第五講 立體聲原理與應(yīng)用(公開課)

1、單聲道聲音單聲道聲音雙聲道聲音雙聲道聲音音樂音樂1 1交響音樂交響音樂水平方向感水平方向感深度感深度感高度感高度感環(huán)繞感環(huán)繞感聆聽者借助雙耳聽覺特性，通過對(duì)電聲系統(tǒng)聆聽者借助雙耳聽覺特性，通過對(duì)電聲系統(tǒng)重放聲場(chǎng)的聽覺感受，重新獲得關(guān)于原重放聲場(chǎng)的聽覺感受，重新獲得關(guān)于原聲場(chǎng)空間信息的聽覺印象。聲場(chǎng)空間信息的聽覺印象。這種印象主要包括聲音的這種印象主要包括聲音的水平方向感、深度水平方向感、深度感（距離感）、高度感、環(huán)繞感感（距離感）、高度感、環(huán)繞感等。等。 一一單聲道聲音單聲道聲音1.1.使用一個(gè)聲道進(jìn)行錄音和重放的聲音。使用一個(gè)聲道進(jìn)行錄音和重放的聲音。2.2.特點(diǎn)：聲音貧乏無味、單薄膚淺。聲

2、音都來自一個(gè)方向或是一特點(diǎn)：聲音貧乏無味、單薄膚淺。聲音都來自一個(gè)方向或是一個(gè)點(diǎn)。個(gè)點(diǎn)。 二二雙聲道立體聲雙聲道立體聲1.1.使用兩個(gè)聲道，并且兩個(gè)聲道再錄音再放音的過程中是相互獨(dú)使用兩個(gè)聲道，并且兩個(gè)聲道再錄音再放音的過程中是相互獨(dú)立、不互相干擾，但兩個(gè)聲道信號(hào)又有聲學(xué)上關(guān)聯(lián)叫雙聲道立立、不互相干擾，但兩個(gè)聲道信號(hào)又有聲學(xué)上關(guān)聯(lián)叫雙聲道立體聲體聲 。三三多聲道環(huán)繞立體聲多聲道環(huán)繞立體聲1.1.環(huán)繞立體聲是在雙聲道立體聲基礎(chǔ)上增加了數(shù)量不等的環(huán)繞聲環(huán)繞立體聲是在雙聲道立體聲基礎(chǔ)上增加了數(shù)量不等的環(huán)繞聲道，構(gòu)成全景立體聲。道，構(gòu)成全景立體聲。 一一聲像聲像聽音者聽感中所展現(xiàn)的各聲部空間位置，并由

3、此而聽音者聽感中所展現(xiàn)的各聲部空間位置，并由此而形成的聲畫面，稱為聲像。形成的聲畫面，稱為聲像。一一聲像定位聲像定位指對(duì)樂器或人聲的聲像能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，甚指對(duì)樂器或人聲的聲像能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，甚至能清晰地確定聲場(chǎng)的特征。至能清晰地確定聲場(chǎng)的特征。立體感立體感空間感空間感層次感層次感包圍感包圍感厚實(shí)感厚實(shí)感臨場(chǎng)感臨場(chǎng)感一一人耳的結(jié)構(gòu)人耳的結(jié)構(gòu)一一人耳的結(jié)構(gòu)人耳的結(jié)構(gòu)一一聲級(jí)差聲級(jí)差 當(dāng)聲源在中間時(shí)，當(dāng)聲源在中間時(shí)，LPLP左左=LP=LP右；聽感上聲音來自正中間；右；聽感上聲音來自正中間； 當(dāng)聲源在左側(cè)時(shí)，當(dāng)聲源在左側(cè)時(shí)，LPLP左左LPLP右；聽感上聲音來自左側(cè)；右；聽感上聲音來自左側(cè)；

