怎樣的定位才是精準? 剖析聲音定位原理

聲音定位原理全剖析

    [中關(guān)村在線音頻頻道原創(chuàng)]定位，這是一個簡單又復雜的名詞，如果在一般的生活中來說，定位或許就是找準位置在哪里，這是一件非常容易理解的事情。但這個詞在音樂發(fā)燒友中也是比較常用的一個名詞，而它在音樂或者音頻的領域理解起來似乎并不那么直觀，畢竟這些都是靠耳朵主觀來判斷的東西，無法去具體量化。很多初燒或者是已經(jīng)在燒的朋友們?nèi)匀粺o法弄明白定位的問題，比如怎么叫做定位精準，怎樣的定位才是精準的，關(guān)于聲音從什么地方傳出來，應該怎么去判斷這些一大堆的問題。

    或許一般聆聽音樂的人并不會太多去注意到定位的情況，因為在我們聆聽的大眾流行音樂中大都是采用近場錄音的，聆聽起來基本上聲音都是由最近的地方傳出，不會需要太多去注意定位的問題，也沒有必要去注意。但如果是對于經(jīng)常影音聆聽或者欣賞交響音樂的朋友們來說，定位的問題就顯得尤為重要了。

怎樣的定位才是精準? 剖析聲音定位原理

    其實解釋起來還是一樣的——聲音會從什么位置傳出來，不過理解起來就顯得抽象多了，畢竟我們是在一個虛擬的環(huán)境中聆聽錄音，而不是在現(xiàn)實中去切身感受。那么下面，我們就為大家來解析一下關(guān)于這個定位的問題，這其中會涉及到人對于聲音的判斷、音響器材的擺位、影院聲道和錄音等諸多問題。

    下面，我們將會以盡量易于理解的語言為大家?guī)斫忉尅?/p>

 
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    定位簡單地來理解其實就是人判斷聲音在空間位置中的能力，我們知道人的耳朵其實是比較靈敏的，它不僅能夠判定聲源的方向，同時也能夠判定聲源的遠近。之所以我們能夠判斷聲音方位的原因是聲音達到每只耳朵的時間稍有不同，人腦正是利用這種差別以及一些其它的信息來構(gòu)建一個虛擬的三維空間從而對聲源進行定位識別的。人耳在對聲源進行定位的時候需要向聽覺神經(jīng)中樞提供判斷信息，這個判斷定位的信息來自于聲源發(fā)出的聲波傳遞到人雙耳處的時間差異以及聲壓級差。

雙耳的定位

    時間差效應是我們辨別聲音位置的重要依據(jù)之一，這一原理是如果一個聲音來自于聽音者的正前方中軸線上，那么這個聲音到達雙耳的距離就應該是相等的，聽者就會覺得這個聲音來自于正前方的位置。如果這個聲音來自于聽音者的右側(cè)，那么右耳就會比左耳先聽到這個聲音，所以便會判斷聲音來自于右前方。所以聲源偏離正前方中軸線的角度越大，兩耳朵的聽音時間差異也就越大。

雙耳間相位差和聲強差引起人耳感覺的辨別差值

    聲強差效應是我們判斷聲源方位的另一個重要根據(jù)，它的原理是如果一個聲音來自于聽音者正前方的中軸線上，那么這個聲音達到雙耳的聲強度應該也是相等的，所以聽音者就會覺得這個聲音來自于正前方。如果聲音來自于聽音者的右側(cè)，那么頭部對于聲波形成障礙減弱了聲音到達左耳的強度，所以人們便會判斷聲音來自于右側(cè)。同理聲源偏離正前方中軸線的角度越大，雙耳聽到的聲音強度差異也就越大。

時間差以及順時聲壓差

    雙耳效應正是來自于以上這些理論：人用兩只耳朵一起聽時才能提高對于聲音的定位能力，因為只用一只耳朵僅能夠決定除了方向上的響度、音色、音高等屬性，但不能夠具體確定聲源的方向和準確位置；當兩只耳朵一起使用時，聲源發(fā)出的聲波傳播到兩只耳朵中的距離、時間和強度有所差別，才能夠?qū)β曉催M行準確的定位。

