从单声道到3D环绕声：声音的演进

声音在空气中的传播是转瞬即逝的。为了能够将在某一时刻、某一环境下发出的声音异时、异地转移，必须将这一声音信号转换成机械、光和磁等信号进行记录，需要时再将这些存储的信号还原为声信号。这个将声信号向可记录的编码信号转换，并将该信号借助一定手段还原的过程就是录音技术。根据声音转换之后记录和使用的声道数量又将录音技术分成若干种。使用一个声道进行录音和重放的称为单声道录音。使用两个声道，并且两个声道在录音和放音的全部过程中是相互独立、不互相影响，且两个声道信号又有声学上关联的叫双声道立体声，也可简称立体声。20世纪70年代以来，曾出现过四声道立体声，近些年来又出现了多声道环绕声、3D环绕声等。

单声道 单声道录音是只使用一个声道的声电转换技术。在录音时，单声道录音只使用一个传声器，或者将若干个传声器拾取的声音信号混合成为一个声道的记录信号。声音重放时一般使用一个扬声器，或者使用若干个扬声器重放相同的信号。可以说，单声道录音的听音是比较“自然的”。单声道声音信号中较好地保留了原声场中除了左右信息外的其他所有声音成分，包括原声群发声的环境的声学特性，声群的纵深等。单声道录音在使用相同的第二个或多个扬声器进行重放时，声音就有些不自然了。因为在重放房间中，扬声器不仅向听音人直接辐射声能，还会向顶棚、墙面、地面辐射声能。这些界面的声反射使声音延迟，妨碍了声像和定位，尤其对语言录音是十分不利的。单声道录音最大的缺陷是声音还原时所有的声音都来自一个方向，即声源是一个点。

双声道立体声 双声道立体声是根据一定的原则，通过两个彼此独立的声道将声群和房间特性记录下来。房间特性指声源的位置，声源的扩展（体积）和距离，还包括直达声、反射声、混响声的状况。重放时将两个独立的声道信号分别送给左右两个按照一定原则摆放的扬声器，结果在听音人的正前方还原了原始声场中声音的左中右位置。双声道立体声无疑能重放出比单声道丰富得多的声音信息，它可重放出整个乐队的宽度感和展开感。每件乐器、每组乐器都可以比较准确地分布到各自的位置，因而在两个扬声器中间呈现出整个乐队完整的声像群。从这个意义上讲，相对于单声道录音，双声道立体声的声音再现是革命性的，后来出现的环绕声、3D环绕声都是在双声道立体声的基础上发展起来的，后者更多的是基于双声道立体声理论在实践上的体现。

需要提及的是，人们最初将英语的“stereo”翻译为立体声，这本没有什么错，始料未及的是，比“stereo”更为“立体”的所谓“环绕立体声”“3D环绕声”接踵而至。为了防止混淆，人们便将“stereo”强调为“双声道立体声”，或者“2.0立体声”，当然，在很多明确的场合还是直呼“立体声”。本书除在此处使用“双声道立体声”外，一律使用“立体声”这个称谓。

研究双声道立体声是研究环绕声、3D环绕声，乃至探讨可能出现的更多声道、更多层级重放制式的理论基础，这也是本书的重点。

四声道立体声 也称四方声，是20世纪70年代日本开始研究的一种录音和重放技术。四声道立体声录音时用四声道录音，可用4个、3个或2个声道记录。重放时还原成四声道，即前左、前右，后左、后右（或前、后、左、右）。四声道立体声在开始的几年曾颇为轰动，但最终并没有取得商业上的成功，最后完全消失。人们已普遍认为：四声道立体声的失败是因为它有一些无法克服的缺点。

1.四声道立体声的听音效果只有在听音环境中央很小的区域比较好，而且对听音室要求较高，在一般家庭中难以做到。(www.xing528.com)

2.系统造价昂贵。

3.四声道立体声有严重的声像漂移现象，这是致命的缺陷。因为立体声系统的重要属性就是应该保持稳定的重放声像。

三维立体声 以上各种立体声都是在平面展开的，而三维立体声的设计者试图追求声像在三维空间内展开。三维立体声的重放系统扬声器布置在左前上、左后下、右前下、右后上四个方位。但由于人耳对垂直方位的辨别能力不如水平方向，所以很多人认为三维立体声与平面立体声相比优点并不突出。今天看来，三维立体声具有3D环绕声的雏形。

环绕立体声 环绕立体声技术从80年代开始发展很快，并早已投入商业生产。环绕立体声开始于电影工业，现在已进入家庭。环绕立体声与双声道立体声本质的进步是在左右扬声器间增加了一个中间扬声器。那么，听音人前方的声像定位是在左-中-右之间完成的，其目的是为了加强中间声音的声像定位。左侧声音的声像定位借助左和中声道间的相关信号，右侧声音的声像定位借助中和右声道间的相关信号。环绕立体声与双声道立体声的另一个区别是在听音人的后方增加了数量不等的环绕声扬声器。后边扬声器主要是对环境声进行描述。

3D环绕声 为了塑造更真实的空间信息，人们开始探索在环绕立体声所塑造的二维空间基础上，增加垂直方向的声音定位，并与水平方向的其他二维信息关联，使各声道间的声音更具有连贯性。3D环绕声在重建原理上以心理声学、物理声场及其两者的结合为理论基础，并有多种环绕声信号算法；在重现方式上分为耳机重放、多层扬声器系统等多种重放形式。此外，3D环绕声在“声道”的基础上，还增加了“声音对象”的概念，将重放资料（电影或其他声音作品）中包含移动方位、坐标、音量以及移动时间等的声音信息分配到重放扬声器中去，丰富了艺术创作手段。与环绕立体声相比，3D环绕声技术的声音定位更加明确、声像运动感更加连贯，听众的临场感和沉浸感更加强烈。

上述这些重放方法，单声道一般只在语言录音场合使用，四声道立体声已经被淘汰了。双声道立体声因发展得较早，目前从技术上和理论上比较成熟，也是目前使用最多的立体声。当然，近几年环绕立体声技术发展十分迅速，但是目前还有许多技术、艺术的问题尚未解决。并且，双声道立体声理论无疑是环绕立体声，乃至3D的基础，对双声道立体声的研究仍然有其现实意义。