音响工程技术补充知识2——录音环境空间.ppt

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1、声音的空间环境效果与空间环境声,北京联合大学 音响工程技术课程组,第一部分声音的空间环境效果,声源、传声途径及声接收者,在任何有声音的空间和区域都必须考虑三个基本要素:(1)声源。它是形成声场的基本条件之一。由声源发出的可以是有用声,也可以是无用声;(2)传声途径。它包括传声路径和传输系统;(3)接收者。接收声音并对它作出反应的,一般是人或其他生物的听觉系统。传声器等一类接收器及与其相匹配的装置可以看作是它们的延伸。,录音系统中的声源、传声器及接收者的示意图,声音的空间环境特性,振动是产生声音的基本因素。如果只有物质的振动而无传声媒质及其振动,声音是无法形成和传播的。而媒质是不可能脱离空间而存

2、在的。因此,在实际录音工作中,声音总是与一定空间紧密联系着的。空间环境的声学条件直接影响着在这一空间环境条件下形成并进行传播的声音特性。反映这种特性的主观感受就是通常所说的“声音环境感”与“声音空间(透视)感”。由此可以看出,声音的空间环境特性是声音的基本特性,而据此可能获得的各种声音的空间环境效果则是最基本的声音效果。,声音空间的分类,在实际问题中录音空间环境状况是极其复杂的。为了便于进行分析,从理论上可以将任何空间分成两种基本类型:自由空间和封闭空间。在这两种空间中形成的声场,一般可以作为自由声场和混响声场处理。,自由声场,所谓自由声场,指的是只有直达声而没有反射声或反射声可以忽略不计的声

3、场。例如,在无限空间或消声室中形成的声场。在这样的声场中,声波将自由传播,因此,有关声波自由传播的规律均可适用,如声压的变化与传播距离成反比,亦即声压随距离按反比规律衰减,等等。,混响声场,混响声场则是一种能量密度均匀、在各个传播方向作无规分布的声场即扩散声场。显然,在这样的声场中任何一点所接收到的任一方向的声能都是相同的。混响声场只能在封闭空间中形成。在这一声场中不仅有直达声,而且还有大量反射声。它们相互交集在一起,彼此密不可分。特别是,当声源、停止发声后,声音并不马上消失而要延续一段时间,即混响。混响现象是扩散声场的基本特征。对混响状况的分析是研究这种声场特点的基本方法之一。,实际空间环境

4、的特点,任何声音总是具有一定的空间环境特点的;实际的录音空间环境可能与事物(或故事)发生的空间环境相同或相似(如同期录音),也可能与之不同(如有些后期配音)。无论实际录音空间环境的声学条件如何,最终获得的声音都必须满足特定空间环境的要求,而不管它是再现事物发生的空间环境,还是为满足艺术要求而重新营造的某种声音意境。,尽管从理论上可以将声源及其拾音点所处的空间或空间中某一区域的声场划分为自由声场和混响声场两种基本类型,但在实际中满足这两种声场要求的空间却是十分罕见的。只有像消声室和混响室那样的声学实验室才基本满足各自的要求。录音中遇到的声场往往既不是自由声场,也不是混响声场。,处理录音声场的办法

5、,在处理实际声场时,原则上可以根据其基本条件,或者先将其作为自由声场处理,或者先把它看作混响声场,然后再根据具体条件加以补充修正。,室外声场的处理方法,一般地说,对于室外声场,可以先作为自由声场处理,然后视其反射面的情况再作修正。由于室外空间不仅容易受到噪声的干扰,而且湿度、温度的变化较大,同时还要受到风向和风速的影响,因此,在分析声传播情况时,应将它们考虑在内。,室内声场的处理方法,就室内声场而言,在大多数情况下,可以把它看作混响声场,并依其扩散程度对该声场的不同区域分别进行处理。原则上,可以将室内声场看作是直达声场(相当于自由声场)与混响声场(相当于扩散声场)的迭加,只不过由于边界面的存在