影響人們定位的因素

    人的頭部會對于頻率高的聲音產(chǎn)生衰減的，其實頻率低的聲音要比頻率高的聲音更容易繞過頭部，而一只耳朵中聽到中高頻逐漸衰減的聲音會被當做是離這只耳朵更近的聲音。其實我們的耳朵判斷聲源方向性還是相當準確，相對來說對于遠近距離的判斷要稍差一些。

人耳對于水平面內(nèi)聲音定位準確度曲線

    人的雙耳間實際距離大概在16-18厘米，是800-10000聲波波長的一半，因此對于在這個頻率范圍之外的聲音不會產(chǎn)生方位感。對于700Hz以下的低頻雙耳雙耳聽到的從側(cè)面發(fā)出的聲音已經(jīng)基本上不會感覺到太大的差異，這就需要利用左右耳所聽到的聲音相位差來作為提示的信息：由于頻率低的聲波波長比頭部的尺寸要大很多，所以一只耳朵會聽到相位上擁有一些不同的聲波，就能對于聲源的位置產(chǎn)生提示。

等響度的曲線

    其實人的頭部、耳廓以及身體都會在聲音進入人耳之前使聲信號發(fā)生一些改變，形狀成為橢圓型，且垂直方向軸長、水平方向軸短，各個聲部的聲音離耳道的距離是不同的，人們不同的耳廓也會對于進入耳朵的聲音產(chǎn)生反射，反射聲音和直達聲音何在一起后送到骨膜，產(chǎn)生梳狀濾波。人腦對于這些合成的增強和抵消聲音進行處合在從而來判斷聲源方向，這就是耳廓效應，這種效應主要對于4000Hz以上的聲音才會產(chǎn)生定位作用。

聽音者位于音響正前方

    通常在聲音的頻率高于1400Hz時，強度差起到主要作用，而低于1400Hz時，時間差則起到主要作用。耳朵對于聲源方向的判別，在水平方向上是比豎直方向上更好的：在水平方向0角度時，正常人在安靜的環(huán)境中能夠辨析出1-3度的水平方向角度變化，人們對于60度以下角度的判別能力都是很高的，但超過這個角度后辨別的能力就會迅速下降。

音響的擺位關(guān)系到聲場表現(xiàn)

    了解雙耳效應及其運行的機制能夠易于我們理解很多問題，比如音響擺在我們正前方的位置，我們坐在音響后方的中軸線位置上就會感覺聲音是從兩個音箱之間傳出的，而如果左側(cè)的音響播放時間提前了，那么我們就會感覺聲像在左側(cè)。所以聆聽者應該正好坐在兩個音響的中間位置并且同音響的距離保持在稍大于兩個箱體之間的間距為宜，這就是所謂的“皇帝位”。

 
左聲源A和右聲源B分別優(yōu)先送入人耳的情況

    音響之間的間距是聲場中心聲像定位之間的一種平衡，如果我們的聽音位置不變，拉長音響之間的距離，就會使得聲場拉寬，而縮小兩個音箱之間的間距聲場就會變窄受到限制。間距太大的時候中心的聲像定位就會越來越差甚至消失，所以皇帝位的聽音位置是最為理想的。人們感受聲場信息正是通過“強度立體聲法”和相位差（時間差）法來確定正確聲像定位的。

加入延時處理后的聲音，人的聆聽感覺聲源B揚聲器

    聲場在物理上的寬度和深度使得我們聽到的音樂很大程度地超越了擺在我們面前一對音響的范圍，其實音響輸入的只不過是隨著隨著時間變化的二位電壓形式的電信號而已，但這兩個信號電壓卻能夠在我們面前營造出一個三維的全景聲場，無疑聆聽音樂時擁有動感的聲音聲場是起到很大作用的。聲場正是由兩個在音頻通道中經(jīng)過編碼的幅度差和時間差異在人腦中構(gòu)建的。

