立體聲是怎樣獲得的

劉樹(shù)田

在同學(xué)們的日常生活中，一定經(jīng)常聽(tīng)到立體聲以及跟立體聲相關(guān)的名詞，如立體聲廣播、立體聲耳機(jī)、立體聲音響等等。那么什么是立體聲？立體聲的物理學(xué)實(shí)質(zhì)究竟是什么？立體聲又是怎樣獲得的呢？下面我們就來(lái)簡(jiǎn)單地討論一下這些問(wèn)題。

何為立體聲？顧名思義，就是指具有立體感的聲音。聲音立體感的獲得既跟客觀上的聲源有關(guān)，又跟人主觀上的聽(tīng)覺(jué)有關(guān)。從客觀上講，立體聲首先是一個(gè)空間概念，在確定的空間位置有發(fā)聲體，聲音從聲源沿確定的方向向接收器傳播；從主觀上講，人的聽(tīng)覺(jué)有辨別聲源方位的能力，尤其是有多個(gè)聲源同時(shí)發(fā)聲時(shí)，人們可以憑聽(tīng)覺(jué)感知各個(gè)聲源在空間的位置分布狀況，除了能感受到聲音的強(qiáng)度、音調(diào)和音色外，還能感受到它們的方位和層次。人耳的這種聽(tīng)覺(jué)立體感是基于“雙耳效應(yīng)”。如圖1所示，聲源S離開(kāi)人的左右耳距離不同，導(dǎo)致雙耳聽(tīng)到聲音在時(shí)間、強(qiáng)度、相位（相位是描述振動(dòng)狀態(tài)的物理量）及音色上的差異，而人的聽(tīng)覺(jué)中樞對(duì)這種差異是相當(dāng)靈敏的，能根據(jù)這種差異迅捷地判斷出聲源的位置和方向，這就是“雙耳效應(yīng)”。

對(duì)于聲源發(fā)出的不同特性的聲波，大腦對(duì)聲音的方位判斷會(huì)采用不同的方法。當(dāng)聲波的頻率比較高時(shí)，根據(jù)波速 v 、波長(zhǎng) λ 和頻率 f 的關(guān)系v= λ f 可知，聲波的波長(zhǎng)較短（波速v對(duì)特定的介質(zhì)是不變的），所以這樣的聲波不容易衍射，而是具有較強(qiáng)的方向性，因此雙耳聽(tīng)到的聲音強(qiáng)度不同，聽(tīng)覺(jué)中樞可由此判別聲音的方位。特別對(duì)于音樂(lè)中的高頻成分，由于其波長(zhǎng)短，將受到頭部的阻擋，造成另一只耳朵處于高頻的“陰影區(qū)”內(nèi)，兩耳朵聽(tīng)到的樂(lè)音就有差異，從而可判別方位。正是利用這種效應(yīng)，當(dāng)人們?cè)趧?chǎng)里聆聽(tīng)交響樂(lè)隊(duì)演奏時(shí)，不但能聽(tīng)到各種樂(lè)器的演奏聲，而且能判斷其在舞臺(tái)上的位置。當(dāng)聲波的頻率比較低時(shí)，由于聲波的衍射，兩只耳朵聽(tīng)到的聲波的強(qiáng)度相差不大，但由于聲波到左右耳朵的路程不同，所以聲波到達(dá)左右耳朵的時(shí)間不同，大腦根據(jù)這個(gè)時(shí)間差就可以判斷方位?？梢?jiàn)，沒(méi)有“雙耳效應(yīng)”，就不能獲得聲音的立體感，這跟用雙眼才能產(chǎn)生視覺(jué)上的立體感的道理是一樣的。

上面談的是人身臨其境聽(tīng)聲音的情況，事實(shí)上，我們?cè)诼?tīng)立體音響時(shí)也可以產(chǎn)生立體聲的感覺(jué)，這又是什么道理呢？原來(lái)人們是利用立體聲的錄、放技術(shù)，人為地使雙耳聽(tīng)到的聲音產(chǎn)生差異，使人耳產(chǎn)生一個(gè)“聲源幻像”，此幻像的位置和產(chǎn)生同樣差異的真實(shí)聲源的位置相對(duì)應(yīng)。如圖2所示。

錄音時(shí)，采用兩個(gè)傳聲器分別放在舞臺(tái)的左右兩側(cè)，舞臺(tái)上各種樂(lè)器發(fā)出的聲音到達(dá)兩個(gè)傳聲器時(shí)，因?yàn)榫嚯x上的差異，導(dǎo)致聲音強(qiáng)度、音色、相位各不相同。兩個(gè)傳聲器接收到的信號(hào)，分別通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的聲音通道傳到磁帶的兩條磁跡上；放音時(shí)，磁帶所錄制的兩條磁跡上的信息被兩個(gè)獨(dú)立的聲音通道傳到左右兩個(gè)揚(yáng)聲器中后被放出來(lái)，如圖3所示。這兩個(gè)揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音與兩個(gè)傳聲器錄取的聲音信號(hào)相對(duì)應(yīng)，所以兩個(gè)揚(yáng)聲器傳出的不同聲音將再現(xiàn)舞臺(tái)上各種樂(lè)器位置相應(yīng)的“聲像”效果，于是聽(tīng)眾就聽(tīng)到了立體聲。如果用雙通道立體聲音響聽(tīng)大型樂(lè)隊(duì)的演奏，人們不僅可以聽(tīng)到各種樂(lè)器的聲音，還可以分辨出這些樂(lè)器在舞臺(tái)上的不同位置。

值得注意的是，要從音響中聽(tīng)到立體聲，不僅放音設(shè)備要立體聲的，錄制設(shè)備也要是立體聲的，而且聲音信號(hào)的儲(chǔ)存載體——磁帶、光盤(pán)也要支持立體聲。

總的來(lái)說(shuō)，立體聲與單聲道相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）具有各聲源的方位感和分布感；（2）提高了信息的清晰度和可懂度；（3）提高節(jié)目的臨場(chǎng)感、層次感和透明度。立體聲的這些優(yōu)點(diǎn)自然深受人們的青睞，而人們的喜愛(ài)又促進(jìn)了立體聲技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)在的立體聲技術(shù)已經(jīng)從雙聲道發(fā)展到四聲道、多聲道、環(huán)繞立體聲等，這些立體聲技術(shù)的效果當(dāng)然比雙聲道的更好，但基本原理是相同的。如果你感興趣，可以閱讀有關(guān)的電聲專著做進(jìn)一步的了解。