6、,这时的反射声非常复杂罢了。,注意,在任何情况下,高频吸收对声传播的影响都应十分注意,在传播距离相当大时,它的影响可能是决定性的了。,广播影视中的声音空间环境效果,在广播影视声音创作中,对于声音空间效果的考虑应包括再现事物的空间环境状况和创造特定的声音意境两个方面。前者主要是再现性的,后者则侧重于表现性的。这里既有艺术构思的问题,又有实现艺术构思的技术问题。,声音的空间环境效果的分类,1.空间效果2.空间透视效果3.空间环境效果,1.空间效果,通过声音展示空间的一般状况。例如,空间的大小,有无边界(室内还是室外),边界(壁面、天花和地面)的状况等。人的听觉系统对声音的上述属性有敏锐的识别能力。

7、从声学上讲,除直达声外,在室内,通常可以通过不同的前次反射声和混响特征展示；在室外,由于通常均存在反射体,因此可能有不同的反射声,但一般不存在混响。反映这些特征的,在听觉上就是空间感。利用这一听感可能获得的声音效果就是声音的空间效果。,2.空间透视效果,通过声音展示声源在空间中所处的位置,静止的或运动的。例如,在广播影视节目中通过声音展示的叙事主体处于远景、中景或近景。这种空间透视感可以是主观的(例如描述剧中人的听感),也可以是客观的(观者对剧中声源的判断)。反映这种听感的就是所谓 声音的方位感,这是一种属于立体声范畴听觉感受。反映这些特征的,在听觉上就是空间透视感。利用这一听感可能获得的声音

8、效果就是声音的空间透视效果。,3.空间环境效果,通过声音展示空间的环境状况,它既可以展示空间内部(例如电影电视中的画内空间)状况,也可以展示空间的外部(例如画外空间)状况。由于声音的无限连续性,使它具有展示叙事空间以外(画外空间)的能力。在这一方面,声音比画面具有更强的叙事功能和更大的艺术魅力。,声音空间环境效果的信息,可以通过拾音技术获得,也可以采用音质加工处理手段进行制作。如果在展示上述空间环境效果时,结合叙事主体的情感或情绪进行相应的夸张、变形等处理,从而建立特定的声音意境、营造特定的声音气氛,则可用于表现各种情感。,第二部分空间环境声,空间环境声的基本特征,1.直达声及其在听感中的作用

9、2.双声源定位与哈斯效应3.延时反射声在听感中的作用与劳氏效应4.混响声在听感中的作用,1.直达声及其在听感中的作用,一般地说,可以将室内的声音分为直达声、前期反射声(也称延时声、早期反射声或前次反射声)和混响声三部分。事实上,除了特殊情况(如音质很差的房间)外,室内的上述三部分声音总是混合在一起而成为一个相当连续的听感过程的。不过从音质分析上看,它们对听觉的作用并不相同。,直达声、前期反射声与混响声的时间序列示意图,直达声,从声源直接到达听者的声信号称为直达声。在录音中是以传声器作为人耳的延伸而取代人耳的。在听感上,直达声的作用是极其重要的。,直达声的作用,(1)直达声是人们感受声源本身特性

10、的基本依据。直达声是受空间环境声学条件影响最少的声信号,而直达声之后的其他声信号则都是由它派生出来的。在室内,只有直达声是未经房间修饰的声信号,而在其后的其他信号都将在不同程度上受到室内声学条件的影响。当然,随着声传播距离的不同,声音的音色也将发生变化,但这与室内的声学条件没有多大关系。,直达声的作用,(2)直达声的持续时间完全取决于声源的辐射时间。声源的瞬态特性就决定了直达声的瞬态特性。瞬态特性对声音的音质有着重要的影响。无论在听感反应或录音中保持这一特性都是十分重要的。至于是否能够保持这一特性与人的听觉反应和录音系统的性能有关,但对于客观存在的直达声而言,它的瞬态响应则完全取决于声源本身。

11、,直达声的作用,(3)直达声是人们判断声源位置和宽度的重要依据之一。尽管在听闻过程中,人的听觉系统是对融合在一起的直达声和反射声起反应的,但由于哈斯效应(HASS EFFECT)或称哈斯的 先入为主 效应,实际上直达声抑制了反射声而成为判断声源位置与宽度的重要依据。,2.双声源定位与哈斯效应,双声源定位原理采用的装置如图所示。实验用的两个扬声器相距 350 厘米,放置在离聆听者与这两个扬声器连线中心 350 厘米并以其为对称轴的双耳水平面内。,(1)当馈送给这两个扬声器以声强相等、没有时间差的声信号时,聆听者则不能分辨这两个声源的位置,只感到仅有一个“声像”位于他的正前方,即好像声音来自这两个