交響樂團中的座位分布

    比如我們使用好的聲像定位系統(tǒng)能夠讓我們在聆聽交響樂的時候會發(fā)現(xiàn)首席小提琴演奏員的聲音在前方的位置上，但木管樂器的聲部則是在弦樂器的后方，銅管樂器又更遠一些在木管樂器的后方，打擊樂的演奏聲音則是從最后一排中發(fā)出來的，同現(xiàn)場聆聽差不多。這其實正是因為聲場的作用：演奏廳中的混響已經(jīng)包圍著所有的樂器，聆聽室已經(jīng)隱退由演奏廳代替了！我們聽到的聲音不再是一個平面上發(fā)出的，而是一個立體的空間中發(fā)出的聲音。

音響和錄音共同決定聲場表現(xiàn)

    在營造這種空間感的時候，音響器材起到了決定性的差異，因為音響器材在性能上擁有很大的區(qū)別，所以會讓聲場在寬度和深度上有所區(qū)別。理想的聲場是整個深度上保持寬度不變，好的音響系統(tǒng)是能夠營造出那種磅礴的聲場氣勢的，有的好音響器材能夠在錄音的聲學空間中營造出聲像而不是將其疊加在錄音的聲學空間之上，為了能夠?qū)υ谡鎸嵉穆晫W空間中樂器擺放擁有真實的感受，混響和廳堂的聲音必須同聲像分離出來并且能夠清晰地聽見。

高端音響系統(tǒng)

    而性能不好的器材就不能夠分辨出這種空間的清晰度，也有些音響器材破壞了這種好的聲場所需要的空間信息，此時從音響中放出的聲音不能完全包圍著聆聽者。這些音響會破壞聲場的聲學并加快混響衰減，讓樂器的聲像同混響混為一談
，它不能夠?qū)浺糁械穆晫W空間直觀地表現(xiàn)在我們面前。

高端音響系統(tǒng)

    我們所聆聽的錄音制品在錄音方面的問題也是表現(xiàn)出這些定位差異的重要關(guān)鍵，使用多只話筒在錄音室中進行錄音并且附加有配音的錄音效果肯定不能夠很好地表現(xiàn)出聲場。只有在真正開闊的聲學空間里，使用立體聲話筒錄音技術(shù)并且保證信號通道非常純凈的時候，錄音才能聽到好的聲場表現(xiàn)。

最精確保留錄音時的原有相位信息的CD唱片

    所以好的聲場是通過好的音樂錄音同器材共同決定的。大多數(shù)的發(fā)燒錄音唱片都采用兩只話筒來將原有的這些空間信息給錄制進去，這就是純真錄音技術(shù)。精準保留錄音中原有相位信息的唱片是有的，使用好的音響器材播放出色的錄音時，哪怕是對錄音中的相位信息稍有變化也能夠清晰分辨出來。

關(guān)于立體聲技術(shù)中的定位

    現(xiàn)代立體聲的定位技術(shù)正是利用雙耳效應為理論基礎發(fā)展起來的，立體聲就是人能夠感覺到聲源分布在一個空間范圍中的聲音，讓聲音聽起來更加具有空間感、遠近感以及臨場感。而環(huán)繞立體聲與我們普通的雙聲道立體聲相比不僅擁有臨場感以外，并且能夠讓聲音將聽眾更好地包圍，讓人產(chǎn)生環(huán)繞感。無疑音樂廳和大空間的室內(nèi)更有助于產(chǎn)生這種空間感。

主聲道和環(huán)繞聲道位置關(guān)閉

    而環(huán)繞立體聲就需要多個音源來實現(xiàn)了，就是我們通常所說的家庭影院系統(tǒng)，通常音源需要在4個以上。其實只有左前方和右前方的音源是普通立體聲的主聲道音響，而左后方和右后方為環(huán)繞聲道。重放聲道數(shù)多于由音源數(shù)量決定的聲道數(shù)的音響系統(tǒng)中（這句話聽起來可能有點別扭，就是如果我們音響比較少，但重放的聲道又比音箱數(shù)量多）采用某種手段實現(xiàn)立體聲和環(huán)繞音效，稱之為模擬立體聲以及環(huán)繞聲系統(tǒng)。

多聲道音響的擺位

    與重放聲道的數(shù)量、音響數(shù)量決定的聲道數(shù)兩者相等的立體聲和環(huán)繞聲在音質(zhì)上擁有不同，它只是營造出立體化很多環(huán)繞效果而已。我們常見的虛擬立體聲技術(shù)也會采用在耳機中，使用軟件拓展來實現(xiàn)虛擬立體聲音效，這就是為什么有的耳機僅僅是兩聲道，并且也非多單元結(jié)構(gòu)，卻仍然能夠?qū)崿F(xiàn)多聲道的效果。

