立體聲與擴(kuò)聲系統(tǒng)詳細(xì)介紹

“立體聲”一詞近幾年來頻繁地出現(xiàn)在各種文章和媒體中，它的含意可以概括為聲源的空間分布與人們對它的判斷和感受。在自然界和日常生活中，存在著各種各樣的聲源，例如鳥叫、打雷、汽車鳴笛、機(jī)器的噪聲、、演員的演唱、人們的交談等，這些聲源在空間不同的位置發(fā)出的聲音傳入人耳，人們通過聽覺和視覺來判斷出聲源的位置和聲源的屬性，這就是“立體聲”，從這個意義上講，人類就生活在立體聲的環(huán)境中，立體聲聲一點(diǎn)也不希奇，更不是什么“水平”的標(biāo)志，就是一種自然現(xiàn)象。

1、擴(kuò)聲系統(tǒng)簡介

擴(kuò)聲系統(tǒng)通常是把講話者的聲音對聽者進(jìn)行實(shí)時放大的系統(tǒng)，講話者和聽者通常在同一個聲學(xué)環(huán)境中。成功的擴(kuò)聲系統(tǒng)必須要具有足夠響度（足夠的聲增益）和足夠的清晰度（低的語言子音清晰度損失百分率），并且能使聲音均勻地覆蓋聽眾，而同時又不覆蓋沒有聽眾的區(qū)域。

擴(kuò)聲系統(tǒng)包括擴(kuò)聲設(shè)備和聲場組成，主要包括聲源和它周圍的聲環(huán)境，把聲音轉(zhuǎn)變?yōu)殡?a target="_blank">信號的話筒，放大信號并對信號加工的設(shè)備、傳輸線，把信號轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘柕膿P(yáng)聲器和聽眾區(qū)的聲學(xué)環(huán)境。

2、立體聲的理論依據(jù)

要求在另一個空間通過重放系統(tǒng)再現(xiàn)立體聲的效果，即要求形成一個虛擬的立體聲聲場，讓人們一種立體聲感受，這就需要弄清楚人耳對聲源位置的判別機(jī)理。人是通過大腦對從聽覺和視覺獲得的信息進(jìn)行處理來準(zhǔn)確確定空間聲源位置的。大腦處理太復(fù)雜，而從物理的角度去描述又太簡單，只有聲音強(qiáng)度、到達(dá)雙耳的時間和信號的頻率等幾個物理量。因此，人耳對聲源的定位主要還是通過實(shí)驗(yàn)來尋找規(guī)律，然后再作一些簡單的理論解釋。

例如，有影響的實(shí)驗(yàn)主要有：哈斯效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，史蒂芬斯（0123245）等在哈佛大學(xué)樓頂上對人耳定位的試驗(yàn)李開（627829）對兩路立體聲正弦定律的實(shí)驗(yàn)和梅逸曉德對強(qiáng)度差和時間差之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)等。目前流行的雙耳定位機(jī)理的解釋是，低頻時人耳定位主要決定于到達(dá)雙耳的聲音的時間差（或聲程差），高頻時主要決定于達(dá)到雙耳的聲音的強(qiáng)度差（或音色差）。強(qiáng)度差和時間差在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)換（抵消影響）。這也是目前立體聲節(jié)目制和重放的主要依據(jù)，因?yàn)槁曄竦奈恢脹Q定于到達(dá)雙耳聲音的時間差和強(qiáng)度差，這就限制了立體聲重放的區(qū)域，所以二路立體聲重放系統(tǒng)一般只在家庭或小會場的一定區(qū)域能收到較好的立體聲效果。此外，人體的頭、肩、外耳耳廓等在聽音時對聲定位的影響也有廣泛的研究與報道。

3、立體聲擴(kuò)聲系統(tǒng)的發(fā)展

立體聲在重放系統(tǒng)中非?；钴S，而且卓有成效。例如，立體聲的錄音與聽音正在從Stereo發(fā)展到環(huán)繞聲；電影聲音的錄制與還音的各種制式的發(fā)展與實(shí)踐等等。然而，在擴(kuò)聲系統(tǒng)中卻步履艱難?？梢哉f至今沒有一種制式被普遍認(rèn)同而可共同遵循。對于音樂廳和大劇院的觀眾，他們最希望聽到的是演唱和演奏的原始聲音，即所謂“原汁原味”的自然聲效果。例如，歐洲美聲唱法的表演、意大利歌劇和中國的京戲等節(jié)目，原則上不宜采用擴(kuò)聲系統(tǒng)。但是，隨著演出規(guī)模的擴(kuò)大，演出內(nèi)容的多樣化，以及高保真技術(shù)的發(fā)展，使得廳堂擴(kuò)聲逐步為人們所接受。從二十世紀(jì)50年代起，純粹派藝術(shù)家開始接受擴(kuò)聲系統(tǒng)，初期幾乎所有的現(xiàn)場擴(kuò)聲系統(tǒng)都是一個聲道輸出。隨著社會需要和技術(shù)發(fā)展，人們呼喚劇場立體聲擴(kuò)聲系統(tǒng)。但一直到60年代中期，盡管Stereo立體聲的擴(kuò)聲仍然采用單聲道。主要原因是人們發(fā)現(xiàn)。模仿小房間立體聲聽音系統(tǒng)時，把擴(kuò)聲揚(yáng)聲器疊放在劇場舞臺兩側(cè)，信號經(jīng)由 Pan電位器分配的擴(kuò)聲效果只在觀眾廳的小部分區(qū)域擴(kuò)聲效果得到改善。所以人們對這種系統(tǒng)一般抱漠視的態(tài)度。人們繼續(xù)對劇場包括室外的立體聲擴(kuò)聲進(jìn)行探索與實(shí)踐。下面把我們從一些資料中了解到的情況作一簡介。受各種因素限制可能掛一漏萬，意在拋磚引玉。

