听音的立体感是如何形成的

2018-4-13 10:20| 发布者: weixin| 查看: 608| 评论: 0|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 立体声一词特指那种有某种空间感(或方位感)的重放声。

　　一、立体声的概念

　　立体是一种几何概念，是指在三维空间中占有位置的事物。那么声音也是立体的吗?从类比上来说，回答可以是肯定的。因为声源有确凿的空间位置，声音有确凿的方位来源，人们的听觉有辨别声源方位的能力，尤其是当有多个声源同时发声时，人们可以凭听觉感知声群在空间的分布状况，因此可以说声音是“立体”的。不过，更妥当的说法应该是：“原发声是立体的。”因为当声音经过记录、放大等处理过程而后重放时，所有的声音都可能从一个扬声器中放出来，这种重放声就不是立体的了。这时由于各种声音都从同一个扬声器中发出，原来的空间感——特别是声群的空间分布感，也就消失了。这种重放声叫做“单声 (Mono)，如果重放系统能够在一定程度上恢复原发声的空间感，那么这种重放声就叫“立体声”(Stereo)。由于原发声不言而喻是“立体”的，所以，立体声一词特指那种有某种空间感(或方位感)的重放声。

　　二、双耳效应

为了在重放声中恢复空间感，首先要了解人类的听觉系统为什么有辨别声源方位的能力。研究发现，这主要是因为人们有两只耳朵而不仅仅是一只耳朵的缘故。

　　耳朵生长在头颅的两侧，它们不仅在空间上有距离，而且受头颅阻隔，因此两耳接收到的声音可能会有种种差异。正是主要根据这些差异，使人们得以区分声源在空间的位置。这些差异主要有如下几种：

　　1. 声音到达两耳的时间差

　　由于左右两耳之间有一定距离，因此除了正前方和正后方来的声音之外，由其他方向来的声音到达两耳的时间就有先后，从而造成时差。如果声源偏右，则声音必先到达右耳而后左耳;反之，则必先到达左耳而后右耳。声源越是偏向一侧，则时差也越大。

　　实验证明，如果人为地造成两耳听音的时差，就可以产生声源偏向的幻觉。当时差到达0.6ms左右时，就感到声音完全来自某一侧了。

　　2. 声音到达两耳的声级差

　　两耳相距虽然不远，但由于头颅对声音的阻隔作用，声音到达两耳的声级就可能不同。靠近声源一侧的声级较大，而另外一侧较小。实验证明，最大声级差可达25dB左右。

　　3. 声音到达两耳的相位差

　　大家知道声音以波的形式传播，而声波在空间不同位置上的相位是不同的(除非刚好相距一个波长)。由于两耳在空间上有距离，所以声波到达两耳时的相位就可能有差别。耳朵内的鼓膜是随声波而振动的，这个振动的相位差也就成为我们判断声源方位的一个因素。

　　相位差引起瞬时声压差

　　实验证明，即使声音到达两耳时的声级、时间都相同，只改变其相位，我们也会感到声源方位有很大差异。

　　4. 声音到达两耳时的音色差

　　声波如果从右侧的某个方向上来，则要绕过头部的某些部分才能到达左耳。已知波的绕射能力同波长与障碍物尺度之间的比例有关，人头的直径约为20cm，相当于1700Hz声波在空气中的波长，所以人头对千余赫兹以上的声音分量有掩蔽作用。也就是说，同一个声音中的各个分量绕过头部的能力各不相同，频率越高的分量衰减越大。于是左耳听到的音色同右耳听到的音色就有差异。只要声音不是从正方向上来，两耳听到的音色就会不同，从而成为人们判别声源方位的一种依据。

　　5. 直达声和反射声群所产生的差别

　　由声源发出来的声音，除直接到达我们双耳的直达声之外，还会经周围障碍物一次或多次反射而形成反射声群，陆续到达人们的双耳。因此直达声和反射声群的差别，也就会提供声源在空间分布的信息。

　　6. 由耳廓造成的差别

　　耳廓是向前的，显然能使人们区分前后。另一方面，耳廓的形状十分微妙，不同方位上来的声音会在其中发生复杂的效应，肯定也会提供一定的方位信息。

　　实践证明，以上种种差别，以声级差、时间差、相位差三种对听觉定位的影响最大。但是，在不同条件下它们的作用也不相同。一般地说，在声频的低、中频段，相位差的作用较大;中、高频段以声级差的作用为主。对于猝发声，则时间差的作用特别显著。而在垂直定位方面，耳廓的作用更为重要。实际上双耳效应是综合性的，人们的听觉系统理应是根据综合的效应来判决声源的方位。

　　顺便指出，人们的听觉系统除了有响度、音色、方位等感觉之外，还有其他许多效应。其中有一个叫做“优先效应”(又称“哈斯效应”)。由实验得知，当两个相同的声音，其中一个经过延时，先后到达人们的双耳时，如果延时时间在30ms之内，则人们将感觉不到延时声的存在，仅能觉察到音色和响度的变化。但如果延时太长，情况将有所不同。大家已经知道，当两个先后到达的声音时差超过50ms-60ms时(相当于声程差大于17m)，听音者就能感到。

　　来源：中国音响网公众号(ID：chinaaudio)，检索发现原文摘编自聂广林的《音响技术与设备》

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