4、 當(dāng)聲源在中間時(shí)，當(dāng)聲源在中間時(shí)，LPLP左左LPLP右；聽感上聲音來自右側(cè)；右；聽感上聲音來自右側(cè)；一一時(shí)間差時(shí)間差 mstsmVVVdtsin59. 0/340為聲速sindd 當(dāng)聲源的聲波到達(dá)兩耳的時(shí)間不同時(shí)，當(dāng)聲源的聲波到達(dá)兩耳的時(shí)間不同時(shí)，人耳能根據(jù)此差異，辨別聲源的位置。人耳能根據(jù)此差異，辨別聲源的位置。d0.2md0.2m一一相位差相位差 1.1. 相位差不僅與時(shí)間差有關(guān)，而且還與頻率有關(guān)。相位差不僅與時(shí)間差有關(guān)，而且還與頻率有關(guān)。2.2. 時(shí)間差小于一個(gè)周期時(shí)間時(shí)，用相位差容易判別聲音的方位。時(shí)間差小于一個(gè)周期時(shí)間時(shí)，用相位差容易判別聲音的方位。3.3. 時(shí)間差大于一個(gè)周期時(shí)間

5、時(shí)，無法分辨相位是超前還是滯后，時(shí)間差大于一個(gè)周期時(shí)間時(shí)，無法分辨相位是超前還是滯后，因而被稱為因而被稱為“混亂的相位差混亂的相位差”信息。信息。tTtft p pp pw wj j22聲壓級(jí)差聲壓級(jí)差p p因聲音繞射衰減引起因聲音繞射衰減引起對(duì)高頻定位能力好對(duì)高頻定位能力好時(shí)間差時(shí)間差t t因聲音的聲程長短引起因聲音的聲程長短引起對(duì)所有頻率定位能力都好，尤其是對(duì)所有頻率定位能力都好，尤其是猝發(fā)聲猝發(fā)聲相位差相位差 因時(shí)間差引起因時(shí)間差引起對(duì)低頻聲音定位能力好對(duì)低頻聲音定位能力好j人有雙耳，雙耳之間有一定的距離人有雙耳，雙耳之間有一定的距離，如果，如果聲源偏離聽音人前方主軸方向，到達(dá)兩耳的聲源

6、偏離聽音人前方主軸方向，到達(dá)兩耳的聲音就會(huì)產(chǎn)生諸如聲壓級(jí)差、時(shí)間差、相位聲音就會(huì)產(chǎn)生諸如聲壓級(jí)差、時(shí)間差、相位差等差別，聽覺系統(tǒng)根據(jù)這些差別，結(jié)合已差等差別，聽覺系統(tǒng)根據(jù)這些差別，結(jié)合已有的聽覺經(jīng)驗(yàn)，從而判斷出聲源的方位。有的聽覺經(jīng)驗(yàn)，從而判斷出聲源的方位。英國物理學(xué)家瑞利于1896 一一德德波埃（波埃（DebyeDebye）效應(yīng)）效應(yīng)雙聲源實(shí)驗(yàn)雙聲源實(shí)驗(yàn)在一定范圍內(nèi)調(diào)整兩揚(yáng)聲器間信號(hào)的時(shí)間差或強(qiáng)度差，在一定范圍內(nèi)調(diào)整兩揚(yáng)聲器間信號(hào)的時(shí)間差或強(qiáng)度差，利用利用 “ “雙耳效應(yīng)雙耳效應(yīng)”的理論。使聽音人能夠在聽音活動(dòng)的理論。使聽音人能夠在聽音活動(dòng)過程中感受到聲音方位的變化，再現(xiàn)聲音的方位信息。過程

