量。因此，人耳对声源的定位主要还是通过实验来寻求规律，然后再作一些简单的理论解释[1]。例如，有影响和实验有：哈斯效应的实验，史蒂芬斯（Stevens）等在哈佛大学楼顶上对人耳定位的试验，德·波埃的双扬声器实验，李开（LeaKey）对两路立体声正弦定律和验证和梅勉、晓德对强度差和时间差之间关系的实验等。目前，流行的双耳定位机理的解释是：低频时人耳定位主要决定于到达双耳声音的时间差（或声程差），高频时主要决定到达双耳声音的强度差（或音色差），强度差和时间差在一定的条件下可以相互转换（低消影响）。这也是目前立体声节目制作和重放的主要依据。因为声象的位置决定于到达双耳的声音的时间差和强度差，这就限制了立体声重放的区域。特别是扬声器固定的场合，观众在不同位置，很难做到声波到达时有相同的强度差和时间差。所以，二路立体声重放系统一般只在家庭或小会场的一定区域能得到较好的立体声效果。
立体声在重放系统中非常活跃，而且卓有成效。然而，在扩声系统中却步履艰难。对于音乐厅和大剧院的观众，他们最希望听到的是演唱和演奏的原来的声音，所谓“原汁原味”的自然声效果。例如，欧洲美声唱法的演出，意大利歌剧和中国的京戏等节目，原则上不宜采用扩声系统。但是，随着演出规模的扩大，演出内容的多样化，以及高保真技术的发展，使得厅堂扩声逐步为人们所接受。从20世纪50年代起，纯粹派艺术家开始接受扩声系统。初期几乎所有的现场扩声系统都是一个声道输出，现场立体声扩声的设计师和调音师采取了很多办法来改善扩声效果。扩声与重放不一样，前者为现场扩声，观众在不同角度始终看到演员在何处，那么听到声音就应该从那里发出，后者是造就一个虚拟声场，观众凭感觉去想像演员的位置，因此，现场扩声的要求越高，难度更大。
下面介绍一些主要的立体声扩声系统的情况：
一、二路扩声系统

该系统将扬声器系统叠放在舞台两边，这是最常用一种立体声扩声的方法，扩声效果比单声道扩声有所改善，但是，改善的区域比较小，只有少数中间区域观众得益。

二、分路扩声系统

该系统将扬声器箱按舞台表演时乐器的位置安装排列，每一个乐器分配一定数量的扬声器，每一个乐器提供一个相同的均衡的声压级，低频吉它的扬声器箱放在舞台两边，其他发声群体在中间，这样的排列的扬声器组成了一个“声墙”（见图1）。这种考虑使得系统非常复杂。这系统1974年在4月23日，在美国的California的San Fracisco的Cow Palace被使用，效果很好，覆盖了大部分观众，可惜因为安装保养和维修的负担难以承受，“声墙”只使用了两年多。然而，这时期的观众和乐队工程师对这系统的评价是“至今最好的现场扩声”。

三、多声道加环绕的扩声系统

英国Bntannia Row设计的四声道系统，采用四个输出声道（左、右、前和后），配有重放预录信号的环绕扬声器系统，用于摇滚乐演出。

加拿大的Audio Aualysts of Mintreal采用五个声道输出和格式（主声道左、右、边声道左、右和后声道）加上重放预录信号的环绕扬声器系统。该系统1988年1月17日在Texas的Dallas用于摇滚乐的演出。他们所使用的Soundcraft和Yamaha的调音台共有80路输入，扬声器系统中的左、右主声道分别有24只扬声器箱组成，最大功率48000W，每一组环绕声有8个扬声器箱组成，每只功率为1000W，环绕声信号由一个24轨的录音机提供，整个视听的冲击给观众留下了深刻的印象。

四、采用辅助扬声器系统的扩声

该系统根据人耳听觉的哈斯效应，巧妙地利用声信号的延时技术，通过观众不知道放置地点的扬声器系统发出辅助声信号，增强了原声源的强度，改善了厅内的听音环境，取得了比较好的效果。笔者80年代曾在柏林Bringer剧院观看了意大利歌剧的演出，发现该剧院装有辅助扬声系统，使后座观众得益匪浅。

