立体声与扩声系统详细介绍

陈RQING 2018-05-25 8325

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描述

　　“立体声”一词近几年来频繁地出现在各种文章和媒体中，它的含意可以概括为声源的空间分布与人们对它的判断和感受。在自然界和日常生活中，存在着各种各样的声源，例如鸟叫、打雷、汽车鸣笛、机器的噪声、、演员的演唱、人们的交谈等，这些声源在空间不同的位置发出的声音传入人耳，人们通过听觉和视觉来判断出声源的位置和声源的属性，这就是“立体声”，从这个意义上讲，人类就生活在立体声的环境中，立体声声一点也不希奇，更不是什么“水平”的标志，就是一种自然现象。

　　1、扩声系统简介

　　扩声系统通常是把讲话者的声音对听者进行实时放大的系统，讲话者和听者通常在同一个声学环境中。成功的扩声系统必须要具有足够响度（足够的声增益）和足够的清晰度（低的语言子音清晰度损失百分率），并且能使声音均匀地覆盖听众，而同时又不覆盖没有听众的区域。

　　扩声系统包括扩声设备和声场组成，主要包括声源和它周围的声环境，把声音转变为电信号的话筒，放大信号并对信号加工的设备、传输线，把信号转变为声信号的扬声器和听众区的声学环境。

　　2、立体声的理论依据

　　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，让人们一种立体声感受，这就需要弄清楚人耳对声源位置的判别机理。人是通过大脑对从听觉和视觉获得的信息进行处理来准确确定空间声源位置的。大脑处理太复杂，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找规律，然后再作一些简单的理论解释。

　　例如，有影响的实验主要有：哈斯效应的实验，史蒂芬斯（0123245）等在哈佛大学楼顶上对人耳定位的试验李开（627829）对两路立体声正弦定律的实验和梅逸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的声音的时间差（或声程差），高频时主要决定于达到双耳的声音的强度差（或音色差）。强度差和时间差在一定条件下可以互相转换（抵消影响）。这也是目前立体声节目制和重放的主要依据，因为声像的位置决定于到达双耳声音的时间差和强度差，这就限制了立体声重放的区域，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收到较好的立体声效果。此外，人体的头、肩、外耳耳廓等在听音时对声定位的影响也有广泛的研究与报道。

　　3、立体声扩声系统的发展

　　立体声在重放系统中非常活跃，而且卓有成效。例如，立体声的录音与听音正在从Stereo发展到环绕声；电影声音的录制与还音的各种制式的发展与实践等等。然而，在扩声系统中却步履艰难。可以说至今没有一种制式被普遍认同而可共同遵循。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始声音，即所谓“原汁原味”的自然声效果。例如，欧洲美声唱法的表演、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。从二十世纪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。随着社会需要和技术发展，人们呼唤剧场立体声扩声系统。但一直到60年代中期，尽管Stereo立体声的扩声仍然采用单声道。主要原因是人们发现。模仿小房间立体声听音系统时，把扩声扬声器叠放在剧场舞台两侧，信号经由 Pan电位器分配的扩声效果只在观众厅的小部分区域扩声效果得到改善。所以人们对这种系统一般抱漠视的态度。人们继续对剧场包括室外的立体声扩声进行探索与实践。下面把我们从一些资料中了解到的情况作一简介。受各种因素限制可能挂一漏万，意在抛砖引玉。

　　3.1、厅堂的立体混响增强系统

　　这是一种用电声方法增强室内声能密度的系统，在一定意义上也可以认为是扩声系统”。早期的Ambiephon和Assisted Resonance，近年已未见报道。MCRS Muliple-Channel Reverberation System），LARES Lexicon Acoustic Reinforcement and En-hancementSystem），ACS Acoustic Control System）等系统则较为活跃，不断有应用的实践报道。这些系

　　统都重视减少染色、提高稳定性以及简化系统等方面的工作。遗憾的是中国大陆地区尚无实践经验体会。对系统的评定可能要在国内有关部门人士有主观体验后方能确定。

　　3.2 、分部扩声系统

　　该系统将扬声器按舞台表演时乐器的位置安装排列，每一个乐器分配给一定数量的扬声器，为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，其它发声群体在中间，这样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。这一系统在1974年4月23日美国的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此系统的的评价是至今最好的现场扩声”。