7、中感受到聲音方位的變化，再現(xiàn)聲音的方位信息。一一 德德波埃（波埃（DebyeDebye）效應(yīng)）效應(yīng)雙聲源實(shí)驗(yàn)雙聲源實(shí)驗(yàn)1 1。如果給兩只音箱饋入相同的信號(hào)，即強(qiáng)度級(jí)差。如果給兩只音箱饋入相同的信號(hào)，即強(qiáng)度級(jí)差，時(shí)間差，時(shí)間差，此時(shí)只感覺到一個(gè)聲音，且來自兩只音箱的對(duì)稱線上。，此時(shí)只感覺到一個(gè)聲音，且來自兩只音箱的對(duì)稱線上。 2 2。如果兩只音箱的強(qiáng)度級(jí)差。如果兩只音箱的強(qiáng)度級(jí)差不為，此時(shí)聽音感覺聲音偏向較不為，此時(shí)聽音感覺聲音偏向較響的一只音箱，響的一只音箱，3 3。如果強(qiáng)度級(jí)差。如果強(qiáng)度級(jí)差大于等于，此時(shí)感覺聲音完全來自較大于等于，此時(shí)感覺聲音完全來自較響的那一只音箱。響的那一只音箱。 3

8、3。如果時(shí)間差。如果時(shí)間差大于等于時(shí)，感覺聲音完全來自先到達(dá)的大于等于時(shí)，感覺聲音完全來自先到達(dá)的那只音箱方向。那只音箱方向。 u 哈斯效應(yīng)哈斯效應(yīng)（兩個(gè)同聲源聲波先后到達(dá)人耳）（兩個(gè)同聲源聲波先后到達(dá)人耳）1 1。若若t t在 msms msms以內(nèi)時(shí)，人耳無法區(qū)分開這以內(nèi)時(shí)，人耳無法區(qū)分開這兩個(gè)聲波。兩個(gè)聲波。2 2。若。若t t在在 msms msms范圍內(nèi)范圍內(nèi) ，已能感覺到兩，已能感覺到兩個(gè)聲源的存在，但方向仍由前導(dǎo)聲源所定。個(gè)聲源的存在，但方向仍由前導(dǎo)聲源所定。 3 3。若。若t t大于 msms時(shí)，則能感覺到兩個(gè)聲源的同時(shí)存時(shí)，則能感覺到兩個(gè)聲源的同時(shí)存在，方向由各個(gè)聲源來確定，

9、滯后聲為回聲。在，方向由各個(gè)聲源來確定，滯后聲為回聲。 u 李開試驗(yàn)李開試驗(yàn) 李開試驗(yàn)證明：兩個(gè)聲源的相位相反時(shí)，聲像可以超出兩個(gè)聲源以外，甚至跳到聽音身后。 u 耳殼效應(yīng)耳殼效應(yīng)： 耳殼的各不規(guī)則曲面將對(duì)聲波產(chǎn)生耳殼的各不規(guī)則曲面將對(duì)聲波產(chǎn)生反射，使單耳具有判別聲音的方位的反射，使單耳具有判別聲音的方位的能力，這一現(xiàn)象稱為耳殼效應(yīng)。能力，這一現(xiàn)象稱為耳殼效應(yīng)。 耳殼效應(yīng)對(duì)4kHz20kHz頻段的辨位能力最強(qiáng)。多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)當(dāng)聲源與聽音者之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)聲源與聽音者之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)感覺某一確定頻率的聲音其音調(diào)發(fā)生了會(huì)感覺某一確定頻率的聲音其音調(diào)發(fā)生了改變。改變。當(dāng)聲源向聽音者

10、接近時(shí)是頻率稍高的音調(diào)，當(dāng)聲源向聽音者接近時(shí)是頻率稍高的音調(diào)，當(dāng)聲源向聽音者離去時(shí)是頻率稍降低的音調(diào)。當(dāng)聲源向聽音者離去時(shí)是頻率稍降低的音調(diào)。雙耳效應(yīng)雙耳效應(yīng)哈斯效應(yīng)哈斯效應(yīng)李開效應(yīng)李開效應(yīng)耳殼效應(yīng)耳殼效應(yīng)多譜勒效應(yīng)多譜勒效應(yīng)u按聽覺機(jī)制分按聽覺機(jī)制分 強(qiáng)度型立體聲強(qiáng)度型立體聲 時(shí)間型立體聲時(shí)間型立體聲u按聲道數(shù)分按聲道數(shù)分 雙聲道立體聲雙聲道立體聲 多聲道立體聲（環(huán)繞立體聲）多聲道立體聲（環(huán)繞立體聲）u按產(chǎn)生方式分按產(chǎn)生方式分自然界中存在的立體聲自然界中存在的立體聲用電聲設(shè)備采錄下的立體聲用電聲設(shè)備采錄下的立體聲用電聲技術(shù)重放或人工合成的立體聲用電聲技術(shù)重放或人工合成的立體聲一一構(gòu)成立體聲最

