近兩年來,音響界逐漸邁入4-CH系統的里程,在這一由2-CH到4-CH的過程中,談論有關4-CH技術及方式上的種種問題,自然成為音響界最熱門的課題。姑不論在經濟的觀點上,4CH是否值得推展,就技術及人類科學的進步來說,4-CH體系的確立,自然是可喜的。而且,除了技術上仍有的困難──當然包括生產成本更新設備所需的耗費,以及與Mono和Stereo同樣面臨的2-CH和4-CH間的通用性的問題等等──外,我們實在沒有理由阻止音響技術由2-CH向4CH推進。
我們幾乎可以這麼說,在過去,音響技術的進步,大都是片面地受到技術問題的限制,譬如音域的拓展、失真率的降低、功率的提高等等,莫不由技術(且偏重於電子的)工程師以及生產廠商的投資片面努力的結果所獲致;而今天,科技高度進展的結果,技術問題的限制已相對地降低,代之而起的,卻是如何引導技術臻於理想的問題;換句話說: 過去是有什麼用什麼,頂多希望會有更好的一點的「出現」,而現在應該是想要什麼就要求造什麼的時代。事實上,今天「音響技術」早該脫離「電子技術」揉合了電子的、聲學、物理、生理,乃至藝術......等等技藝而獨立了門戶,所以今天討論音響技術的問題,應不只限於電子技術方面的,而更應注重聲學原理及聽覺基礎的探討,因為我們知道,電子技術,只不過世音響技術的工具,音響及聽覺才是我們的理想和目的。
希望突破的第一關
存在於由2-CH到4-CH間的問題,對設計工程師們和製造廠家而言,他們所知道於使用者的要求,首先便是要Hi-Fi迷們確認4-CH教2-CH有更好、更完善的音響重播能力,而且這種優點,必須足以克服Hi-Fi迷們的經濟合算而又不失種種優點的理由,工程師們不得不在技術上動腦筋(假如不是這個理由,4-CH甚至更多聲路系統的設備都不會在技術上發生問題)這便是如何延用2-CH系統而僅增加一些附屬設備便能達成4-CH的效果。同時,為了照顧那些仍然停留在2-CH階段的人們,這更新的4-CH設備,必須也適用於2-CH的播放,這也就是所謂"共容性"或通用性的問題,早在由Mono到Stereo過程以及電視廣播由黑白進入彩色階段均曾面臨此一問題。
就從過去的經驗來說,假如2-CH和4-CH間的共容性能夠簡單而完美的達成時,也就是製造廠商和設計工程師們對使用者,正式有了交代的時候,而一旦這一種方式(System,例如SQ System或CD-4 System)既經共認而統一之後,則工程師們又將會開始於另一方面的研究和發展了。
聽覺基礎才是大問題
然而,在事實上,4-CH之較2-CH所遭遇到的問題,卻似乎更為複雜,其主要原因,乃是由於"聽覺基礎"的難以確認而起。當音響設備由單聲道體系躍向2-CH時,幾乎無人對左、又聲道分隔方式以及重播音源的位置提出足夠理由的異議,使2-CH能因迅速的被確認而推廣。可是4-CH系統在聲道的分配方式(錄製方式)以及重播音場的擺佈(揚聲器位置)技巧上,就出現了眾說紛紜的現象。就型式上而言,這似乎是由於人有二隻耳朵,於是有二支麥克風或兩套揚聲系統是"想當然爾"那麼簡單,實則不然,因為2-CH所考慮的幾乎只是如何把樂隊由演奏廳請到重播室便算罷了,而4-CH卻企圖連音樂廳也搬回家裡來了,於是有許多宣傳家們大肆宣傳:「當我們聽演奏時,只有一部分聲音是直接由樂隊傳來的,其餘的聲音則是由音樂廳的四壁、天花板反射回來,所以有了四聲道才能重播真正的立體身歷聲.........。」假如問題真是如此簡單也罷,增加一套設備用以錄製及重播現場的反射聲也沒有什麼了不起。問題是聲音之能成為藝術的一種介質的本質,就時空條件而言,卻不是這般生硬的。舉個簡單的例子來說,在一座龐大的音樂廳中的樂器獨奏,任何人避著眼睛也可以聽出那種迴盪的空間感,這對於錄製立體聲節目的專家們來說,要把現場感帶到任何一個家庭中去,就頗費周章了。
