关于声音的前后左右上下的控制以及单声道立体声的区别

一、 声像
在立体声重放技术中，用摆声像的方法把各个乐器的位置还原出来，这就是声像。一个乐器就是一个声像点。
我们知道声音是一种波，点击下面链接以flash形式演示波的振动。
http://huanghao.go2.icpcn.com/wenxue/midifan/hengbo.swf
声音是由无数个正弦波组成的，其函数表达式是y=Asin(ωX+φ）.
其中A是振幅。
ω=2π/T，T是周期。T=T=1/ｆ，ｆ是频率。所以ω影响着周期。
ωX+φ是相位，φ是初相。
下面链接的flash可以描绘波的图像，把振幅、周期、相位设置好后，点击draw描绘正弦图像。
http://huanghao.go2.icpcn.com/wenxue/midifan/描绘正弦函数.swf

在立体声重放技术中，A、ω、φ三大参数起着决定声音位置的作用。对于声音的前后左右的控制关键就在这里。

二、●德·波埃效应

德·波埃效应是立体声系统定向的另一基础。德·波埃效应的实验是：放置左、右声道两只音箱，听音者在两只音箱对称线上听音，给两只音箱馈入不同的信号（注意，是不同的信号），可以得到以下几个定论：

1、如果给两只音箱馈入相同的信号，即强度级差ΔL＝0，时间差Δt＝0，此时只感觉到一个声音，且来自两只音箱的对称线上。

　2、如果两只音箱的强度级差ΔL不为0，此时听音感觉声音偏向较响的一只音箱，如果强度级差ΔL大于等于15dB，此时感觉声音完全来自较响的那一只音箱。

由德·波埃效应我们得出：人是通过辨别左右两音箱的声音强度大小来分辨方向的。

注意：我在这里都是用左右声道完全一样的音频文件做实验。

1、⑴参数A（振幅）决定了声音的左右（或者前后）。

左声道：y=2sin(ωX+φ） 右声道：y=4sin(ωX+φ）









如上两幅图可知左边的A=2，右边的A=4，因此，右边振幅大于左边振幅，说明右边音量大于左边音量。
根据德·波埃效应，如果两只音箱的强度级差ΔL不为0，此时听音感觉声音偏向较响的一只音箱。
因此得出结论，两个声道中，声像偏向音量大的那一边。
在同一个声道中，听觉感受上音量大的乐器靠前，音量小的靠后。

决定声音的左右不只由音量大小决定，和延迟也有关系。在下面这张图中，我把右声道延迟了3ms，于是，我感觉到声源位置偏左了，即声音来源于延迟较小的那一边。（多嘴一句，为什么我之前说延迟时间差在3毫秒之内呢，因为超过3毫秒后就感觉不到声源的位置往哪偏了。假如延迟时间差超过30毫秒就不是一个声源，而是感到有两个声源。）





于是得出结论：左右声道分别延迟，当延迟时间差在3毫秒以内时，感觉声音来源于延迟时间小的那一边。

讲了那么多现在又要转回来了，别把刚才讲的三大参数忘了，呵呵！！~
2、ω决定了声音的上下。
由ω=2π/T，T=1/ｆ（ｆ是频率）可知，ｆ越高，振动速度越快，音调也越高。（公式你可以看不懂，但是频率和音高确实是有关系的，飞来音还发过一个频率与音高对照的小工具。）
下面的flash演示了振动频率高与低的区别。试试改变声音的频率，看看得到什么效果。
http://huanghao.go2.icpcn.com/wenxue/midifan/pinlv.swf

我们常有这样的体会，听萨克斯的音乐，由于这种乐器频率很高，当到达某一音高时有种冲破头顶的感觉，再如，BASS的频率很低，当低频下潜到达一定深度时，即使是用耳机听也有胸腔随之振动的感觉。
由于ω影响着周期T，周期T又是频率的倒数，于是ω间接影响着频率，在立体声重放技术中，乐器的频率越高，听觉上这个乐器的位置就越高。我这里说的不是实际生活中听到声音从上还是从下发出。但是乐器的频率范围已经是确定的了，音高也确定了，所以说乐器的性质就已经决定它声音的高低了。

试想一下，如果你能做出把女高音处理得十分震撼，或者BASS能处理得冲破头顶的感觉，我就服了YOU。。
好啦好啦！~废话多了，又要转回三大参数。

3、相位差影响宽度
首先来认识什么是相位差，相位差就是波形由一个位置传到另一个位置的时间之差。
实线表示t时刻的波形，经过△t时间后平移到红色虚线的位置。









相位差在立体声中具有十分重要的意义，例如人为的延迟左右声道可以得到一个宽阔的声场。
当两个声道具有一定的相位差，声音便有了宽度，有了立体感。
相位差可以通过左右声道延迟不同的时间而得到，假如左右声道延迟时间一样就没有立体感了。

三、反相的作用
正如上图所示的平移关系，假设平移量为π，这时得到的图像如下。





上图中，只要两列波分别表示左声道和右声道，但他们的波峰和波谷正好相对，我们把这样的现象成为“拥有180°的相位差”，（π=180°），呵呵。。
看到这里不难明白，如果两个声道的信号完全一样，人为把其中一个声道反相（波峰和波谷上下颠倒），就能使两个声道拥有180°的相位差。就像下图红色椭圆处这样。我把右声道反相了，这时左右声道就拥有180°的相位差了。





说了半天这180°的相位差有什么用处呢，现在再学一个声学效应。
●李开试验

李开试验证明：两个声源的相位相反时（即拥有180相位差），声像可以超出两个声源以外，甚至跳到听音身者后。

明白了吧？如果你想让声音感觉从后边发出，就需要用到相位差。
有些同学不明白了，既然你说两声道波峰和波谷都相反了，他们不是正好抵消掉了吗？
非也非也！！因为他们处于两个不同的通道，只有他们被融合起来时才会抵消。

