刘树田

在同学们的日常生活中，一定经常听到立体声以及跟立体声相关的名词，如立体声广播、立体声耳机、立体声音响等等。那么什么是立体声？立体声的物理学实质究竟是什么？立体声又是怎样获得的呢？下面我们就来简单地讨论一下这些问题。

何为立体声？顾名思义，就是指具有立体感的声音。声音立体感的获得既跟客观上的声源有关，又跟人主观上的听觉有关。从客观上讲，立体声首先是一个空间概念，在确定的空间位置有发声体，声音从声源沿确定的方向向接收器传播；从主观上讲，人的听觉有辨别声源方位的能力，尤其是有多个声源同时发声时，人们可以凭听觉感知各个声源在空间的位置分布状况，除了能感受到声音的强度、音调和音色外，还能感受到它们的方位和层次。人耳的这种听觉立体感是基于“双耳效应”。如图1所示，声源S离开人的左右耳距离不同，导致双耳听到声音在时间、强度、相位（相位是描述振动状态的物理量）及音色上的差异，而人的听觉中枢对这种差异是相当灵敏的，能根据这种差异迅捷地判断出声源的位置和方向，这就是“双耳效应”。

对于声源发出的不同特性的声波，大脑对声音的方位判断会采用不同的方法。当声波的频率比较高时，根据波速 v 、波长 λ 和频率 f 的关系v= λ f 可知，声波的波长较短（波速v对特定的介质是不变的），所以这样的声波不容易衍射，而是具有较强的方向性，因此双耳听到的声音强度不同，听觉中枢可由此判别声音的方位。特别对于音乐中的高频成分，由于其波长短，将受到头部的阻挡，造成另一只耳朵处于高频的“阴影区”内，两耳朵听到的乐音就有差异，从而可判别方位。正是利用这种效应，当人们在剧场里聆听交响乐队演奏时，不但能听到各种乐器的演奏声，而且能判断其在舞台上的位置。当声波的频率比较低时，由于声波的衍射，两只耳朵听到的声波的强度相差不大，但由于声波到左右耳朵的路程不同，所以声波到达左右耳朵的时间不同，大脑根据这个时间差就可以判断方位。可见，没有“双耳效应”，就不能获得声音的立体感，这跟用双眼才能产生视觉上的立体感的道理是一样的。

上面谈的是人身临其境听声音的情况，事实上，我们在听立体音响时也可以产生立体声的感觉，这又是什么道理呢？原来人们是利用立体声的录、放技术，人为地使双耳听到的声音产生差异，使人耳产生一个“声源幻像”，此幻像的位置和产生同样差异的真实声源的位置相对应。如图2所示。

录音时，采用两个传声器分别放在舞台的左右两侧，舞台上各种乐器发出的声音到达两个传声器时，因为距离上的差异，导致声音强度、音色、相位各不相同。两个传声器接收到的信号，分别通过两个独立的声音通道传到磁带的两条磁迹上；放音时，磁带所录制的两条磁迹上的信息被两个独立的声音通道传到左右两个扬声器中后被放出来，如图3所示。这两个扬声器发出的声音与两个传声器录取的声音信号相对应，所以两个扬声器传出的不同声音将再现舞台上各种乐器位置相应的“声像”效果，于是听众就听到了立体声。如果用双通道立体声音响听大型乐队的演奏，人们不仅可以听到各种乐器的声音，还可以分辨出这些乐器在舞台上的不同位置。

值得注意的是，要从音响中听到立体声，不仅放音设备要立体声的，录制设备也要是立体声的，而且声音信号的储存载体——磁带、光盘也要支持立体声。

总的来说，立体声与单声道相比，有如下优点：（1）具有各声源的方位感和分布感；（2）提高了信息的清晰度和可懂度；（3）提高节目的临场感、层次感和透明度。立体声的这些优点自然深受人们的青睐，而人们的喜爱又促进了立体声技术的发展。现在的立体声技术已经从双声道发展到四声道、多声道、环绕立体声等，这些立体声技术的效果当然比双声道的更好，但基本原理是相同的。如果你感兴趣，可以阅读有关的电声专著做进一步的了解。