「完全傳播」之不可能
撇開那些大道理不談,且讓我們回頭看看幾項"聲音"的現象罷。
假如我們可以獲得一種理想的傳聲物質以代替空氣,我們或許可以聽到樂器真實的聲音,事實上,這種物質既不可得,則樂隊所演奏出的樂音,在到達聽眾的耳鼓膜之前,即已遭受到相當程度的歪曲、反射、折射、繞射、干擾,使我所聽到的絕非樂器「忠實的原音」,像這樣不完全的傳播,只要適當的安排,並未給所謂"聲音的藝術"有過嚴重的約束。反之,在完全傳播的情形之下,更可能桎棝聲音藝術的發展。
接近完全傳播的可行方法便是在演奏廳內敷以大量的吸音物質,避免任何反射、折射而來的聲音,可是古時候風琴製造家卻流行著一句話──一個 聽眾一根管──他們認為聽眾把聲音「吃」掉了,吃聲音當然不是耳朵,而是聽眾身上的衣飾,這雖然說明了他們不期望人們說他們所造出來的風琴音量太小,卻也不得不承認他們依靠演奏廳的迴響以豐潤樂器的音色。任何一位有經驗的指揮,對過分吸聲設備的場地和迴聲過分嚴重的場地同樣感覺到恐懼,後者使聲音含混而雜亂,前者卻使人感覺到沉悶和壓迫。
所謂餘音繞樑
一個理想的音樂廳,首先考慮到的是「迴響期」的問題,室內的迴響,顯然不同於單純反射的「回聲」(Echo),它是一個聲音發出後,四面八方同時將聲音反射造成一種「交混迴響」(Reverberation)。
室內一個連續聲的維持狀況,譬如由風琴管連續奏出一個音,聲音先由弱而強,然後充滿室內,只要風琴音不斷,聲音便維持一室的強度,風琴音突然中斷時,琴音由強轉弱而至消失,需要一段時間,這端時間稱為「迴響期」(Reverberation time)。事實上迴響的效果不只在聲音停止之後,而是聲音由弱至強直到音源停止發聲由強轉弱的所有過程都承受了迴響的作用,聽覺之接受迴響聲的時間既較原音───指直接聲──為長,而承受的聲能量也遠較原音為多,在這種情形下,迴響聲就變得異常重要,難怪4-CH專家們宣傳:「大部分的聲音來自四面的反射了」。
可是我們仍然要考慮一個極其重要的問題,那就是有關迴響效果的建立,乃是假定在理想的迴響中,聲能經過無數次的反射之後平均分佈在室內的任何一個角落,既無來自樂隊的直接聲亦無來自廳後的反射聲,這些所有聲音全部交混在一起了。如此,在音樂廳中,無論我們坐在任何一個位置,聽到的聲音總是一樣的(拙劣的音樂廳可能造成聲聚焦、或者過分吸聲當然例外)。事實上,音樂廳中前排中央的位置並不是最佳的位置(不幸許多Hi-Fi欣賞會「行家」們卻喜歡選那樣一個位置),有經驗的聽眾寧可選中後排的位置,在那裡對所有樂器的距離較為均勻,這如同照相一般,用短焦距鏡頭靠近拍,雖富立體感,卻免不了變形,用較長焦距鏡頭卻可拍得較為雲秤的照片。
迴響的效果尚不止於此,最重要的還是它對音色的潤飾上,一具鋼琴在音樂廳中的音色,覺不是在陋巷斗室中可以獲得的,即使是口琴,在大廳中吹奏,都會覺得豐潤許多,難怪古人要說「餘音繞樑」而不說繞「耳」了。這樣的效果,又豈是增設後面兩個聲道所能獲致?
捕捉「迴響聲」可能嗎?
