身歷聲
 


  

身歷聲錄音技術誕生於1954年。
  英文名稱:Stereo

 

目錄
身歷聲的概念
其他介紹
身歷聲的特點
多聲道環繞身歷聲的發展
環繞身歷聲的多種格式
構建環繞身歷聲系統
環繞身歷聲的未來及其他
  

身歷聲的概念
  身歷聲,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,是指在三維空間中佔有位置的事物。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聲時,人們可以憑聽覺感知各個聲源在空間的位置分佈狀況。從這個意義上講,自然界所發出的一切聲音都是身歷聲。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響度、音調和音色外,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佈特性的聲音,稱為自然界中的身歷聲。
  其次,自然界發出的聲音是身歷聲,但我們如果把這些身歷聲經記錄、放大等處理後而重放時,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。這時由於各種聲音都從同一個揚聲器發出,原來的空間感(特別是聲群的空間分佈感)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能夠在一定程度上恢復原發生的空間感(不可能完全恢復),那麼,這種具有一定程度的方位層次等空間分佈特性的重放聲,稱為音響技術中的身歷聲。

其他介紹
  我們聽聲音時,可以分辨出聲音是由哪個方向傳來的,從而大致確定聲源的位置。我們所以能分辨聲音的方向,是由於我們有兩隻耳朵的緣故。例如,在我們的右前方有一個聲源,那麼,由於右耳離聲源較近,聲音就首先傳到右耳,然後才傳到左耳,並且右耳聽到的聲音比左耳聽到的聲音稍強些。如果聲源發出的聲音頻率很高,傳向左耳的聲音有一部分會被人頭反射回去,因而左耳就不容易聽到這個聲音。兩隻耳朵對聲音的感覺的這種微小差別,傳到大腦神經中,就使我們能夠判斷聲音是來自右前方。這就是通常所說的“雙耳效應”。
  一般的錄音是單聲道的。例如一個音樂會的錄音,從舞臺各方面同時傳來的不同樂器聲音,被一個傳聲器接收(或被幾個傳聲器接收然後混合在一起),綜合成一種音訊電流而記錄下來。放音時也是由一個揚聲器發出聲音。我們只能聽到各個方向不同樂器的綜合聲,而不能分辨哪個樂器聲音是從哪個方向來的,感覺不到像在音樂廳裡面聽音樂時的那種立體感(空間感)。
  如果錄音時能夠把不同聲源的空間位置反映出來,使人們在聽錄音時,就好像身臨其境直接聽到各方面的聲源發音一樣。這種放聲系統重放的具有立體感的聲音,就是身歷聲。
  在舞臺上用兩個相距不太遠的傳聲器,分別連到兩個放大器上,然後把放大器放大後的變化電流連接到另一個房間的兩個與傳聲器位置對應的揚聲器中。這樣當一個演員在舞臺上由左向右、邊走邊唱地走過時,在另一個房間裡的聽眾就會感到好像演員就在自己面前由左向右、邊走邊唱地走過一樣。如果用兩個答錄機同時分別記錄從兩個傳聲器送來的音訊電流;放音時,再將同時放音的兩個揚聲器放到與傳聲器對應的位置上,聽到的聲音就會有很好的立體感,這就是兩聲道身歷聲錄音。現在的身歷聲磁性答錄機大多是兩個聲道的。它的錄音磁頭和放音磁頭都是由上下兩組線圈做成的,磁頭的磁心疊厚比一般用的磁帶答錄機磁頭磁心疊厚要窄一半多,在磁帶上的磁跡也就比普通答錄機記錄的磁跡窄一半多。這樣,一條磁帶上就有四條磁跡。在錄音時,聲音由佈置在左右的兩個傳聲器轉變成音訊電流後,由答錄機內的兩套放大器分別進行放大,並分別送到錄音磁頭的兩組線圈內,當磁帶經過錄音磁頭時,兩聲道的錄音就同時被記錄到磁帶的兩條磁跡上。在放音的時候,磁帶通過放音磁頭時,放音磁頭的兩組線圈分別感應出兩條磁跡的變化電流,經過兩套放大器分別放大,然後由佈置在聽眾左前和右前的兩個揚聲器分別重放出兩個聲道的聲音,使聽眾獲得立體感。