　　扩声系统

　　3.3、多声道加环绕声的扩声系统

　　英国Britannia Row设计的四声道系统，采用4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 Analysts of Montreal 采用5个声道输出的格式生声道左、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。这系统1988年1月17日在Texas的Dallas用于摇滚乐演出，它由80个输入组成，其中左、右主声道分别由24只扬声器箱组成，最大功率48 000W。每一组环

　　绕声由8个扬声器箱组成，每只功率为1 000 W，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。

　　3.4、采用信号延时技术的扩声系统

　　1977年9月3日在英国的New Jersey采用信号延时技术的扩声系统成功地服务于一个60万人参加的摇滚音乐会。两路音箱左右叠放在舞台上，低音箱放在舞台下面，使用了2条扬声器组成的延时塔，第1条离舞台125英尺，采用4组叠放的音箱，L.R.L.R交替排列。第2条比125英尺更远，采用8组叠放的音箱L.R.L.R.L.R.L.R交替排列，信号经过Eventide数字延时单元馈给，观众反映从来没有获得这么好的现场立体声效果。

　　3.5、采用立体声场处理器的系统

　　1986年美国报道了TASSSP Tri Ambient Syn-thesis Stereo Soundifield Processor）系统。该系统- -共有4个声道前面为左L，中M，右R，后面一个声道）前面的左右声道为主声道，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，可能会受到影响。

　　3.6、DSS系统Delta Stereophony System

　　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T，为参考，通过调节延迟时间来控制各扬声器发出的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T，延迟时间为ATs，因为扬声器⑤离观众最近，则ATs也最长，各扬声器依次的延迟时间为AT，AT，AT，和AT3，Tn f-T），精确控制延迟时间确保观众主要感受来自声源的直达声。

　　该系统利用信号的延时技术来增强自然声源的响度级和明晰度，从而避免了所有其它声源的指向和空间的染色”。从1976年以来，该系统已不断实践了20多年，可能是立体声扩声系统”中实践较多的一种。

　　扩声系统

　　DSS系统工作原理

　　3.7 SISM 系统Spatial Image System

　　它是一个单声道输入或两声道输入系统通过在电路中跨接一个专用电位器将其转换成左、中、右或三声道输出。利用3个声道的强度变化来达到声像位置在较大范围内移动。音箱安装在舞台的左、中、右3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，SIS 系统实质上是在单声道扩声的基础上，巧妙地利用专用电位器通过强度差来获得声像感。

　　国内大陆）绝大多数的厅堂扩声系统基本上是单声道系统。上述各种立体声系统，除SIS近年有若干实践之外其它均未见工程实践。90年代后有些要求较高的厅堂扩声采用三声道、每声道均基本均匀覆盖全场的方案，其输入信号通过调音台可以方便灵活进行分配，各声道的声场特性不强调是用于人声道重放还是音乐重放，总体上希望中间通道的音质不比左右声道逊色。显然这种扩声系统可能是单声道系统的改进，并非所追求的理想立体声扩声系统。

　　4、改进立体声效果的方法

　　获得好的立体声效果必须做到：

　　1）声源的位置与视觉一致;

　　2）声音有好的平衡，即使演唱者在走动时;B）优秀的声音清晰度，即使在低声级时;

　　4）声音有好的空间感方向和深度），在室外大型活动也应如此;

　　5）再生特殊的声效果，如环绕声或相似的其它效果。

　　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，使全场都清楚地听到，这样一来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，如果单纯地采取其中-一种手段，往往会顾此失彼，不能覆盖全场。要获得理想的现场立体声扩声还有很多工作要做。可以将现代的高新技术和研究成果用于现代立体声扩声，例如，多声道扩声技术，声源指向性控制技术、数字处理技术和计算机技术等;针对不同的听音区域采用不同的手段，例如对于非中间区域，可以利用人耳的听觉特性采用延时技术来获得声源与视觉一致的效果等。相信通过只大家共同努力，有朝一日一定能实现理想的现场扩声。

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