3.1、廳堂的立體混響增強(qiáng)系統(tǒng)

這是一種用電聲方法增強(qiáng)室內(nèi)聲能密度的系統(tǒng)，在一定意義上也可以認(rèn)為是擴(kuò)聲系統(tǒng)”。早期的Ambiephon和Assisted Resonance， 近年已未見報道。MCRS Muliple-Channel Reverberation System），LARES Lexicon Acoustic Reinforcement and En-hancementSystem），ACS Acoustic Control System）等系統(tǒng)則較為活躍，不斷有應(yīng)用的實(shí)踐報道。這些系

統(tǒng)都重視減少染色、提高穩(wěn)定性以及簡化系統(tǒng)等方面的工作。遺憾的是中國大陸地區(qū)尚無實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)體會。對系統(tǒng)的評定可能要在國內(nèi)有關(guān)部門人士有主觀體驗(yàn)后方能確定。

3.2 、分部擴(kuò)聲系統(tǒng)

該系統(tǒng)將揚(yáng)聲器按舞臺表演時樂器的位置安裝排列，每一個樂器分配給一定數(shù)量的揚(yáng)聲器，為每一個樂器提供一個相同的均衡的聲壓級，低頻吉它的揚(yáng)聲器箱放在舞臺兩邊，其它發(fā)聲群體在中間，這樣排列的揚(yáng)聲器組成了一個聲墻”見圖1）。這種考慮使得系統(tǒng)非常復(fù)雜。這一系統(tǒng)在1974年4月23日美國的California 的San Fracisco 的Cow Palace被使用，效果很好，覆蓋了大部分觀眾?？上б?yàn)榘惭b、保養(yǎng)和維修的負(fù)擔(dān)難以承受，聲墻”只使用了兩年多，然而這- -時期的觀眾和樂隊工程師對此系統(tǒng)的的評價是至今最好的現(xiàn)場擴(kuò)聲”。

3.3、多聲道加環(huán)繞聲的擴(kuò)聲系統(tǒng)

英國Britannia Row設(shè)計的四聲道系統(tǒng)，采用4個輸出聲道左、右、前和后）配有重放預(yù)錄信號的環(huán)繞揚(yáng)聲器系統(tǒng)，用于搖滾樂演出。

加拿大的Audio Analysts of Montreal 采用5個聲道輸出的格式生聲道左、右、邊聲道左右和后聲道）加上重放預(yù)錄信號的環(huán)繞揚(yáng)聲器系統(tǒng)。這系統(tǒng)1988年1月17日在Texas的Dallas用于搖滾樂演出，它由80個輸入組成，其中左、右主聲道分別由24只揚(yáng)聲器箱組成，最大功率48 000W。每一組環(huán)

繞聲由8個揚(yáng)聲器箱組成，每只功率為1 000 W，環(huán)繞聲信號由一個24軌的錄音機(jī)提供。整個視聽的沖擊給觀眾留下了深刻的印象。

3.4、采用信號延時技術(shù)的擴(kuò)聲系統(tǒng)

1977年9月3日在英國的New Jersey采用信號延時技術(shù)的擴(kuò)聲系統(tǒng)成功地服務(wù)于一個60萬人參加的搖滾音樂會。兩路音箱左右疊放在舞臺上，低音箱放在舞臺下面，使用了2條揚(yáng)聲器組成的延時塔，第1條離舞臺125英尺，采用4組疊放的音箱，L.R.L.R交替排列。第2條比125英尺更遠(yuǎn)，采用8組疊放的音箱L.R.L.R.L.R.L.R交替排列，信號經(jīng)過Eventide數(shù)字延時單元饋給，觀眾反映從來沒有獲得這么好的現(xiàn)場立體聲效果。

3.5、采用立體聲場處理器的系統(tǒng)

1986年美國報道了TASSSP Tri Ambient Syn-thesis Stereo Soundifield Processor）系統(tǒng)。 該系統(tǒng)- -共有4個聲道前面為左L，中M，右R，后面一個聲道）前面的左右聲道為主聲道，信號不加任何處理，前中聲道饋給L-R信號，后面聲道饋給R-L信號，希望能擴(kuò)展立體聲聲場，讓更多的觀眾感受立體聲效果，特別是在非中心區(qū)的座位。然而在中心區(qū)，則因?yàn)榍昂舐暤赖母缮?，可能會受到影響?/p>