身歷聲的特點
  與單聲道相比,身歷聲有如下優點:
  (1)具有各聲源的方位感和分佈感;
  (2)提高了資訊的清晰度和可懂度;
  (3)提高節目的臨場感、層次感和透明度。

多聲道環繞身歷聲的發展
  聲音再現的簡史
   人們很早就學會利用簡單的揚聲器來完成聲音的再現,早期的揚聲器功能比較簡陋,它所再現的聲音根本談不上逼真,無法給聽眾以身臨其境的感受。隨著能夠實現電子錄音和重播的設備的出現,人們對於完美聲音再現的追求也上升到新的高度。
  動圈式揚聲器的概念是由兩位美國人—Rice和Kellogg在1924年發明的,不過也有跡象表明一位元英國工程師Paul Voigt可能在更早些時候就應用了這一概念。有意思的是,儘管已經過去了80年,但基本的揚聲器技術並沒有太多的變化,我們現在使用的揚聲器仍然是基於動圈技術。最大的變革要算是身歷聲概念的出現,它能夠通過兩個揚聲器表現出聲音的方向和深度,從而讓聽眾獲得更真實的聲場感受。
  美國無線電公司(RCA)於1957年第一次將身歷聲唱片引入商業應用領域,開始是採用雙音軌的磁帶作為存儲介質,後來又採用黑膠唱片進行存儲。大多數唱片公司在20世紀60年代逐步放棄單聲道而轉向身歷聲技術。儘管身歷聲的效果無疑要大大好於單聲道,但它還不算特別理想,比如它無法根據聽眾的位置變化而提供一個穩定的聲場效果。
  電影院的音響效果
  聲音的錄製和再現技術在很大程度上是由電影工業所推動的,今天的環繞聲系統就是一個典型的例子。早在1939年,由迪士尼公司投拍的動畫片《幻想曲》(Fantasia)就率先採用了多音軌錄製和多聲道重播技術,當時這種技術也被迪士尼公司稱為Fantasound。不幸的是,隨後爆發的第二次世界大戰使得該技術的發展延誤了很多年。
  最早的電影採用同步播放唱片的方式來重播聲音,但很快就被另一種更方便的聲音播放技術所代替,這種技術可以利用電影膠片的邊緣部分來保存聲音信號,從而能夠與影像同步播放。由於這一技術可以實現多音軌錄製,並且還能利用數位化的鑲嵌技術擴展到可支援多種音訊格式,因此該技術一直沿用到今天。
  最初在電影膠片上保存音軌時採用的是單聲道系統。隨著身歷聲的普及,電影膠片上的音軌很快就擴展到雙音軌,並且逐步發展到多音軌(一般通過同時播放多卷膠片的方式來實現)。有些電影拷貝在製作時會在膠片旁邊附帶磁性片基用於保存音軌,這種音軌可以獲得更好的聲音效果,但價格要昂貴很多,而且使用起來也不如光學片基的音軌方便。
  1975年,Dolby實驗室針對電影音軌發明瞭Dolby身歷聲技術。Dolby身歷聲仍然屬於模擬信號系統,它的大致原理是通過矩陣編碼的方式在兩條光學音軌上保存四條音軌的資訊。這四條音軌的效果比雙聲道身歷聲要好,因為它不僅在電影螢幕後面放置了左、中、右三組揚聲器,還可以在劇場的旁邊和後邊放置若干組揚聲器來實現環繞聲。這一系統就是目前流行的Dolby 5.1標準的前身。
  在DTS影院系統中,電影膠片上只需要通過光學方式印上一條簡單的時序軌跡。然後通過一個廉價的讀取頭就能從影院放映機中讀出這一時序信號,再根據這一信號同步播放來自一台或多台光碟機中的數位音訊檔。

