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    怎样的定位才是精准? 剖析声音定位原理

      [  中关村在线 原创  ]   作者:
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    1声音定位原理全剖析

        [中关村在线音频频道原创]定位,这是一个简单又复杂的名词,如果在一般的生活中来说,定位或许就是找准位置在哪里,这是一件非常容易理解的事情。但这个词在音乐发烧友中也是比较常用的一个名词,而它在音乐或者音频的领域理解起来似乎并不那么直观,毕竟这些都是靠耳朵主观来判断的东西,无法去具体量化。很多初烧或者是已经在烧的朋友们仍然无法弄明白定位的问题,比如怎么叫做定位精准,怎样的定位才是精准的,关于声音从什么地方传出来,应该怎么去判断这些一大堆的问题。

        或许一般聆听音乐的人并不会太多去注意到定位的情况,因为在我们聆听的大众流行音乐中大都是采用近场录音的,聆听起来基本上声音都是由最近的地方传出,不会需要太多去注意定位的问题,也没有必要去注意。但如果是对于经常影音聆听或者欣赏交响音乐的朋友们来说,定位的问题就显得尤为重要了。

    声音定位
    怎样的定位才是精准? 剖析声音定位原理

        其实解释起来还是一样的——声音会从什么位置传出来,不过理解起来就显得抽象多了,毕竟我们是在一个虚拟的环境中聆听录音,而不是在现实中去切身感受。那么下面,我们就为大家来解析一下关于这个定位的问题,这其中会涉及到人对于声音的判断、音响器材的摆位、影院声道和录音等诸多问题。

        下面,我们将会以尽量易于理解的语言为大家带来解释。


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    2人的双耳效应

        定位简单地来理解其实就是人判断声音在空间位置中的能力,我们知道人的耳朵其实是比较灵敏的,它不仅能够判定声源的方向,同时也能够判定声源的远近。之所以我们能够判断声音方位的原因是声音达到每只耳朵的时间稍有不同,人脑正是利用这种差别以及一些其它的信息来构建一个虚拟的三维空间从而对声源进行定位识别的。人耳在对声源进行定位的时候需要向听觉神经中枢提供判断信息,这个判断定位的信息来自于声源发出的声波传递到人双耳处的时间差异以及声压级差。

    声音定位
    双耳的定位

        时间差效应是我们辨别声音位置的重要依据之一,这一原理是如果一个声音来自于听音者的正前方中轴线上,那么这个声音到达双耳的距离就应该是相等的,听者就会觉得这个声音来自于正前方的位置。如果这个声音来自于听音者的右侧,那么右耳就会比左耳先听到这个声音,所以便会判断声音来自于右前方。所以声源偏离正前方中轴线的角度越大,两耳朵的听音时间差异也就越大。

    声音定位
    双耳间相位差和声强差引起人耳感觉的辨别差值

        声强差效应是我们判断声源方位的另一个重要根据,它的原理是如果一个声音来自于听音者正前方的中轴线上,那么这个声音达到双耳的声强度应该也是相等的,所以听音者就会觉得这个声音来自于正前方。如果声音来自于听音者的右侧,那么头部对于声波形成障碍减弱了声音到达左耳的强度,所以人们便会判断声音来自于右侧。同理声源偏离正前方中轴线的角度越大,双耳听到的声音强度差异也就越大。

    声音定位
    时间差以及顺时声压差

        双耳效应正是来自于以上这些理论:人用两只耳朵一起听时才能提高对于声音的定位能力,因为只用一只耳朵仅能够决定除了方向上的响度、音色、音高等属性,但不能够具体确定声源的方向和准确位置;当两只耳朵一起使用时,声源发出的声波传播到两只耳朵中的距离、时间和强度有所差别,才能够对声源进行准确的定位。

    3影响人们定位的因素

        人的头部会对于频率高的声音产生衰减的,其实频率低的声音要比频率高的声音更容易绕过头部,而一只耳朵中听到中高频逐渐衰减的声音会被当做是离这只耳朵更近的声音。其实我们的耳朵判断声源方向性还是相当准确,相对来说对于远近距离的判断要稍差一些。

    声音定位
    人耳对于水平面内声音定位准确度曲线

        人的双耳间实际距离大概在16-18厘米,是800-10000声波波长的一半,因此对于在这个频率范围之外的声音不会产生方位感。对于700Hz以下的低频双耳双耳听到的从侧面发出的声音已经基本上不会感觉到太大的差异,这就需要利用左右耳所听到的声音相位差来作为提示的信息:由于频率低的声波波长比头部的尺寸要大很多,所以一只耳朵会听到相位上拥有一些不同的声波,就能对于声源的位置产生提示。