12、扬声器连线的某一“虚声源”一样。,双声源定位实验结果,双声源定位实验结果,(2)固定相位不变,即保持馈给这两个扬声器的信号没有时间差,而将其中的一个扬声器,例如右边那个扬声器的声级逐渐加大,则声像位置就逐渐向这一扬声器,即右边的扬声器偏移,其偏移量(离开轴线的偏角)与这两个扬声器的声级差之间的关系如图所示。当声级差超过15分贝时,声像就固定在声级较高的(右边)扬声器上。,双声源定位实验结果,(3)保持两个扬声器的声级相等,而将其中一个扬声器,例如右边扬声器延时，则随着这两个扬声器之间而时差逐渐加大,声像就逐渐向未延时的(即左边)那个扬声器移动。,但是,当时差超过3毫秒后,声像就保持在声音较先发

13、出的那个(即左边)扬声器上。这种由声级相等而到达人耳先后不同的多位置声源发出的声音,只要其时差在一定范围内,例如 530 毫秒内,人们总是将声源的位置确定在首先到达其耳朵的那个扬声器上。这种以首先到达的声音所对应的声源作为判断声源位置(定位)的现象,就是“先入为主”效应的一种，又称为哈斯“先入为主”效应。,当两者的时差在 30 毫秒以内,则听觉的感受时声音只来自未被延时的声音所对应的声源,并不感到已经过延时的声源存在;当延时在30毫秒50毫秒之间时,虽然听觉上可识别出已延时的声源存在,但仍然感到声音来自未经延时的声源;而当延时超过这一限度，大于50毫秒后,听觉则感到在直达声之后有一清晰的回声。

14、这就是通常所说的哈斯效应(HASS EFFECT),亦称哈斯效应。,双声源定位实验结果,(4)如果两个扬声器发出的声音同时具有声级差和时间差,则存在两种不同情况:当由各单一因素分别产生的声像偏移方向相同时,综合作用将比任一因素以同样差值作用时的偏移量大;当由个单一因素分别产生的声像偏移方向相反时,综合作用的结果将使声像的偏移量减小。由声强差或时间差引起的声像偏移可以用反向的差值相互校正,在强度差15dB和 时间差 3 毫秒的情况下,两者之间具有相当好而线性关系:1毫秒的时间差相当于 5 分贝的强度差。,必须着重指出，这里所说的声级差与时间差和“双耳效应”中所讨论的声现象有严格区别。在那里,声级

15、差与时间差是从同一声源到达听者双耳的声音因声程差和人头掩蔽作用而产生的自然差异；而这里讨论的声级差与时间差则是两个声源之间的人为起始差异。这时听者所感到的差异是两个声源所发出的声音分别到达双耳,并产生迭加后形成的。尽管这两种声级差与时间差的形成不同,但它们却是可以比拟的。这就为立体声放声技术提供了一个重要依据,在双通路立体声的放声与模拟技术中得到广泛运用。,当两个声音同时具有声强差与时间差时,情况比较复杂，实验结果如图所示。该图的上部分给出了听觉上只感到一个声源发出的声音时的极限情况。这相当于一个声音作为另一个声音的掩蔽声时所要求的声级差和时间差。下部分为上部分曲线在小于6毫秒这一范围内的放大

16、图形。它对于确定双通路立体声的大致声像位置具有实际指导意义。,双耳效应,耳壳效应 另一种声音定位机理 对声音信号的方位、来向和对集群声音信号的展开感、深度感的感知能力,是人们听觉系统天生所具备的能力。古典声学把人们感知立体声音和声场的机理归结于“双耳效应”。,双耳效应,“双耳效应”的原理十分复杂，但简单的说,就是人的双耳的位置在头部的两侧,如果声源不在听音人的正前方,而是偏向一边,那么声源到达两耳的距离就不相等,声音到达两耳的时间与相位就有差异,人头如果侧向声源,对其中的一只耳朵还有遮敝作用,因而到达两耳的声压级也有不同。人们把这种细微的差异与原来存储于大脑的听觉经验进行比较,并迅速作出反应从