根據某些4-CH專家們的立論,無疑地試想將直接聲和反射聲(室內無造成單純反射聲之可能,姑就認為它是迴響聲吧)分別錄製、分別重播,然而這種可能性卻令人懷疑; 1.在廳後端的麥克風所感應的聲音,只是麥克風在那個位置所聽到的直接聲和迴響聲的焦混迴響聲音,並非就是反射聲或迴響聲; 2.即使可能,在重播時能不能避免重播室的二次迴響?如果在完全吸音的狀況中,去聽4-CH錄音效果又是如何?當然,我們可以在錄音室中,用人為的方法造成迴響聲以備錄進增加的二個聲道; 而重播時也可以利用種種簡便的方式以改善重播環境,這也許就是4-CH立論不可破的依據吧。
迴響聲的方向性
當音樂驟然停止,廳內的聲音由強而弱,這就是狹義的純「迴響聲」(意即上節所述,專家們想捕捉的聲音)錄音只是充滿室內; 給人的是一種充實的、遼闊而又有無限韻味的感覺,它使人閉著眼睛也想像得出這個廳堂的富麗與堂皇,卻無人能夠辨別它是來自側牆或者是後壁,即使為錄製迴響聲而將麥克風擺在靠後牆的位置以避免太多的直接聲混入,又為什麼在重播時一定要將迴響聲道置於後方呢?這也許又是為了強調重播室的空間感的設置,這種立論畢竟仍然是脆弱的。
移相或延時電路
以上是就獨立四聲道的立論所提出的討論,除了號稱真正4-CH的分離是四聲道是將四個聲路在錄製時就完全分離外,尚有多種變相的4-CH方是,是利用電子的方法在重播系統中「造」出另外兩個聲道,常見的方法是移相或延時電路及矩陣電路。
移相的想法是: 既然新增加了兩個聲道,則它所發出的聲音應與原來兩個聲道有所不同,因為新增加的聲道目的在播出迴響聲,迴響聲的到達必較直接聲略遲,在電路上要使電壓或電流"稍稍落後一點"那是很簡單的,就是所謂移相電路,移相可以移一個週期(360°)的¼、½或¾,反正使前後兩聲道的聲音有一點「時差」就得了。有些設計是使相移超過360°,使聽起來有顯著的落後,以辨清楚地分別哪些是直接的聲音,哪些是反射的聲音,移相的電路原理,我們無須去關心,關心的是在電路中進行移相或延時的處理,是否會較在空氣中移相或延時更為簡單,我們都知道兩個喇叭發出同樣的聲音,若我們靠近A喇叭,則B喇叭的聲音到達一定較遲,遲多少時間?從聲速及兩者的差距可以簡單算出,落後多少相位?也可依頻率算出。這樣,只要另左前左後右前右後的喇叭分別都發出原有左右二聲道的信號,我們只要選擇適當的位置,不是就可以獲致同樣的效果了嗎?那些專家們似乎有些唬人,他們叫我們坐在四個喇叭的正中央來聽他們的4-CH,偏不巧幾何學的定理告訴我們中心只有一個,如果有兩個人併排而坐,儘管間隔只有三十公分,對1,000Hz那樣最悅耳的聲音,相為差也已達360°了。誰又曾考慮過兩耳的相為差有多少呢?
矩陣電路
所謂「矩陣」(Matrix)簡單說就是在一個方形(稱之為矩)的四邊或四角,安排著互相關聯的事物(例如士兵、棋子)使它緊緊的相結合著的意思。請看看矩陣說的4-CH專家們為我們作的四個重播音源的位置及聲音的分配圖。
左右兩個喇叭分別發出左右聲道的分離信號,我們不十分反對,後面那個喇叭發出後牆的反射聲左右聲道全被反射回來了,我們也能同意,不明白的是為什麼來自舞台後方的反射聲是L-R?如果是左右邊分別由不同的樂器奏出不同的聲音,L-R的情形如何,我們不敢斷言,如果是兩支小喇叭分別在左右方吹同樣的音量、同樣的音高,我們相信在正好某一頻率的時候,二個聲音在舞台後方會被對消而沒有反射聲,可是我們絕不相信這兩支小喇叭在吹奏任何音高時,都會完全被對消。聲音干涉的原理,只是在一固定點,超過這一固定點,聲音各自進行,豈又會被對消而成L-R呢?是因為舞台後的天幕使然?還是為了勉強與L-R相對稱?