    声音定位
    等响度的曲线

        其实人的头部、耳廓以及身体都会在声音进入人耳之前使声信号发生一些改变,形状成为椭圆型,且垂直方向轴长、水平方向轴短,各个声部的声音离耳道的距离是不同的,人们不同的耳廓也会对于进入耳朵的声音产生反射,反射声音和直达声音何在一起后送到骨膜,产生梳状滤波。人脑对于这些合成的增强和抵消声音进行处合在从而来判断声源方向,这就是耳廓效应,这种效应主要对于4000Hz以上的声音才会产生定位作用。

    声音定位
    听音者位于音响正前方

        通常在声音的频率高于1400Hz时,强度差起到主要作用,而低于1400Hz时,时间差则起到主要作用。耳朵对于声源方向的判别,在水平方向上是比竖直方向上更好的:在水平方向0角度时,正常人在安静的环境中能够辨析出1-3度的水平方向角度变化,人们对于60度以下角度的判别能力都是很高的,但超过这个角度后辨别的能力就会迅速下降。

    4音响的摆位关系到声场表现

        了解双耳效应及其运行的机制能够易于我们理解很多问题,比如音响摆在我们正前方的位置,我们坐在音响后方的中轴线位置上就会感觉声音是从两个音箱之间传出的,而如果左侧的音响播放时间提前了,那么我们就会感觉声像在左侧。所以聆听者应该正好坐在两个音响的中间位置并且同音响的距离保持在稍大于两个箱体之间的间距为宜,这就是所谓的“皇帝位”。

    声音定位   声音定位
    左声源A和右声源B分别优先送入人耳的情况

        音响之间的间距是声场中心声像定位之间的一种平衡,如果我们的听音位置不变,拉长音响之间的距离,就会使得声场拉宽,而缩小两个音箱之间的间距声场就会变窄受到限制。间距太大的时候中心的声像定位就会越来越差甚至消失,所以皇帝位的听音位置是最为理想的。人们感受声场信息正是通过“强度立体声法”相位差(时间差)法来确定正确声像定位的。

    声音定位
    加入延时处理后的声音,人的聆听感觉声源B扬声器

        声场在物理上的宽度和深度使得我们听到的音乐很大程度地超越了摆在我们面前一对音响的范围,其实音响输入的只不过是随着随着时间变化的二位电压形式的电信号而已,但这两个信号电压却能够在我们面前营造出一个三维的全景声场,无疑聆听音乐时拥有动感的声音声场是起到很大作用的。声场正是由两个在音频通道中经过编码的幅度差和时间差异在人脑中构建的。

    声音定位
    交响乐团中的座位分布

        比如我们使用好的声像定位系统能够让我们在聆听交响乐的时候会发现首席小提琴演奏员的声音在前方的位置上,但木管乐器的声部则是在弦乐器的后方,铜管乐器又更远一些在木管乐器的后方,打击乐的演奏声音则是从最后一排中发出来的,同现场聆听差不多。这其实正是因为声场的作用:演奏厅中的混响已经包围着所有的乐器,聆听室已经隐退由演奏厅代替了!我们听到的声音不再是一个平面上发出的,而是一个立体的空间中发出的声音。

    5音响和录音共同决定声场表现

        在营造这种空间感的时候,音响器材起到了决定性的差异,因为音响器材在性能上拥有很大的区别,所以会让声场在宽度和深度上有所区别。理想的声场是整个深度上保持宽度不变,好的音响系统是能够营造出那种磅礴的声场气势的,有的好音响器材能够在录音的声学空间中营造出声像而不是将其叠加在录音的声学空间之上,为了能够对在真实的声学空间中乐器摆放拥有真实的感受,混响和厅堂的声音必须同声像分离出来并且能够清晰地听见。

    声音定位
    高端音响系统

        而性能不好的器材就不能够分辨出这种空间的清晰度,也有些音响器材破坏了这种好的声场所需要的空间信息,此时从音响中放出的声音不能完全包围着聆听者。这些音响会破坏声场的声学并加快混响衰减,让乐器的声像同混响混为一谈
    ,它不能够将录音中的声学空间直观地表现在我们面前。

    声音定位
    高端音响系统

        我们所聆听的录音制品在录音方面的问题也是表现出这些定位差异的重要关键,使用多只话筒在录音室中进行录音并且附加有配音的录音效果肯定不能够很好地表现出声场。只有在真正开阔的声学空间里,使用立体声话筒录音技术并且保证信号通道非常纯净的时候,录音才能听到好的声场表现。

    声音定位
    最精确保留录音时的原有相位信息的CD唱片

        所以好的声场是通过好的音乐录音同器材共同决定的。大多数的发烧录音唱片都采用两只话筒来将原有的这些空间信息给录制进去,这就是纯真录音技术。精准保留录音中原有相位信息的唱片是有的,使用好的音响器材播放出色的录音时,哪怕是对录音中的相位信息稍有变化也能够清晰分辨出来。

