【原】立體聲與雙耳效應

音頻應用 2020-03-02

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立體聲的概念

立體聲，顧名思義，就是指具有立體感的聲音。

首先，它是一個幾何概念，是指在三維空間中占有位置的事物。那么聲間也有立體的嗎？回答是肯定的。因為聲源有確定的空間位置，聲音有確定的方向來源，人們的聽覺有辨別聲源方位的能力。尤其是有多個聲源同時發(fā)聲時，人們可以憑聽覺感知各個聲源在空間的位置分布狀況。從這個意義上講，自然界所發(fā)出的一切聲音都是立體聲。如雷聲、火車聲、槍炮聲等。

當我們直接聽到這些立體空間中的聲音時，除了能感受到聲音的強度、音調(diào)和音色外，還能感受到它們的方位和層次。這種人們直接聽到的具有方位層次等空間分布特性的聲音，稱為自然界中的立體聲。

其次，自然界發(fā)出的聲音是立體聲，但我們?nèi)绻堰@些立體聲經(jīng)記錄、放大等處理后而重放時，所有的聲音都從一個揚聲器放出來，這種重放聲（與原聲源相比）就不是立體的了。這時由于各種聲音都從同一個揚聲器發(fā)出，原來的空間感（特別是聲群的空間分布感）也消失了。這種重放聲稱為單聲。

如果從記錄到重放整個系統(tǒng)能夠在一定程度上恢復原發(fā)生的空間感（不可能完全恢復），那么，這種具有一定程度的方位層次等空間分布特性的重放聲，稱為音響技術(shù)中的立體聲。

雙耳效應

為了在重放聲中恢復空間感，首先要了解人類的聽覺系統(tǒng)為什么有辨別聲源方位的能力。研究發(fā)現(xiàn)，這主要是因為人們有兩只耳朵的緣故（只有一只耳朵有聽力的人是感受不到立體聲的）。

由于人類是用兩只耳朵來聽聲音的，耳朵生長在頭顱的兩側(cè)，它不僅在空間上有距離，而受頭顱阻隔，因此兩耳接收到的聲音就會有種種差異。這種通過聲音到達兩耳的時間差、聲級差、相位差和音色差來進行聲像定位的效應稱為雙耳效應。

1、聲音到達兩耳的時間差

由于左右兩耳之間有一定的距離，因此，除了來自前方和正后方的聲音之外，由其他方向傳來的聲音到達兩耳的時間就有先后，從而造成時間差。如果聲源偏右，則聲音必先到右耳后到達左耳。聲源越是偏向一側(cè)，則時間差也越大。實驗證明，當聲源在兩耳連線上時，時間差約為0.62ms。

2、聲音到達兩耳的聲級差

兩耳之間的距離雖然很近，但由于頭顱對聲音的阻隔作用，聲音到達兩耳的聲級就可能不同。如果聲源偏左，則左耳感覺聲級大一些，而右耳聲級小一些。當聲源在兩耳連線上時，聲級差可達到25db左右。

3、聲音到達兩耳相位差

聲音是以波的形式傳播，而聲波在空間不同位置上的相位是不同的（除非剛好相距一個波長）。由于兩耳在空間上的距離，所以聲波到達兩耳的相位就可能有差別。耳朵內(nèi)的鼓膜是隨聲波而振動的，這個振動的相位差也就成為我們判別聲源方位的一個因素。當然頻率越低，相位差定位感覺越明顯。

4、聲音到達兩耳的音色差

聲波如果從右側(cè)的某個方向上傳來，則要繞過頭部的某些部分才能到達左耳。已知波的繞射能力同波長與障礙物尺度之間的比例有關(guān)。人頭的直徑約為20cm，相當與1700Hz聲波的波長，所以頻率為1000Hz以上的聲波繞過頭顱的能力較差，衰減越大。也就是說，同一個聲音中的各個力量繞過頭部的能力各不相同，頻率越高的分量衰減越大。于是左耳聽到的音色同右耳聽到音色就有差異。只要聲音不是從正前方（或正后方）來，兩耳聽到音色就會不同，這也是人們判別聲源方位的一種依據(jù)。

5、由耳廓造成的差別

耳廓是向前的，顯然能使人們區(qū)分前后。另一方面，耳廓的形狀十分微妙，不同方位來的聲音會在其中發(fā)生復雜的效應，因此，耳廓對聲像定位也有輔助的作用。

雙耳雖然根據(jù)時間差、聲級差、相位差和音色差來對聲源進行定位，但聲級差是高音定位的主要依據(jù)，相位差是低音定位的主要依據(jù)，相位差是低音定位的主要依據(jù)，猝發(fā)聲（瞬太聲）借助于時間差定位更準確，非純因由音色差定位更容易?？傊p耳效應是綜合性的，人們的聽覺系統(tǒng)是根據(jù)綜合的效應來判別聲源的方位的。