3.6、DSS系統(tǒng)Delta Stereophony System

DSS系統(tǒng)將第一波前定律應(yīng)用于聲源位置的精確定位， 在分散的揚(yáng)聲器系統(tǒng)之間采用數(shù)字延時技術(shù)以達(dá)到光和聲的感覺的高度相關(guān)，該系統(tǒng)的工作原理見圖2，以聲源到達(dá)觀眾的直達(dá)聲的時間T，為參考，通過調(diào)節(jié)延遲時間來控制各揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音到達(dá)觀眾的時間，例如，揚(yáng)聲器⑤發(fā)出的聲音到達(dá)觀眾的時間為T，延遲時間為ATs，因?yàn)閾P(yáng)聲器⑤離觀眾最近，則ATs也最長，各揚(yáng)聲器依次的延遲時間為AT，AT，AT，和AT3，Tn f-T），精確控制延遲時間確保觀眾主要感受來自聲源的直達(dá)聲。

該系統(tǒng)利用信號的延時技術(shù)來增強(qiáng)自然聲源的響度級和明晰度，從而避免了所有其它聲源的指向和空間的染色”。從1976年以來，該系統(tǒng)已不斷實(shí)踐了20多年，可能是立體聲擴(kuò)聲系統(tǒng)”中實(shí)踐較多的一種。

DSS系統(tǒng)工作原理

3.7 SISM 系統(tǒng)Spatial Image System

它是一個單聲道輸入或兩聲道輸入系統(tǒng)通過在電路中跨接一個專用電位器將其轉(zhuǎn)換成左、中、右或三聲道輸出。利用3個聲道的強(qiáng)度變化來達(dá)到聲像位置在較大范圍內(nèi)移動。音箱安裝在舞臺的左、中、右3個位置。左、右音箱安裝在舞臺臺口兩側(cè)，覆蓋全場，中間音箱置于舞臺臺口上方，獨(dú)立覆蓋全場。左右聲道以饋送音樂伴奏信號為主，覆蓋全場。中置音箱以語言、演唱信號為主，獨(dú)立覆蓋全場。音量調(diào)節(jié)時，要求中間聲道比左右聲道相加值高出3~6dB。顯然，SIS 系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是在單聲道擴(kuò)聲的基礎(chǔ)上，巧妙地利用專用電位器通過強(qiáng)度差來獲得聲像感。

國內(nèi)大陸）絕大多數(shù)的廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)基本上是單聲道系統(tǒng)。上述各種立體聲系統(tǒng)，除SIS近年有若干實(shí)踐之外其它均未見工程實(shí)踐。90年代后有些要求較高的廳堂擴(kuò)聲采用三聲道、每聲道均基本均勻覆蓋全場的方案，其輸入信號通過調(diào)音臺可以方便靈活進(jìn)行分配，各聲道的聲場特性不強(qiáng)調(diào)是用于人聲道重放還是音樂重放，總體上希望中間通道的音質(zhì)不比左右聲道遜色。顯然這種擴(kuò)聲系統(tǒng)可能是單聲道系統(tǒng)的改進(jìn)，并非所追求的理想立體聲擴(kuò)聲系統(tǒng)。

4、改進(jìn)立體聲效果的方法

獲得好的立體聲效果必須做到：

1）聲源的位置與視覺一致;

2）聲音有好的平衡，即使演唱者在走動時;B）優(yōu)秀的聲音清晰度，即使在低聲級時;

4）聲音有好的空間感方向和深度），在室外大型活動也應(yīng)如此;

5）再生特殊的聲效果，如環(huán)繞聲或相似的其它效果。

現(xiàn)場立體聲擴(kuò)聲的實(shí)質(zhì)問題是如何獲得增強(qiáng)演員響度的效果，使全場都清楚地聽到，這樣一來聽覺和視覺自然一致起來，然而對于一個固定安裝的擴(kuò)聲系統(tǒng)來講要求在全場做到聲源位置和視覺一致是很困難的，特別是演員在舞臺上走動時。我們能夠采取的手段是合理地調(diào)節(jié)到達(dá)每一位觀眾的聲音的時間和強(qiáng)度，如果單純地采取其中-一種手段，往往會顧此失彼，不能覆蓋全場。要獲得理想的現(xiàn)場立體聲擴(kuò)聲還有很多工作要做?？梢詫F(xiàn)代的高新技術(shù)和研究成果用于現(xiàn)代立體聲擴(kuò)聲，例如，多聲道擴(kuò)聲技術(shù)，聲源指向性控制技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等;針對不同的聽音區(qū)域采用不同的手段，例如對于非中間區(qū)域，可以利用人耳的聽覺特性采用延時技術(shù)來獲得聲源與視覺一致的效果等。相信通過只大家共同努力，有朝一日一定能實(shí)現(xiàn)理想的現(xiàn)場擴(kuò)聲。