    6关于立体声技术中的定位

        现代立体声的定位技术正是利用双耳效应为理论基础发展起来的,立体声就是人能够感觉到声源分布在一个空间范围中的声音,让声音听起来更加具有空间感、远近感以及临场感。而环绕立体声与我们普通的双声道立体声相比不仅拥有临场感以外,并且能够让声音将听众更好地包围,让人产生环绕感。无疑音乐厅和大空间的室内更有助于产生这种空间感。

    声音定位
    主声道和环绕声道位置关闭

        而环绕立体声就需要多个音源来实现了,就是我们通常所说的家庭影院系统,通常音源需要在4个以上。其实只有左前方和右前方的音源是普通立体声的主声道音响,而左后方和右后方为环绕声道。重放声道数多于由音源数量决定的声道数的音响系统中(这句话听起来可能有点别扭,就是如果我们音响比较少,但重放的声道又比音箱数量多)采用某种手段实现立体声和环绕音效,称之为模拟立体声以及环绕声系统。

    声音定位
    多声道音响的摆位

        与重放声道的数量、音响数量决定的声道数两者相等的立体声和环绕声在音质上拥有不同,它只是营造出立体化很多环绕效果而已。我们常见的虚拟立体声技术也会采用在耳机中,使用软件拓展来实现虚拟立体声音效,这就是为什么有的耳机仅仅是两声道,并且也非多单元结构,却仍然能够实现多声道的效果。

    声音定位
    多声道音响的摆位

        传统的立体声定位技术是力图在节目中再现出原来声场的立体声效果,因此称作再现立体声技术,而现在则可以直接由音响工程师按照音乐的意图来重新安排音源的布局,简单点说就是通过人工来重新安排声音发出的方位,所以现代的这种立体声技术又称之为重建立体声技术。理论上来说立体声放音是的声道越多重建声像的效果就会越好,但从人的耳朵对于重建声像的感受来看,在合理的音响布局情况中使用4或5声道就足以代替大数量的声道制式了。

    7好的声场定位对器材的要求

        多声道立体声技术是对定位起到重要作用的,这也是HiFi音乐聆听系统同AV家庭影院系统的重要差别:音乐聆听更加注重音乐重放表现,注重音乐的内涵和细节,所以它并不需要系统拥有极大的功率储备;而AV系统需要营造声场的气氛以及定位精准,并且能够随着影像的变动而准确移动,所以它需要足够大的功率储备以应对大动态信号的需求和经受大功率冲击。

    声音定位
    AV音箱系统

        AV系统的声音应该同画面融合并且使得个声道的音色保持一致协调,所以如果用HiFi系统来欣赏电影或许并不能够完全表现出电影中的声场素质,因为HiFi系统通常只是两声道的,功率也不足以满足家庭影院需求,并且HiFi音箱一般都是小型的书架箱,低频响应以及气势都表现不足。

    声音定位
    书架音箱

        另外需要注意的是音响器材对于声音远近感的表现,虽然很大程度上远近感是由于录音时录制者和话筒之间距离等因素的影响,但它也受到重放音响器材的影响。对于音箱来说,远近感往往会因为在中频段的响应上出现了峰值或者谷值而形成的。从1000HZ-3000Hz的这一段中频区域称之为临场区,因为它能提供一种临场和直接感。而人声的谐波就跨越了整个临场区域,所以重放时人声的表现将会大大受到音响器材对于远近感把握的影响。

    声音定位
    器材的选择对于声场定位有很大作用

        有些器材能够将声音推向人们的面前,拥有一种非常近的感觉;但也有些音响器材将声音往后放挪动,总是拥有一定的距离感。前推行的音响器材显然比较直观,能够让声音就在我们眼前出现,但听久了会产生疲劳感,但声音如果往后太远了又缺乏直接性,所以这一点也是大家在选购音响器材时值得注意的。

    写在最后:

        好了,最后大家会发现仅仅是需要解释一个名词而已,但却并不是那么简单的。首先我们需要了解人耳对于声音定位的问题,什么因素能够影响到人的定位,然后我们才能够去分析关于器材的方面,音响如何摆位?立体声技术如何重现声像定位?怎样去选择音响器材等等一系列问题。如果我们能够对于这些有一个充分的了解,那么对于我们选择音响器材和HiFi耳机是非常有帮助的。关于声音的定位知识远不止于此,篇幅所限我们就不再对更加抽象的问题给大家解释了,希望大家能够在读完这篇文章后,对于声音定位和音响对于定位的影响等方面有一个基本的了解,我们的目的也就达到了。


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    比较抽象的文章,可能一开始有些难以理解,但整体来看讲的还是比较全面的。声音的定位影响的因素也有很多,远不止以上所提到的,所以器材的调试将会是一门很大的学问。

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