環繞身歷聲的多種格式
  多聲道環繞聲最讓人迷惑不解的地方之一就是存在很多種不同的格式。下麵是最常見的幾種環繞聲標準。
  Dolby AC-3(Dolby Digital)標準
  Dolby Audio Code 3(簡稱AC-3,但更為流行的叫法為Dolby Digital)是針對HDTV(高清晰電視)應用而開發的一種音訊編碼格式,它將5個全頻段(3Hz-20000Hz)的音軌和一個低頻段(3Hz- 120Hz)的音軌通過失真壓縮的方式編碼為一個資料流程。
  它所採用的壓縮演算法會將人耳不易聽到的部分聲音細節資訊刪除,從而能夠實現10:1的壓縮比。Dolby Digital標準在電影工業中得到了非常廣泛的應用,在大多數DVD影碟中都能看到它的身影,而且目前幾乎所有的DVD機都能支持這一標準。
  Dolby Pro Logic II
  Dolby Pro Logic(杜比定向邏輯技術)是一種矩陣解碼技術,它能夠將VHS錄影帶及TV節目中已編碼在身歷聲音軌上的杜比環繞聲的節目解碼還原為四聲道輸出的環繞聲節目。而Dolby Pro Logic II(第二代杜比定向邏輯技術)要更為先進一些,它能從任何身歷聲節目源分離出五個獨立聲道的環繞聲(左、中置、右,左環繞及右環繞),即便原來的節目沒有經過杜比環繞聲的編碼處理也能實現。對於經過杜比環繞聲編碼的節目的重播,如電影音軌,其聲音效果可與Dolby Digital 5.1媲美;對於未編碼的身歷聲節目,如身歷聲CD唱片,節目重播的效果可營造出更寬廣的、更有包圍感的聲場環境。與第一代技術相比,第二代杜比定向邏輯的另一項改善之處在於它提供了全頻段的兩個獨立的環繞聲道,而第一代技術只有單一的、頻段有限的環繞聲道。
  Digital Theater Sound(DTS)
  與Dolby Digital編碼格式類似,Digital Theater Sound也是一種有損音訊編碼技術。在電影中DTS的壓縮比例通常在2.9:1到4.3:1之間。它所採用的壓縮演算法並不是基於人耳的聽覺,而是基於資料的冗餘度。由於採用了帶有線形預測和自我調整功能的小波編碼方式,它能夠非常有效地減少資料冗餘度並進行壓縮。
  開發DTS系統的宗旨是想建立一個適用於所有影院的統一的數字音訊標準,而不僅僅針對音響演示廳。它並不主張把音訊資料直接保存到電影膠片上,而是試圖通過其他媒介來實現更簡便、更廉價、更穩定、更靈活同時具有更高音質的電影聲音重播。由於DTS致力於把聲音播放與電影膠片分離開來,這也成為它與其他影院聲音系統最大的不同,比如它最主要的競爭對手—Dolby Digital系統。
  不過如果我們僅僅討論在家庭中觀看DVD影碟的話,這兩種環繞聲系統之間並沒有特別明顯的差異,它們都需要硬體或者軟體的解碼器將資料分解為6個聲道(5.1)。這是因為製作DVD影碟時,Dolby的音軌就不用再保存在電影膠片的邊緣了。
  在DTS影院系統中,電影膠片上只需要通過光學方式印上一條簡單的時序軌跡。然後通過一個廉價的讀取頭就能從影院放映機中讀出這一時序信號,再根據這一信號同步播放來自一台或多台光碟機中的數位音訊檔。
  在DTS系統中,聲音是採用數位音訊檔的格式保存在CD-ROM上的(而不是採用CD音軌方式),這主要是為了更好地進行錯誤校正。通過多個光碟機組成的光碟機鏈就能擴展出若干條環繞聲音軌,對於那些需要提供外語配音的電影拷貝,只需要配上另外的光碟即可,相當靈活。
  DTS系統的原型於1992年問世。在接下來的幾年中,這一技術受到美國好萊塢大導演斯皮爾伯格(Steven Spielberg)及環球電影公司的高度重視,並在大型科幻電影“侏羅紀公園”中首次採用了DTS技術(1993年6月)。斯皮爾伯格和環球電影公司甚至和該技術的發明人德利貝爾格共同合作成立了DTS公司。隨後,支持DTS的影院如雨後春筍般普及開來。
  DTS公司還開發了一些其他的音訊格式,包括DTS-ES(DTS 5.1聲道的增強版,使用一個額外的背環繞中置揚聲器來實現6.1重播)、DTS 96/24(採用96 kHz、24-bit取樣速率的5.1環繞聲)、DTS Neo 6(將老電影中的兩聲道音源擴展成5.1環繞聲,類似於Dolby Pro Logic II)。
  選擇
  Dolby Digital還是DTS
  對消費者而言,他們似乎並不太關心一部DVD影碟究竟採用的是Dolby Digital還是DTS聲音系統,這些事情往往是影碟發行商需要操心的。大多數的家庭影院系統都能夠同時支援Dolby Digital和DTS環繞聲,而且很多影碟本身就在一張DVD光碟上同時提供了Dolby Digital和DTS編碼方式。
  這兩種聲音編碼系統都能提供高品質的5.1數位音訊,而且用同一套功率放大器和揚聲器就能播放。對於同時提供兩種聲音編碼的影碟來說,使用者可以在聲音子功能表中選擇Dolby Digital或者DTS環繞聲。
  對於同一張影碟,究竟Dolby Digital還是DTS的聲音更好,往往會存在一些爭議。而實際上這些爭議的產生並不是由編碼方式本身的因素造成的,而是由於在不同地點和不同時間進行Dolby或者DTS編碼而產生的差異。
  不過,按照DTS公司的說法,在所謂的“盲聽”測試中,大多數聽眾會更偏愛DTS環繞聲。
  SACD和DVD-Audio
  與前面闡述的一些音訊格式不同,Sony公司的SACD(Super Audio Compact Disc)的創意並不是來自電影院,而是由原來生產CD唱片的廠商來推動的。SACD能夠在一張4.7GB的光碟上同時提供雙聲道的身歷聲音軌和6聲道的環繞聲音軌。
  SACD採用了一種叫做DSD(Direct Stream Digital)的技術,這種技術被SACD的支持者Sony和Philips公司稱為“PCM殺手”,它採用採樣頻率高達2.8224MHz的1bit Delta Sigma方式。其還原聲音的頻寬可達100KHZ,在可聽聲頻段的動態範圍達到了120dB。DSD可以更嚴密地跟蹤音樂的原始波形,它以極高速的採樣頻率對原始類比信號進行採樣,量化為1bit數位信號,當它還原為類比信號時,與原始的類比信號波形幾乎一模一樣。因此,SACD聲音的清晰度、信噪比、動態範圍和頻響都遠高於現行CD標準。
  在採用高採樣頻率的同時,SACD還使用無損的直接傳輸方式來壓縮環繞聲資料,從而比採用有損音訊壓縮方式的DVD-Video更為精確。
  DVD-Audio則是來自DVD論壇的另一種音訊格式,它是SACD的強有力的競爭者。它採用了名為MLP(Meridian Lossless Processing)的無失真壓縮演算法,可以在一張4.7GB的光碟上提供兩小時的6聲道24bit、96KHz的音樂或者兩小時24bit、 192KHz的高清晰度身歷聲音樂,它的動態範圍可以達到144 dB。很多DVD-Audio光碟都同時包含了Dolby Digital 5.1音軌,這樣你就可以用普通的DVD機來進行播放了。