结论：当两个波形具有180°相位差且分别位于两个声道时，只要两个声道不被融合在一起，我们从耳机中可以明显感觉到声源跑到后面去了，但这样会使声音中空。这时IXL中的Mid（中文翻译是中间的意思）没有信号显示，而side（旁边）有信号显示。我把它称之为中空。





四、相位差的应用
　
1、声相抵消
　
下图中，位于上面的波形是左声道，
位于下面的是右声道，虽然两个声道的波形一样，但是它们拥有π（180°）的相位差。





这时候，左右声道的波峰和波谷正好相对，且大小相等，当左右声道融合起来时，声音就被完全抵消掉了。
消声伴奏正式运用了这个原理，伴奏是真立体声，拥有时刻不同的相位差，且相位差较大，因此宽度比较宽。而人声因为相位差比较小，所以宽度比较窄。
当把立体声歌曲的其中一个声道反相并让两个声道融合时，相位差较小的波形能够大幅度的抵消掉，相位差较大的波形被保留下来，因此在在Ultrafunk的phase效果器中，厂家预置的人声消除（voacl remover)的参数是形成180°的反相，并把声场宽度拉到0（拉到0的目的是左右声道融合,这样才能抵消掉人声）.在MIDIFAN26期月刊中有介绍,这个180°反相并不是延迟造成的,而是软件通过计算得到的。





2、单声道转立体声
当相位差处于π/2,也就是90°的时候,振幅差能达到最大值，这时声场宽度最宽。
下图中，上面的是左声道，下面的是右声道。他们的振幅差在此时具有最大值。
（再多嘴一句，根据前面的德·波埃效应，下图中左边虚线的pan应该是极左，当波传播到右边虚线位置时，pan极右，由于声波的振动频率很高，质点的振动速度很快，相当于pan左右快速摆动，不信你试试，把一个两声道一样的文件快速摆PAN，这时IXL中一条直线变成很多条，很多条直线就形成声场）





再看下图，在IXL中mid和side显示几乎相同的电平，声音不仅不中空而且拥有最大的宽度。





于是在Ultrafunk的phase效果器中，厂家预置mono转stereo的参数是形成90°（π/2）的相位差。





3、制作5.1声道的效果
当相位差在180°的时候，声源的位置完全跑到后面去，这就是著名的李开试验。
●李开试验

李开试验证明：两个声源的相位相反时，声像可以超出两个声源以外，甚至跳到听音身者后。

李开试验还提示，只要适当控制两声源（左、右声道扬声器）的强度、相位，就可以获得一个范围广阔（角度、深度）的声像移动场。





从上图可知，在相位差达到167°，就是说很接近180°的时候，声源跑到听者后面去了。
根据这个原理，可以模拟出5.1声道的效果，即左前、右前、左后、右后、中置、重低音着6个声道。
左前和右前只做延迟处理，以制造宽阔的声场。左后和右后延迟并形成180°相位差（运用李开试验），制造声源在后面发出的效果。
中置保持原始音频不变，使声场不中空。重低音用滤波器做低通效果。如此便形成6个声道组合成5.1声道的效果。如果你的声卡拥有6个以上的输出通道，便可以使用一台电脑完成5.1声道的制作。
其实用插件模拟会使步骤简单的多，这个就是ultrafunk的surround效果器。它就是利用反相叠加回原声的原理进行模拟环绕声效果的。





很多朋友试图用这个插件做声音的前后左右，但我还是提醒一句，他的内部原理很复杂，呵呵~！~一切以耳朵为主。

最后再讲一下立体声、双声道、单声道的区别 假设双声道的左右两声道波形相位一样时，没有立体感，其效果和单声道一样。(也就是说双声道不一定是立体声咯） 当双声道的左右两声道波形完全一样时，人为制造一定的相位差可以建立宽阔的声场，使之具有立体感， 人为制造的相位差是固定的，所以这种立体声称为假立体声。 而真立体声是两个声道完全不同的两个波形，每时每刻拥有着不同的相位差。 　 了解这些原理后，许多新手的问题迎刃而解。 1、录音到底是录立体声还是单声？ 答：由于一只话筒只能录出两个声道完全一样的波形，即录成单声和双声没有区别。唯一区别是录成双声道硬盘可用容量变得更小。 2、如何录出立体声？ 答：使用立体声话筒，或者使用两只话筒通过不同摆位拾音。 3、我该加单声道效果器还是双声道效果器？ 双声道效果器相当于两个效果器在工作，假如立体声挂上单声道效果器其实也没什么副作用，一般影响相位的效果器不会有单声道插件的，例如你在WAVES的MONO里你怎么都找不到supertap 2-Tap Mod这个延迟插件。至于单声道挂什么都无所谓。 4、用什么软件能够把歌曲中的人声消除干净？ 答：在前面的理论中讲到，人声消除是通过相位抵消实现的，所以没有一款软件能够真正的消除人声，做出伴奏的质量差也是必然的，不仅是人声被抵消，由于BASS和鼓的相位差很小，也一样被抵消掉，因此消声伴奏必须做低频补偿。 5、为什么我录的人声有很明显的闷罐声？ 答：房间的墙壁在没有做吸音的情况下会造成反射声和直达声有一定程度的声相抵消，尤其是话筒指向的位置即歌手身后的位置。避免抵消是录音必须注意的问题。 本文参考资料：关于声源的定位 双声道立体声录音的声场还原