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发表于 2010-8-12
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3D音频之双耳效应
如果声音来自听音者的正前方，此时由于声源到左、右耳的距离相等，从而声波到达左、右耳的时间差（相位差）、音色差为零，此时感受出声音来自听音者的正前方，而不是偏向某 一侧。
声音强弱不同时，可感受出声源与听音者之间的距离[1]。
“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蔽作用，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，并迅速作出反应从而辨别出声音的方位。
1、声音到达两耳的时间差
由于左右两耳之间有一定的距离，因此，除了来自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，从而造成时间差。
如果声源偏右，则声音必先到右耳后到达左耳。声源越是偏向一侧，则时间差也越大。实验证明，当声源在两耳连线上时，时间差约为0.62ms。
2、声音到达两耳的声级差
两耳之间的距离虽然很近，但由于头颅对声音的阻隔作用，声音到达两耳的声级就可能不同。如果声源偏左，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25db左右。
3、声音到达两耳相位差
声音是以波的形式传播，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）。由于两耳在空间上的距离，所以声波到达两耳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别声源方位的一个因素。当然频率越低，相位差定位感觉越明显。
4、声音到达两耳的音色差
声波如果从右侧的某个方向上传来，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，相当与1700Hz声波的波长，所以频率为1000Hz以上的声波绕过头颅的能力较差，衰减越大。
也就是说，同一个声音中的各个力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音色就有差异。
只要声音不是从正前方（或正后方）来，两耳听到音色就会不同，这也是人们判别声源方位的一种依据。
双耳效应的应用
目前，剧场观众厅扩声系统中的扬声器倾向于配置在台口上方，也是考虑到人耳左右水平方向的分辨能力远大于上下垂直方向而确定的，
从而克服了过去把声器组配置在台口两侧所造成部分听众感到声音来自侧向的缺陷，避免使听众明显地感到场声器发出的声音与讲演者的直达声来自不同的方向。
利用“双耳效应”，我们可以通过录音技术录下声响，然后用两个或几个音箱播放出来，使人们听起来好像音箱之间有一个声源在发声，这个假想的、实际上不存在的声源就叫作“声像”。
当我们听立体声广播、立体声唱片中的一个管弦乐队演奏时，你可以感到大提琴在你的右前方，小提琴在你的左前方，而小号却在中间……。
对于电声乐队，你也可以很明显地感觉出主奏乐器来自不同的方向。听重唱，你可以清楚地分辨出左、右声道中分别播出的各自的高声部和低声部。
因此，立体声的优点不仅仅是有真实感、临场感、空间感，而且由于把声像分离了或改变了位置，就会使你听觉具有层次感，而且可以压低噪声。
自然界发出的声音是立体声，但我们如果把这些立体声经记录、放大等处理后而重放时，所有的声音都从一个扬声器放出来，这种重放声（与原声源相比）就不是立体的了。
这时由于各种声音都从同一个扬声器发出，原来的空间感（特别是声群的空间分布感）也消失了。这种重放声称为单声。
如果从记录到重放整个系统能够在一定程度上恢复原发生的空间感（不可能完全恢复），那么，这种具有一定程度的方位层次等空间分布特性的重放声，称为音响技术中的立体声。
立体声的拾音方法主要有：A/B制式、X/Y制式、M/S制式、声像移动器(Pan Pot)制式、仿头真制式、真人头制式、ORTF制式、声场制式等等。
耳机的声场再现除了和耳机的结构有关外，还和选用的CD唱片有很大关系。真人头制式是将两只微型传声器，悬挂在音乐演奏现场听音人耳道口处拾取声音信号的方法，它的效果类似于仿真头制式。
如果在立体声耳机听音中，采用仿真头CD唱片和真人头CD唱片，我们就会感受到比其他CD唱片好得多的声场再现效果。
综上所述，在立体声耳机的听音系统中要实现良好的声场再现效果，一是要尽量选择罩耳式耳垫的耳机或不带耳垫的耳机，如AKG公司的K1000，以求不破坏耳壳的形状；
二是尽量选择采用“相位校正技术” 的多振膜结构的耳机(如AKG公司的K240M、K240DF),这两种耳机也是广播、电视部门采用较多的品种；
三是尽量选用仿真头CD唱片和真人头CD唱片，可惜的是品种极少。
双耳效应的定义
当声源(包括复杂的集群信号)偏向左耳或右耳，即偏离两耳正前方的中轴线时，声源到达左、右耳的距离存在差异，这将导致到达两耳的声音在声级、时间、相位上存在着差异。
这种微小差异被人耳的听觉所感知，传导给大脑并与存贮在大脑里已有的听觉经验进行比较、分析，得出声音方位的判别，这就是双耳效应。
在舞台上用两个相距不太远的传声器，分别连到两个放大器上，然后把放大器放大后的变化电流连接到另一个房间的两个与传声器位置对应的扬声器中。
这样当一个演员在舞台上由左向右、边走边唱地走过时，在另一个房间里的听众就会感到好像演员就在自己面前由左向右、边走边唱地走过一样。
如果用两个录音机同时分别记录从两个传声器送来的音频电流；放音时，再将同时放音的两个扬声器放到与传声器对应的位置上，听到的声音就会有很好的立体感，这就是两声道立体声录音。
现在的立体声磁性录音机大多是两个声道的。它的录音磁头和放音磁头都是由上下两组线圈做成的，磁头的磁心叠厚比一般用的磁带录音机磁头磁心叠厚要窄一半多，
在磁带上的磁迹也就比普通录音机记录的磁迹窄一半多。这样，一条磁带上就有四条磁迹。
在录音时，声音由布置在左右的两个传声器转变成音频电流后，由录音机内的两套放大器分别进行放大，并分别送到录音磁头的两组线圈内，当磁带经过录音磁头时，
两声道的录音就同时被记录到磁带的两条磁迹上。在放音的时候，磁带通过放音磁头时，放音磁头的两组线圈分别感应出两条磁迹的变化电流，经过两套放大器分别放大，
然后由布置在听众左前和右前的两个扬声器分别重放出两个声道的声音，使听众获得立体感。
双耳效应的测试方法
1、用长1.5-2.0米，直径25毫米的一根塑料硬管（或金属管）即可，将内部装满细沙后两端用废纸堵住，在火炉旁加热后窝成一个圆形，两管口相距250毫米左右。
双耳效应
2、倒出管中的细沙，将管口打磨光滑，用布条将管挂在试听者的两耳旁。
如右图： 3、试听者紧闭双眼，耳贴管口，助手用一细木棒轻击管的任意部位，试听者皆能准确地判断出敲击处的位置，这就是双耳效应。 |
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