構建環繞身歷聲系統
  環繞聲的播放
  如果你想在PC上實現環繞聲的播放,你的電腦需要具備下面的條件(通常新買的PC會滿足其中的絕大部分):
  ● 一款DVD光碟機;
  ● 一款帶有環繞聲輸出的普通音效卡(最好帶有S/PDIF輸出以連接外置的解碼器)或者一款帶有6路輸出的專用多聲道音效卡;
  ● 一組有源5.1揚聲器或者一款6聲道功率放大器加上一組無源揚聲器;
  ● 能夠支援Dolby Digital和DTS解碼的DVD播放軟體或者採用外置的Dolby Digital、DTS解碼器;
  ● 一組揚聲器線纜,如果採用外置的功率放大器或解碼器,還需要配備相應的音訊線纜。
  某些音效卡可能需要使用S/PDIF線纜來連接外置的解碼器,這類解碼器有時被集成於高檔有源揚聲器或者家庭影院的功放單元。
  Dolby Digital和DTS對5.1揚聲器擺放位置的要求是一致的,而DVD-Audio和SACD則稍有不同,它們要求後置揚聲器要與人耳位於同一水準線。不過,理想的環繞聲揚聲器擺放位置在實際家庭中很難實現。人們往往會為了擺放方便把揚聲器放在房間的角落或者掛在牆上,而這些都會影響環繞聲場的效果或者破壞揚聲器音量的相對平衡關係,比如把揚聲器掛在牆上會對低頻段聲音產生6dB的增益。
  低音炮的擺放位置也很有講究,如果擺放在角落,可以能帶來18dB的增益。而稍微不太對稱的低音炮擺放位置可能會有助於消除駐波或共振的情況。
  儘管合理的揚聲器擺放位置對於產生準確的環繞聲聲場是至關重要的,但人們往往更關心這些揚聲器在房間裡怎麼擺放起來更方便。這正是造成很多家庭影院效果不佳的主要原因。
  Windows中的環繞聲設置
  如果你想用PC來進行環繞聲播放,還需要有一些注意事項。如果你的PC之前被設置為雙聲道身歷聲,你需要到控制台的“聲音和音訊設備”中去更改一下設置。
  選擇“音量”選項卡的“揚聲器設置”中的“高級”按鈕,然後在“揚聲器設置”下拉清單中選擇你的揚聲器類型,如5.1或7.1環場揚聲器。以上的操作步驟是針對Windows XP的,不過對其他版本的Windows來說也基本類似。
  對於雙聲道身歷聲來說,如果不小心接反了連接線也無關緊要,你肯定能聽到正常的聲音(只是左右聲道反了而已)。而對於6聲道的5.1環繞聲來說,連接錯誤的概率顯然要大了很多。
  如果你使用的是普通的音效卡,不同的埠往往會用不同的顏色和文字標識出來,這會讓連接過程變得更簡單一些,而那些專用的多聲道音效卡卻只用數位元標明瞭埠號,反而更容易讓人迷惑。
  更為複雜的是,這些專用的多聲道音效卡通常都允許控制軟體改變輸出埠的映射關係。由於Windows作業系統限制埠映射必須成對改變,因此我們建議你不要輕易改變原來的缺省設置。
  類似WinDVD這樣的應用軟體往往會提供一個環繞聲測試模式。在環繞聲測試模式下,軟體會讓一個聲音依次從每個揚聲器發出,從而讓你瞭解是否正確連接了每個揚聲器。Windows Media 9的安裝過程也會使用WM9格式的測試檔來測試環繞聲,你可以到Microsoft公司的網站去下載。