11、主要的三個(gè)因素：構(gòu)成立體聲最主要的三個(gè)因素：第一是要有立體聲音源；第一是要有立體聲音源；第二要有立體聲的聲場(chǎng)第二要有立體聲的聲場(chǎng) ； 第三是第三是 人耳立體聲聽覺機(jī)制；人耳立體聲聽覺機(jī)制； 二二拾音方法：拾音方法：a.a.時(shí)間差拾音方法：以聲道間時(shí)間差拾音方法：以聲道間“時(shí)間差時(shí)間差”為主要信息獲得立體聲為主要信息獲得立體聲信號(hào)，信號(hào)，“差差”信號(hào)中還包括信號(hào)中還包括“相位差相位差”和少量的和少量的“強(qiáng)度差強(qiáng)度差”。b.b.強(qiáng)度差拾音方法：以聲道間強(qiáng)度差拾音方法：以聲道間“純粹純粹”的的“強(qiáng)度差強(qiáng)度差”信息獲取立信息獲取立體聲信號(hào)體聲信號(hào)。c.c.混合拾音方法：以聲道間混合拾音方法：以聲道間“

12、時(shí)間差時(shí)間差”和和“強(qiáng)度差強(qiáng)度差”為主要信息為主要信息獲取立體聲信號(hào)獲取立體聲信號(hào)“差差”信號(hào)，其中還包括信號(hào)，其中還包括“相位差相位差”。三三立體聲拾音制式立體聲拾音制式利用傳聲器拾取立體聲信息的方法或方式。利用傳聲器拾取立體聲信息的方法或方式。1.1. A/BA/B制式、制式、2.2. X/YX/Y制式、制式、3.3. M/SM/S制式、制式、4.4. 仿真人頭制式仿真人頭制式5.5. 聲象移動(dòng)制式聲象移動(dòng)制式X/YX/Y制式制式 采用兩支完全相同的傳聲器，一上一下緊靠采用兩支完全相同的傳聲器，一上一下緊靠在一起同軸放置。由于入射角的不同，而傳聲器在一起同軸放置。由于入射角的不同，而傳聲器

13、又具有一定的指向性，所以拾取的兩聲道聲音信又具有一定的指向性，所以拾取的兩聲道聲音信息存在著強(qiáng)度差。息存在著強(qiáng)度差。聲象移動(dòng)制式聲象移動(dòng)制式（單傳聲制）（單傳聲制） 采用單個(gè)傳聲器采錄單聲道信息， 后期把每一個(gè)單聲道信號(hào)按照一定的振幅比例，分配到左右聲道中去，得到立體聲聲象群中任何一個(gè)聲像位置，從而完成一個(gè)完整的立體聲信號(hào)。舉例：流行音樂的制作過程一一 立體聲重放系統(tǒng)的三個(gè)前提條件：立體聲重放系統(tǒng)的三個(gè)前提條件：1.1.至少要有兩個(gè)獨(dú)立聲道（兩只揚(yáng)聲器），且各通道性能要相當(dāng)。至少要有兩個(gè)獨(dú)立聲道（兩只揚(yáng)聲器），且各通道性能要相當(dāng)。2.2.揚(yáng)聲器擺放位置要適當(dāng)。揚(yáng)聲器擺放位置要適當(dāng)。3.3.要有

