双耳效应和立体声

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人们观察周围的世界是立体的，可以看到、听到来自不同方向的信息。由于人的两眼之间相距约6.5厘米，因此看物体时，两眼从两个不同的位置和角度来观察，使得两眼对物体有两种不同的视觉印象。正是这种视差效应，使我们能够区别物体的远近，对物体产生立体感。一只眼失明的人，因失去视差效应，就难以分辨物体的远近、确定物体的位置。同样的，人的双耳也具有分辨物体方位的功能，称为双耳效应。

双耳效应不简单

“双耳效应”的原理十分复杂，与两眼视差不同，声音到达两耳的差异是多方面的，有“时间差”、“声级差”和“音色差”等。人们会把这些差异与原来存储于大脑的听觉经验进行比较，辨别声源的方位。

时间差：人的双耳相距约21厘米，因此，除了来自正前方和正后方的声音之外，由其他方向传来的声音到达两耳的时间就有先后，造成时间差。利用这种时间差，人的大脑中枢能够估计出声源的位置。如果左耳先听到声音，那么听者就觉得这个声音是从左边（先听到声音的耳的一侧方向）来的，反之亦然。如右图所示，声源位于水平面上的方向角为α ，与人头中心的距离为r，到达左右耳的距离分别为SL和SR。若声源位于人体的右侧，则SL >SR，声音首先到达右耳，从而在到达双耳的时间先后上形成时间差。这种时间差被定义为双耳时间差Δt ，它与声源的方位角α有关。当α = 0°时，Δt = 0；当α = ±90°时， Δt达到最大值，对一般人而言，Δt最大可以达到0.6～0.7 毫秒。

声级差：声级差也就是声音的音量差。两耳之间的距离虽然很近，但由于头颅对声音的阻隔作用，声音到达两耳的音量就可能不同。例如，若声源偏左，则左耳感觉声级大一些，而右耳声级小一些。当声源在两耳连线上时，声级差可达到25分贝左右。声级差除了与入射声波的方向有关，还与入射声波的频率有关。在低频时，声音波长大于人头的尺寸，声音可以绕过人头，这时双耳感觉不到声级差；随着频率的增加，波长越来越短，头部对声波产生的阻碍越来越大，使得双耳信号间的声级差越来越明显，也就是说到达双耳的声音在音量上具有明显的差别。

音色差：声音的音色可以用声波的波形来表示，不同的波形代表不同的音色，典型的音色波形有方波、锯齿波、正弦波、脉冲波等。通常声源发出的声音不可能是单一波形的声波，而是由各种波形组成的混合波。不同波形的声波绕过人头部的能力是不同的，频率越高的声波，衰减就越大。于是人的双耳听到的音色就会出现差异，也就是音色差。一般人头的直径约为20厘米，相当与1700赫声波的波长，所以频率为1000赫以上的声波绕过头颅的能力较差，衰减较大，双耳听到的音色由此产生差异。

立体声是怎么做到的

立体声就是有立体感的声音，实际上在音响技术还没有出现之前，并没有立体声这一概念，因为我们听到的声音都是立体声。因为双耳效应，人耳可以分辨声音的立体空间定位。对人而言，这样的声音具有空间分布感。比如，在剧场里聆听交响乐队的演奏，我们听到各种不同乐器发出的声音从舞台上不同的方向传来，还会听到声音在剧场中的各种反射声，这些不同的声音从四面八方传入我们的耳朵，使我们产生了声音的方向感、层次感。而与立体声相对的是重放声，即用一个拾音设备把各种声音记录下来，综合成一种音频电流再通过处理后由扬声器发出。这时我们只能听到混合的乐器声，而无法听出每个乐器的方位，即声音缺失了原来的空间感。

要使重放音尽可能还原声音的立体效果，理想状态下，就需要在录制时采用无限多个拾音设备记录声音信号，然后用无限多个声音通道将声音传送到无限多个扬声器并重放。只要扬声器的位置和拾音设备的位置一一对应，则重放的声音就能准确地再现录制现场的声音。事实证明，双声道立体声就已经可以很好地还原立体声效果了。目前，立体声系统已经从双声道发展到三声道、四声道全景立体声、三维环绕声甚至七声道。其声道数越多，自然立体声效果越好，但技术也越复杂。因此，目前在广播电视中广泛采用的基本上都是双声道立体声系统。

双声道立体声可以采用两个拾音器正交重叠放置，收取同一声源发出的不同强度的信号；也可以把两个拾音器并放排列，收取有时间差别的信号；甚至还有“拟人工头”话筒，即模拟一个人的头，在两耳位置安放拾音器，这是专门为立体声耳机录音的。声音信号由这两个拾音器共同拾取，然后产生左、右两个声道的信号。当声源不在正前方时，声源到达两拾音器的路程不一样，因此，两个拾音器拾得的信号既有声强差又有时间差，等于模拟了人的双耳效应。立体声在播放时，至少必须有两个音箱或耳机放音。不然，尽管录音是立体声，但是如果放声的点只有一个，那是怎么也得不到立体声效果的。

最后看看下面2道题目，检验一下你是否已经对双耳效应和立体声有了正确的了解。

1. 下面不是由于双耳效应达到的效果的是（ ）。

A. 雷电来临时电光一闪即逝，但雷声却隆隆不断

B. 将双眼蒙上也能大致确定发声体的方位

C. 大象判断声源的位置比人判断更准确

D. 舞台上的立体声使人有身临其境的感觉

2. 关于双耳效应和立体声，下列说法中正确的是（ ）。

A. 人只靠一只耳朵也能确定说话人的大致方向

B. 人之所以能靠耳朵确定发声体的方位，是双耳效应的原因

C. 舞台上的声音被一只话筒放大后播放，是立体声

D. 舞台上的声音被多只话筒放大后播放，不是立体声