多聲道音響的擺位

    傳統(tǒng)的立體聲定位技術(shù)是力圖在節(jié)目中再現(xiàn)出原來聲場的立體聲效果，因此稱作再現(xiàn)立體聲技術(shù)，而現(xiàn)在則可以直接由音響工程師按照音樂的意圖來重新安排音源的布局，簡單點說就是通過人工來重新安排聲音發(fā)出的方位，所以現(xiàn)代的這種立體聲技術(shù)又稱之為重建立體聲技術(shù)。理論上來說立體聲放音是的聲道越多重建聲像的效果就會越好，但從人的耳朵對于重建聲像的感受來看，在合理的音響布局情況中使用4或5聲道就足以代替大數(shù)量的聲道制式了。

好的聲場定位對器材的要求

    多聲道立體聲技術(shù)是對定位起到重要作用的，這也是HiFi音樂聆聽系統(tǒng)同AV家庭影院系統(tǒng)的重要差別：音樂聆聽更加注重音樂重放表現(xiàn)，注重音樂的內(nèi)涵和細節(jié)，所以它并不需要系統(tǒng)擁有極大的功率儲備；而AV系統(tǒng)需要營造聲場的氣氛以及定位精準，并且能夠隨著影像的變動而準確移動，所以它需要足夠大的功率儲備以應對大動態(tài)信號的需求和經(jīng)受大功率沖擊。

AV音箱系統(tǒng)

    AV系統(tǒng)的聲音應該同畫面融合并且使得個聲道的音色保持一致協(xié)調(diào)，所以如果用HiFi系統(tǒng)來欣賞電影或許并不能夠完全表現(xiàn)出電影中的聲場素質(zhì)，因為HiFi系統(tǒng)通常只是兩聲道的，功率也不足以滿足家庭影院需求，并且HiFi音箱一般都是小型的書架箱，低頻響應以及氣勢都表現(xiàn)不足。

書架音箱

    另外需要注意的是音響器材對于聲音遠近感的表現(xiàn)，雖然很大程度上遠近感是由于錄音時錄制者和話筒之間距離等因素的影響，但它也受到重放音響器材的影響。對于音箱來說，遠近感往往會因為在中頻段的響應上出現(xiàn)了峰值或者谷值而形成的。從1000HZ-3000Hz的這一段中頻區(qū)域稱之為臨場區(qū)，因為它能提供一種臨場和直接感。而人聲的諧波就跨越了整個臨場區(qū)域，所以重放時人聲的表現(xiàn)將會大大受到音響器材對于遠近感把握的影響。

器材的選擇對于聲場定位有很大作用

    有些器材能夠?qū)⒙曇敉葡蛉藗兊拿媲?，擁有一種非常近的感覺；但也有些音響器材將聲音往后放挪動，總是擁有一定的距離感。前推行的音響器材顯然比較直觀，能夠讓聲音就在我們眼前出現(xiàn)，但聽久了會產(chǎn)生疲勞感，但聲音如果往后太遠了又缺乏直接性，所以這一點也是大家在選購音響器材時值得注意的。

寫在最后：

    好了，最后大家會發(fā)現(xiàn)僅僅是需要解釋一個名詞而已，但卻并不是那么簡單的。首先我們需要了解人耳對于聲音定位的問題，什么因素能夠影響到人的定位，然后我們才能夠去分析關(guān)于器材的方面，音響如何擺位？立體聲技術(shù)如何重現(xiàn)聲像定位？怎樣去選擇音響器材等等一系列問題。如果我們能夠?qū)τ谶@些有一個充分的了解，那么對于我們選擇音響器材和HiFi耳機是非常有幫助的。關(guān)于聲音的定位知識遠不止于此，篇幅所限我們就不再對更加抽象的問題給大家解釋了，希望大家能夠在讀完這篇文章后，對于聲音定位和音響對于定位的影響等方面有一個基本的了解，我們的目的也就達到了。