趣谈“双耳效应”与“立体声”

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  你思考过这样的问题吗?人为什么有两只耳朵?一只耳朵不是也能听到声音吗?两只耳朵和一只耳朵听到的声音有什么不同吗?要回答上面这些问题,我们需要了解什么是“双耳效应”和“立体声”.
  一、双耳效应
  因为人有两只耳朵,声源到两只耳朵的距离一般是不同的,那么声音传到两只耳朵时就会有许多差异:一是强度,对于同一声音,两只耳朵感受到的强度是不同的,如果声源在右方,则右耳听到的声音就比左耳强;二是时间,对同一声音,两只耳朵感受到的时间有先有后,假如声源在左方,则左耳比右耳离声源近,左耳将比右耳先听到声音;三是步调(即相位),对同一声音,两只耳朵感受到的振动的步调有差别.以上这些差异就是人们判断声源方向的重要基础,会引起方向感,我们人类正是靠双耳接收到的声音的差异来确定声源的位置的,这就叫双耳效应.下面的实验可以让你体验到双耳效应的存在.
  1.用长1.5~2.0m、直径25mm的一根塑料硬管(或金属管),将内部装满细沙后两端用废纸堵住,在火炉旁加热后弯成一个圆形,两管口相距25cm左右.
  2.倒出管中的细沙,将管口打磨光滑,用布条将管挂在试听者的两耳旁,如图1.
  3.试听者紧闭双眼,耳贴管口,助手用一细木棒轻击管的任意部位,试听者皆能准确地判断出敲击处的位置,这就是双耳效应.
  与此类似,我们也可以回答这样的问题:“人为什么要长两只眼睛?一只眼睛看物体和两只眼睛看物体有什么区别?”事实表明:一只眼睛能看到物体,但不能对物体进行准确定位,用两只眼睛同时观察一个物体时我们能区别物体的远近,对物体进行准确定位并获得有深度的立体感.例如:让你闭上一只眼睛去做穿针引线的细活,往往看上去好像线已经穿过针孔了,其实却是从边上过去的,并没有穿进去.因此,双眼看物体能对物体进行准确定位并获得视觉上的立体感;同样,正是由于耳朵的特殊功能和两只耳朵的完美位置而产生的双耳效应,使我们在剧场欣赏交响乐时,能辨别出不同乐器在舞台上的不同位置,从而产生“立体感”,它使声音远近分明、层次清楚,使人有身临其境的感觉.
  二、立体声和立体声技术
  1.立体声
  立体声是指具有立体感的声音.正是由于双耳效应,人们可以准确地判断声音传来的方位,所以说,我们听到的声音是立体的.特别是有多个声源同时发声时,人们可以凭听觉感知各个声源在空间的位置分布状况.从这个意义上来讲,自然界中所发出的一切声音都是立体声.当我们直接听到这些立体声时,除了能感受到声音的响度、音调和音色外,还能感受到它们的方位和层次.这种人们直接听到的具有方位层次等空间分布特性的声音,称为自然界中的立体声.
  2.立体声技术
  (1)双声道立体声
  如果只用一个话筒将舞台上的声音放大后播放出来,我们听到的就不再是立体的声音.要想重现舞台上的立体声,使我们有身临其境的感觉,可以把两只话筒放在不同的位置(相当于人的双耳),用两条线路分别放大两路声音信号,然后通过左右两个扬声器放出来,这样,听众就会感到不同的声音是从不同的位置传来的,能较好地还原声音的方向感,使声音具有立体感,这就是常说的双声道立体声.立体声录音技术诞生于1954年.许多立体声收音机和录音机上都有“Stereo”开关,当开关处于Stereo位置时,播放出的是立体声;而Mono位置时则将左右两个声道合并在一起,没有立体声效果.一些卡拉OK歌曲在录制时,就常常将伴音和原唱分别录制在左右两个声道上,便于播放时进行控制.
  (2)多声道环绕立体声
  尽管双声道立体声的效果无疑要大大好于单声道,但它还不够理想,比如它无法根据听众的位置变化而提供一个稳定的声场效果.如果想要得到更好的立体声效果,我们还可以在声源的四周多放几只话筒,相应地也要在听众的周围多放几只扬声器(如图2所示),这样听众就会感觉所听到的声音来自于四面八方,在双耳作用下分辨出声音的不同方位,立体感就更强了.随着电影技术的发展,环绕立体声技术也在不断更新,从大名鼎鼎的Dolby(杜比)立体声技术,到SRS 3D立体声技术,人类对立体声技术的研究有了许多创新和突破.目前最具有代表性、效果最好的多声道环绕立体声技术主要有二种格式:Dolby Digital(杜比数码环绕声音系统)和DTS声音系统,这两种声音编码系统都能提供高质量的5.1数字音频,大多数的影碟和家庭影院系统都能够支持这两种环绕声,使用它们都能获得电影院中那种仿佛身临其境的环绕立体声效果.
  因为有双耳效应,人类能聆听到美妙的立体声,由此也推动了音频再现技术的不断发展.未来的音响系统上又将会有哪些新技术出现?是会出现更多的声道和扬声器,还是会运用更贴近人类听觉心理的声音处理技术,抑或会出现扬声器阵列或者通过神经直接进行控制的界面?让我们拭目以待……
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