14、合適的聲學(xué)用房要有合適的聲學(xué)用房4.4.聽音人應(yīng)處于立體聲聽音范圍內(nèi)。聽音人應(yīng)處于立體聲聽音范圍內(nèi)。一一 耳機(jī)做立體聲重放的耳機(jī)做立體聲重放的特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.1.耳機(jī)（相對(duì)于揚(yáng)聲器）價(jià)格便宜，有好的帶寬和高的聲壓。耳機(jī)（相對(duì)于揚(yáng)聲器）價(jià)格便宜，有好的帶寬和高的聲壓。 2.2.耳機(jī)聽音突出的優(yōu)點(diǎn)是聽音房間的聲學(xué)特性對(duì)聽音沒有影響耳機(jī)聽音突出的優(yōu)點(diǎn)是聽音房間的聲學(xué)特性對(duì)聽音沒有影響 。3.3.耳機(jī)具有對(duì)噪聲和雜音比揚(yáng)聲器更高的分辨率耳機(jī)具有對(duì)噪聲和雜音比揚(yáng)聲器更高的分辨率 。4.4.耳機(jī)重放不受聽音人位置的限制耳機(jī)重放不受聽音人位置的限制 。5.5.耳機(jī)聽音最大的特點(diǎn)是耳機(jī)聽音最大的特點(diǎn)是“頭中定

15、位頭中定位”現(xiàn)象現(xiàn)象 。一一ACAC3 3環(huán)繞聲制式的四大特點(diǎn)：環(huán)繞聲制式的四大特點(diǎn)：1.1.各自獨(dú)立的前置三聲道（左主聲道、中置聲道、右主聲道）各自獨(dú)立的前置三聲道（左主聲道、中置聲道、右主聲道）和后置雙聲道（左環(huán)繞聲道、右環(huán)繞聲道）以及和后置雙聲道（左環(huán)繞聲道、右環(huán)繞聲道）以及0 01 1的超的超低音聲道。標(biāo)準(zhǔn)表示為低音聲道。標(biāo)準(zhǔn)表示為5 51 1聲道。聲道。2.2.5 5個(gè)聲道沒有任何頻帶限制，是一全頻道的立體聲結(jié)構(gòu)，個(gè)聲道沒有任何頻帶限制，是一全頻道的立體聲結(jié)構(gòu)，因而，除聲場(chǎng)感更自然外，移動(dòng)感及定位感也變得更加因而，除聲場(chǎng)感更自然外，移動(dòng)感及定位感也變得更加明顯。明顯。3.3.超低音聲

16、道可以重現(xiàn)超低音聲道可以重現(xiàn)200 200 HzHz以下的低頻信號(hào)，并可獨(dú)立以下的低頻信號(hào)，并可獨(dú)立控制控制。4.4.該環(huán)繞聲制式采用的是全數(shù)字信號(hào)，因此頻帶寬，動(dòng)態(tài)該環(huán)繞聲制式采用的是全數(shù)字信號(hào)，因此頻帶寬，動(dòng)態(tài)范圍大，相位特性優(yōu)良范圍大，相位特性優(yōu)良。5.15.1環(huán)繞聲方案環(huán)繞聲方案 THX是對(duì)美國盧卡斯影業(yè)公司制定的電影院用音響系統(tǒng)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通稱，THX并不是一種獨(dú)立的放聲系統(tǒng)，它對(duì)杜比定向邏輯環(huán)繞系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，使環(huán)繞聲效果得到進(jìn)一步的增強(qiáng)。一一虛擬環(huán)繞聲原理：虛擬環(huán)繞聲原理：主要由系統(tǒng)控制芯片和虛擬環(huán)繞聲處理電路來實(shí)現(xiàn)，用主要由系統(tǒng)控制芯片和虛擬環(huán)繞聲處理電路來實(shí)現(xiàn)，用兩只喇叭營造不