17、而辨别出声音的方位。,双耳效应,人的耳朵不仅可以听到声音，而且可以利用两个耳朵接收声音时的强弱差别和时间差别，判断出发声物的方位和距离，人耳的这种能力称为双耳效应。,人们是用两只耳朵同时听声音的，当某一声源至两只耳朵的距离不同时，此时两只耳朵虽然听到的是同一声波，但却存在着时间差（相位差）和强度差（声级差），它们成为听觉系统判断低频声源方向的重要客观依据。对于频率较高的声音，还要考虑声波的绕射性能。由于头部和耳壳对声波传播的遮盖阻挡影响，也会在两耳间产生声强差和音色差。总之，由于到达两耳处的声波状态的不同，造成了听觉的方位感和深度感。这就是常说的“双耳效应”。,双耳效应,不同方向上的声源会使两

18、耳处产生不同的（但是特定的）声波状态，从而使人能由此判断声源的方向位置。如果，人们设法特意地在两耳处制造出与实际声源所能够产生的相同的声波状态，就应该可以造成某个方向上有一个对应的声源幻象（声像）感觉，这正是立体声技术的生理基础。,时间差效应,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。这种现象我们称为左右之间的时间差效应。,时间差效应,时间差效应是我们听觉辨别声源方位(发出声音的位室)的重要根据之一。它的原理是：耳在头的两侧，如果一个声音来自听者正前方(中轴线)，那么这个声音到达两耳的距离是相等的，因此，听者就觉得这个声音出自正前方；如果这个

19、声音来自听音人的左例，那么左耳就比右耳先听到这声音，于是听者便觉得声音出自前方的左侧。换句话说，如果声源偏离正前方中轴线的角度越大，左耳比右耳的听音时间差就越大。,声强差效应,如果左耳听到的声音比右耳的要大，那么，听音人会觉得声音来自左侧方向，反之亦然。这种现象称为左右耳之间的声强差。声强差效应也是我们听觉辨别声源方位助重要根据之一，它的原理是：如果一个声音来自听者正前反正前方的中轴线上，那么，声音到达双耳的声音大小是一样的，于是听者就觉得这个声音处在前方；倘若声音来自听者人的左侧，听者人就觉得声源偏左。,双耳效应的应用,时闻差和声强差的结合时间差和声强差对声源方位感都可以单独发生作用。在它们

20、相互结合时，就产生综合作用。双耳的时间差效应和声强差效应，是人耳辨别声源方位最重的依据，统称双耳效应。人工立体声的工作原理，简单地说就是在双耳效应的基础上建立起来的。,双耳效应的应用,按照这个原理，在制作立体声节目时利用电声技术将一个声音信号到达双耳的时间相同或声强度相同，那么聆听者必定感觉到声源在自己的正前方；如果延迟声信号到达左耳的时间(造成双耳的时间差)，或者减弱信号到达左耳的声强度(造成双耳的声强差)，那么声源方位的感觉必然偏重于右侧方向。,双耳效应的应用,运用立体声像定位理论，通过双声道或多声道重建声像系统可以获得如下声像定位效果：在听音人正前方等距两例各放一个音箱(扬声器)，如果两

21、个音箱放音时间一致，则听音人觉得音色位于两个音箱之间的中央；如果左侧音箱的放音时间提前，听音人则觉得声像在左侧，反之亦然。在听音人正前方等距两例各放一个音箱(扬声器)，放音时如果两个音箱声强度相同，则听音人觉得音像位于两个音箱的中央；如果逐渐增大左侧音箱的音量(或逐渐减弱右侧音箱的音量)，听音人则觉得音像逐渐向左恻移动，反之亦然。,双耳可以分辨声源方向的主要原因,1.对同一声音，两只耳朵感受到的强度的不同。假如声源在右方，则右耳听到的声音就比左耳强。这种响度的差别，在实践中就形成了辨别方向的感觉。这时，我们会转动头颅，直到两耳听到同样的响度为止，此时声源便处在我们的正前方或正后方。,双耳可以分