五、采用信号延时技术的扩声系统

能性 1977年9月3日在英国的New Jersey采用信号延时的方法成功地服务于一个60个万人参加者的摇滚音乐会。两路音箱左右叠放在舞台上，低音箱放在舞台下面，使用了二条扬声器组成的延时塔，第一条离舞台125英尺，采用四组叠放的音箱L.R.L.R及交替排列,第二条,比125英尺更远,采用8组叠放的音箱L.R.L.R..L.R.L.R.的交替排列，信号经过Eventide数字延时单元馈给，观众反映，从来没有从现场获得立体声效果。

六、ASSSP系统（Tri Ambient Synthesis Stereo Soundfield Processor三路环绕同步立体声场处理器）。

该系统一共有四个声道（前面为左L，中M，右R，后面一个声道），前面的左、右为主声道，信号不加任何处理，前中声道馈给L-R信号，后面声道馈给R-L信号，希望能扩展立体声声场，让更多的观众感受立体声效果，特别是在非中心区的座位。然而在中心区，则因为前后声道的干涉可能会受影响。

七、DSS系统（Delta Stereophony Systems &立体声系统）

DSS系统将第一波前定律应用于声源位置的精确定位。在分散的扬声器系统之间采用数字延时技术，以达到光和声的感觉的高度相关。该系统的工作原理见图2，以声源到达观众的直达声的时间T0为参考。通过调节延迟时间来控制各扬声器发出声音到达观众的时间，例如，扬声器（5）发出的声音到达观众的时间为T5，延迟时间为△T5，因为扬声器（5）离观众最近，则△T5最长，各扬声器依次的延迟时间为△T4，△T1，△T2和△T3，△TN＞（T0-TN），精确控制延迟时间，确保观众主要感受来自声源的直达声。

六道 · 发表于 2010-6-23 19:05:09

该系统利用信号的延时技术增强自然声源的响度级和明晰度，从而避免了所有其他声源的指向和空间的“染色”，这是一种有效的方法。

八、STSTM系统（Spatital Jmage System空间声像系统）

它是一个单声道输入或两声道输入系统，通过在电脑中跨接一个专用电位器将其转换成左、中、右三个声道输出。利用三个声道的强度变化来达到声象位置在较大范围内移动。音箱安装有舞台的左、中、右三个位置。左右音箱安装在舞台台口两侧，覆盖全场，中间音箱置于舞台台口上方，独立覆盖全场。左右声道以馈送音乐伴奏信号为主，覆盖全场。中置音箱以语言，演唱信号为主，独立覆盖全场。音量调节时，要求中间声道比左右声道相加值高出3~6dB。显然，STSTM系统实质上是在单声道扩声基础上，巧妙地利用专用电位器通过强度差来获得声象感。

从上述的一此些典型的现场扩声系统看，要获得好的立体声效果，必须做到：

※声源的位置与视觉一致
※声音有好的平衡，即使演唱者在走动时
※优秀的声音清晰度，即使在低声级时
※声音有好的空间感（方向和深度），在室外大型活动也应如此
※再生特殊声效果，如，环绕声或相似的其他效果

现场立体声扩声的实质问题是如何获得增强演员响度的效果，使之全场都能清楚地听到，这样听觉和视觉自然一致起来。然而，对于一个固定安装的扩声系统来讲，要求在全场做到的声源位置和视觉一致是很困难的，特别是演员在舞台上走动时。我们能够采取的手段是合理地调节到达每一位观众的声音的时间和强度。如果单纯地采取某一种手段，往往会顾此失彼。要获得理想的现场立体声扩声，还需要我们不断努力，充分利用人耳的听觉特性和高新技术，不断完善，还有很多工作要做。

羊二羊 · 发表于 2010-6-30 09:38:38

点赞了，好文章，不错啊，可以收藏学习了啊！~

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