17、錯(cuò)的具有包圍感的虛擬環(huán)繞聲。兩只喇叭營造不錯(cuò)的具有包圍感的虛擬環(huán)繞聲。二二常見的虛擬環(huán)繞聲技術(shù)常見的虛擬環(huán)繞聲技術(shù)一SRS公司的SRS TruSurround。二Qsound公司的Qsurround。三Aureal公司的A3D。四Spatializer公司的N-2-2DVS。五杜比實(shí)驗(yàn)室的VSS（Virtual Surround Sound）。一一頻率域要求頻率域要求1.1. 對(duì)音樂頻帶下限對(duì)音樂頻帶下限20Hz20Hz以下，上限擴(kuò)展至以下，上限擴(kuò)展至161625kHz25kHz以上以上2.2. 對(duì)語言或歌聲對(duì)語言或歌聲80Hz80Hz12kHz12kHz3.3. 對(duì)語言對(duì)語言200Hz200

18、Hz5KHz5KHz一一頻率域要求頻率域要求1.1. 根據(jù)有關(guān)資料和實(shí)際聽音的經(jīng)驗(yàn)，一般地說，諧波根據(jù)有關(guān)資料和實(shí)際聽音的經(jīng)驗(yàn)，一般地說，諧波失真在失真在1%1%以下時(shí)，就有良好的主觀聽感；諧波失真以下時(shí)，就有良好的主觀聽感；諧波失真在在3%3%就容易被人們所察覺；諧波失真達(dá)到就容易被人們所察覺；諧波失真達(dá)到5%5%時(shí)，主時(shí)，主觀聽感就令人煩躁；如果諧波失真超過觀聽感就令人煩躁；如果諧波失真超過10%10%，主觀聽，主觀聽感就令人難以忍受。同時(shí)，人們對(duì)奇次諧波失真更感就令人難以忍受。同時(shí)，人們對(duì)奇次諧波失真更為敏感。為敏感。 二二相位要求相位要求聽覺的歐姆定律聽覺的歐姆定律 人耳的聽覺只與聲音

19、中各分音的頻率和強(qiáng)度有關(guān)，人耳的聽覺只與聲音中各分音的頻率和強(qiáng)度有關(guān)，而與各分音之間的相位無關(guān)。根據(jù)這一定律，音響而與各分音之間的相位無關(guān)。根據(jù)這一定律，音響系統(tǒng)中的記錄、重放等過程的控制可以不去考慮復(fù)系統(tǒng)中的記錄、重放等過程的控制可以不去考慮復(fù)雜聲音中各分音的相位關(guān)系。雜聲音中各分音的相位關(guān)系。 聲相位的失真對(duì)聲場(chǎng)、定位等主觀聽音評(píng)價(jià)產(chǎn)生不容忽聲相位的失真對(duì)聲場(chǎng)、定位等主觀聽音評(píng)價(jià)產(chǎn)生不容忽視的影響視的影響 ，聲相位失真對(duì)主觀聽音評(píng)價(jià)的影響越來，聲相位失真對(duì)主觀聽音評(píng)價(jià)的影響越來越被人們所重視越被人們所重視 。三三時(shí)間域要求時(shí)間域要求1.1. 瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性2.2. 聲音的起振

20、時(shí)間聲音的起振時(shí)間- -穩(wěn)定時(shí)間穩(wěn)定時(shí)間- -衰退時(shí)間衰退時(shí)間3.3. 電聲設(shè)備要從瞬態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性兩方面來衡電聲設(shè)備要從瞬態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性兩方面來衡量，但兩者是相互矛盾的。量，但兩者是相互矛盾的。三三幅度要求幅度要求1.1.峰值電平峰值電平2.2.平均值電平平均值電平3.3.有效值電平有效值電平4.4.動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍大型交響音樂，最響的音樂片段可達(dá)大型交響音樂，最響的音樂片段可達(dá)115115分分貝貝SPLSPL，最弱的音樂片段約為，最弱的音樂片段約為2525分貝分貝SPLSPL，因而，因而動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)9090分貝。分貝。通常交響音樂的動(dòng)態(tài)范圍約為通常交響音樂的動(dòng)態(tài)范圍約為50508080分貝