22、辨声源方向的主要原因,2.对同一声音，两只耳朵感受到的时间有先后。假如声源在右方，右耳比左耳离声源近，声音传来，右耳先听到，左耳后听到。这个声音到达右耳和左耳的时间差别，同样在实践中形成了声源方向的感觉。时间差别越大，越易辨别，感觉越准确。在这一点上，大象比人更有利，因为它的两只耳朵间的距离比人的大得多。,双耳可以分辨声源方向的主要原因,3.对同一声音，两只耳朵感受到的振动的步调有差别。由于声音传到两耳有时间差别，因而两耳感受到的振动的步调也就不同，这样就会引起方向感。不过这种情况对低频声音较为有效，因为高频声音振动快，在两耳听音的时间差内很可能声音又振动了一个或几个全周期，这时两耳感受到的振

23、动步调又是一致的了，而低频声音的周期长，较难得到同步。,3.延时反射声在听感中的作用与劳氏效应,在室内,继直达声之后由室内各边界面反射而到达听者的是前期反射声,这种声音是由房间本身的特性决定的一种延时声。它们具有以下主要特点:(1)在一般情况下,这种延时声的强度是随时间逐渐减弱的。(2)反射声的方向通常与直达声不同。它们是由反射面的位置和形状决定的。(3)反射声的频率特性因界面的声学特性而异。一般地说,反射声的频率特性是和直达声不同的。,延时反射声在听感中的作用,（1）室内反射声的一个主要作用是给人以空间大小的感觉。一般地说,反射声的这一听感作用是和直达声的相比较而得出的。在这一听感反应中,诚

24、然还因空间的声学条件及声源与听者的距离等不同情况而必须借助于其他有关信息。其中十分重要的是频谱(或音色)的改变。在距室内声源、很远的混响场内的听者,则往往借助于混响声而作出判断的。,延时反射声在听感中的作用,（2）根据哈斯“先入为主”效应,延时声对于提高直达声的响度起着十分重要的作用。在“先入为主”效应的时差范围内,响度的增加与延时声的功率成正比。这就是延时器在音质加工处理中可能取得“加倍”效果的基本依据。具体地说,利用延时器可以将一个声源的声迹制造出多声源的总体效果。,注意,在上述应用中,延时声的强度与时间间隔(即间隔的延时增量)必须严格控制在“先入为主”效应的范围内。如果时间间隔太小,例如

25、小于 10 毫秒,特别是在 10 毫秒数量级时,将会出现严重的“梳状滤波器式频响”效应。这时可能产生另一种“镶边”效应的听觉感受。这是一种只能在实验室中制作出来的特殊声音效果。如果延迟时间很长,例如大于 50 毫秒或 80 毫秒,而且延时声的强度又足够大,则可能产生回声的听感效果。,延时反射声在听感中的作用,（3）延时声,尤其是实际的反射声,除了上述听感外,前期反射声(或短延时混响声)对亲切感和丰满度、力度感等有重要影响。尤其是在 25 毫秒左右的前次反射声对亲切感有重要影响。实践证明,厅堂(特别是音乐厅)中的短延时侧向反射声对音质(主要是亲切感)影响极大。,劳氏效应,利用延时技术可以制作假立

26、体声一种称为劳氏效应的心理声学效应。将磁带录音机 1 放出的单通路的音乐信号馈送给一对耳机的同时,用录音机 2 录音,并经 50 毫秒延时后输出。将这一输出的延时信号反相后迭加到录音机 1 输出的直达信号上。两个耳机呈现的第二信号可能是同相的,也可以是反相的。当同相时,放声效果与单通路耳机的放声效果没有显著差别,但若反相,就立即产生一种显著的空间印象:声音似乎来自四面八方,犹如置身于乐池中聆听一样。这就是劳氏效应,一种属于假立体声范围的心理声学效应。,劳氏效应的解释,第二信号好像是一延时声,它以恒定的 180度 的相位差到达双耳。这就意味着不同频率将得到不同的时间延迟,从而产生了不同频率具有不同入射方向的效果。这样,音乐(复合声)中(带延时)的每一频率的声信号就似乎来自四面八方,在主观上便成了“立体声”了。当然,这是一种不寻常的立体声假立体声。,4.混响声在听感中的作用,在室内,混响声是继前次反射声之后的一系列密集而不可辨认的反射声的总体。混响声对听感的影响很大,主要有以下几个方面:(1)提高了听感的响度；(2)给人以温暖感(主要指音乐而言)与力度感；(3)影响昕感中的清晰度、融合度及层次感；(4)提高了声音的丰满度；(5)给空间环境感以重要影响,并对判断声源的距离以重要作用。,