立體聲合成器製作/且把單音音源立體化 @ 老音響資料庫/蘇桑部落格

　　早期唱片使用的是單音錄音;如果利用現今流行的處理,才可以讓人聽來有立體的感覺。在現今的調幅及電視廣播的聲音還沒有立體化之前,透過相同的技巧,我們就可以比別人先享受到調幅及電視聲音的立體效果。

什麼是立體聲?

　　很明顯的,立體的效果聽來比單音更接近自然,事實上,立體的重現有賴於左右聲道之間精確的時間及相位關係的配合恰當。並且在播放時聽者與左右喇叭的相對位置對立體效果也有很大的關係,因為所謂立體是靠左右聲道傳到耳朵時所感覺到的相位差別所造成的一種空間感。然而許多所謂立體只是利用控制左右聲道之聲音強弱而得到極類似的立體效果,例如在某種頻率下,加強右聲道的振幅並且抑制了左聲道,那麼這聲音我們聽來便會感覺是從右邊傳來的;應用這個原理就可以使單音變成立體效果,這也就是所謂的合成式立體聲。

如何達成「合成式立體聲」的效果?

　　請參看圖一,合成式立體聲效果主要是建立在一種稱為梳型濾波器的基礎上;如果從單音音原來的訊號經過一段短時間的延遲後再與原來的音源重新混合後,其頻率便形成一排的上下擺動,酷似梳子的牙(參看圖二),因此稱為梳型濾波器;

在此立體合成器中,時間的延遲只用一只所謂Bucket-brigade device(BBD)的IC,因此大大地簡化了線路,利用這塊IC,你可以輕易地把聲普分割成任意多段(這取代了複雜煩人的帶通濾波器),但是如果把聲譜分割得太精細,梳子的牙會顯得太密,因而左右聲道的差別就會消失,也就是立體效果會變成不顯著。經過測試的結果以1KHz為單位長度來分割所產生的立體效果令人滿意,因此這個線路的延遲時間設定在大約0.5毫秒左右。

線路原理詳析

　　圖一是方塊流程圖;單音經由0.5毫秒的延遲後在經由相位分組器分成一個零度,也就是正相輸出;另一個為180度,也就是反相輸出,然後再各與原來的單音相加,而分別成為左右聲道。例如在極低頻時,延遲效果不顯著,因此低頻在左聲道被消除,而在右聲道却被加強,結果低音(註一)部分在右聲道被加強6dB了(註二)而左聲道却幾乎聽不出低音來(參看圖七),而如果說是1KHz,經過0.5毫秒的延遲,這相當於延遲半個波長(註三),此時有180度的相位差,因此左聲道相加的結果兩倍於原來的1KHz振幅,而右聲道相加時卻大大減小了原來的1KHz訊號(參看圖七);上述情況是假設原來的訊號在經過延遲及相位分組器線路後,振幅並未衰減情況下所得的結果,但事實上訊號經過延遲線路及相位分組器後,振幅會有稍許的衰減,因此加強部分會稍微小於6dB,而消除部份也不可能抑制到訊號完全消失。但這並不會影響到立體的效果。事實上,延遲後的訊號我們通常設置其振幅比原來訊號稍微大一點,如此可以使抑制的聲道有一個與加強聲道相位相反的小訊號輸出,這樣反而可以使聲音聽來較具透明度。

(註一)這裡所謂低音是指每隔1KHz切斷後,各段之較低頻部分,如果我們以中間為分割點,那麼高音極低音部分如下表一。

(註二)如果經過延遲及相位分組器後,其相位與原來同相,那麼相加的結果就是原來的兩倍,因此20 log 2=6.02dB÷6dB

(註三)1KHz其波長(週期)為1毫秒,因此0.5毫秒的延遲相當於半個波長,換句話說,其間有180度的相位差。

實際線路詳析

　　圖三是詳細線路,電源供應器使用±15V穩壓IC,消耗功率不大,因此使用低功率型,另外為了減低雜訊的干擾,因此延遲線路及相位分組器的電源用±14V,這是由以穩壓過的±15V減去2N2222的VCE所得的,當然不會剛好是+14V,也許會多一點點,總之其目的是用以除去在+15V上面的漣波電壓雜訊。

左邊輸入經由C1 R1 R2所組成的16Hz高通濾波器後便加到IC1D,它是一組混頻及緩衝器,增益(永遠小於1)由R27A來控制,這是為了辨識聲頻輸出(典型值約500mV)可能會比一般聲源來得大而設置的。當開關S2撥到立體位置時,訊號經由C2 R21 R22組成的高通濾波器後進入另一個混頻及緩衝器IC1A。正相延遲推動器IC1C在R1及R2點間取得了左聲道輸入訊號大小的一半(因為R1=R2),由於IC1C是一個單位增益的緩衝器,因此IC1C的輸出大小也是原來訊號的一半,這是為了保證輸入訊號的峯值在延遲線路中能夠保持在極限值(原輸入訊號大小)之下,以避免失真,延遲線路推動器IC1C的輸出首先經由R3 R5及C4 C5組成的低通濾波器後再進入IC3了,此濾波器截止頻率為15KHz,假如不要立體合成效果時,由S3把經R3後的訊號接地,這樣,訊號便不進入延遲線路IC3,所以出來的就是原來的單音,IC2所含的六個反相器中取五個組成一個雙相時序脈衝,它的頻率是550KHz;延遲訊號出來先經過R13及R14再經由R26 R15 C9及C10所組成的濾波器後,同相的延遲訊號出現在Q2的射極,這訊號由C11交連到IC1A進行混合,混合後IC1A的輸出便是立體聲的「右聲道輸出」,而反相的延遲訊號則出現在Q2的集極,同樣以交連方式送到IC1D做混合後,IC1D的輸出便是立體聲的「左聲道輸出」。

打算裝一部

　　以上原理若徹底的了解後,要製作這一部立體聲合成器的話,只是洗線路板,採購零件,燒把烙鐵等瑣碎的工作而已。最重要的是能不能自己動動腦筋,利用身邊已有而却被打入冷宮或不常用的裝置來完成它,例如我有個殘響裝置很少用,它就可以改裝成這一部立體聲合成器,至於如何改裝,那就要動腦啦。

測試與調整

　　這部立體聲合成器在烙鐵冷下來後,只需如下的簡單調整與測試:首先調R5使得IC3的第二腳所需偏壓在4.5V左右,然後在左聲道輸入加上一個頻率1000Hz,振幅1.5Vp-p的正弦波訊號後,利用示波器在C11的兩端觀察波形,假若IC3的第2腳偏壓太高時,正弦波上端會被截割掉(圖六(1)),太低時,下端會被截割(圖六(3))而理想情況應該是沒有被截割,或上下對稱的被截割(圖六(2)),因此只要反覆調R5直到出現圖六(2)之波形為止。