環繞身歷聲的未來及其他
  未來之路
  聲音再現技術在未來會有怎樣的發展?目前幾乎可以肯定的一點是,用來保存聲音資料的介質容量肯定會越來越大,目前已經問世的藍光DVD和HD-DVD已經分別達到了27GB和15GB的容量。配合這樣的高容量光碟,會有哪些新技術出現?會出現更多的聲道和揚聲器還是會運用更貼近人類聽覺心理的聲音處理技術?抑或會出現揚聲器陣列或者通過神經直接進行控制的介面?
  也許所有這些新技術都會問世,不過這些都似乎並不是問題的關鍵。因為在實際的普通家庭環境下,似乎永遠達不到能夠完全發揮現有技術的條件。也許下一代聲音技術應該能即時地對聽音環境的情況進行分析,然後利用回聲和共振來盡可能達到理想的聲場效果。這樣的系統還應該能夠感知聽眾的位置,並對聲音平衡狀況進行相應的優化。
  迄今為止,電影工業一直是音訊新技術的不懈推動力量。電影工業本身在過去的數十年中也經歷了起起伏伏,如果電影工業本身處於低谷,那麼音訊技術的發展也會相對停滯不前。
  5.1中的LFE聲道
  通常人們認為LFE(low-frequency effects)聲道專門用於音樂錄製和播放中的低頻聲音段。但實際上,這個聲道是專為電影中某些特殊的低頻聲音設計的,比如地震或爆炸聲。在影院系統中,LFE聲道會推動一個或一個以上的低音炮來製造這些特殊的聲音效果。而其他5個聲道的揚聲器都能夠再現一般的低音,比如人聲或背景音樂中的低音部分。
  出於對揚聲器體積和成本方面的考慮,家庭影院播放系統的設計中會進行一些省略。它會把小體積的中高音揚聲器用於5個聲道,而這5個聲道再共用一個單獨的低音揚聲器。在音樂錄製過程中其實很少用到LFE聲道,而家庭影院系統的通用低音揚聲器不僅能夠處理電影中的LFE聲道,還會同時處理來自其他5個聲道的低音部分。
  關於如何處理環繞聲系統中的低音部分,甚至產生了一個專有的名詞,叫作“低音管理”(bass management)。

 

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