聽覺是怎樣辨別方向的
不管如何高級的音響,總是為了聽覺得享受,如果只為音響而不講求聽覺得感受,無疑是「捨本逐末」了,綜觀4-CH體系建立的目的,是企圖將現場感搬回家裡,而其最主要的依據一是空間,一是時間,空間指的世芳向(或者稱動向)即聲道的分離,時間是反射(或迴響)效果的追求。這兩項上面我們都已討論過,不過我們認為兩者仍然是十分客觀的條件。聽覺是生理感覺之一,它具有相當主觀的條件,即以辨別音源的方向來說; 即有以下幾點:
1.音源的遠近──近者辨向易
2.聲調的高低──高音辨向易
3.複反射(即迴響)──無法辨別方向
4.視覺之輔助──這是一個極其重要的因素,可能由於這個因素的存在,會使得四聲道夭折。
四個VU表的矛盾
所謂視覺輔助,乃是指當有視覺條件存在時,聽覺對視覺有相當的依賴性,最簡單的例子譬如看電影,所有的聲音,當然是從幕後出來的,但在整個感覺意識中,我們仍然覺得對話是從人物的口唇發出來的,此即視覺對聽覺的一種暗示。除了這種暗示和聯繫之外,人類行為仍然有面向聲音的習性,除非那是噪音或背景音,是不想聽的,想要排開的聲音;或者只是暗示環境狀況無法追尋的聲音。
從人類聽覺的這種習性,來檢討四聲道存在的可能,就不禁會使人為四聲道的前途而憂心忡忡,為什麼呢?
第一、任何一個音響愛好者,無不對它昂貴的揚聲系統投已相當的關注。在座位的左右前方各擺著一個喇叭箱,絕不只是因為它會發出美好的聲音,而至少有一半的心理依託是建立在"那裡有一對X萬元的喇叭"的「存在」感覺上。雖然在整個的聆聽過程中,也許他不會目不轉睛地凝視著那對喇叭,可是眼角的餘光仍然可以使它有"存在的""聲音是從那裡發出來的"等等複雜的潛意識。這種潛意是毫無疑問地也會被轉移到四聲道系統來。因為四聲道系統的喇叭,有一部分跑出視覺之外,因此差不多聆賞四聲道音響的人總是坐立不安的,一直在耽心著那對在背後的喇叭究竟是怎樣了?有沒有聲音?聲音對不對?「效果又是怎樣?總之,聆賞的心緒幾乎被「效果」的不安全感所擊碎了。
第二、人類任一單獨感官的感覺都是脆弱的,因此能聽到的最好也能看到,雖然被看到的不是聲音本身,對於Hi-Fi聆聽者而言,看到VU表的擺動就足夠使它產生安全感了。有人曾說: 由真空管到電晶體,在整個感覺設計上最大的變異,就是加上VU表。期時VU表這個東西,凡是技術人員就會知道它對「聲音」並無實質的作用(VU表最主要的功用為調度與錄音指示之用),但是差不多所有Hi-Fi愛好者,當他看到VU表的指針在舞動時,比起光聽到喇叭,都會增加一點「聽」的愉快。
那麼當立體聲變成四聲道時的情況又是如何呢?有心人不妨注意觀察,所有被承認是四聲道的四聲道,差不多都必須裝上四個VU表;所有聆賞四聲道的人,至少有一半的時間、精神和心緒,被用來調整、關注和核對那四個表和喇叭間的關係上了。他們在「玩」,而不是「聽」,任何只能「玩」的東西,必會厭的。
後記: 此稿約完成於三年多前,那時「音樂與音響」雜誌剛創刊,四聲道的呼聲正高。稿成,我實在沒有勇氣發表,因為我的論調與人大不一樣,但這還是次要的。最怕的還是所有四聲道廠商會指著我的鼻尖罵。三年多以後,我對國內音響風氣的發展,實在引起了無限眷顧之情,臻寧願四聲道會蓬勃地發展起來,但那是不可能的,今天我將此文發表的用意,就是希望大家關注有關「人」的問題,如果人不是人,相信人可以做出許多更驚「人」的事情來──包括對「音響」的努力。
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50年代,音響只是Mono年代。60年代,Stereo轟然崛起。70年代的今天,舉世則已捲入四聲道的熱潮,雲起雲湧,方興未艾。
四聲道的最高享受,乃是能充分獲得身歷其境的『臨場感』,這是四聲道令人如醉如痴的最大原因。
經過開始的一陣興奮與雜亂之後,有關四聲道的一切規格現在已經形成,留心其發展的人,一定認識四聲道的兩大主流方式──分立式(DISCRETE)和矩陣式(MATRIXED)這兩個名詞。
分立式DISCRETE四聲道節目的來源,首推四聲道錄音帶,次為CD-4、QD唱片。音源錄製與再生時四個聲道完全各自獨立。目前僅CD-4方式屬之。
矩陣式(MATRIXED)四聲道系統,係將各聲道的獨立訊號,藉由數學組合予以簡化,使之成為『兩個經過加工處理』複雜而精細的聲道,再生時再析為四個聲道,但由於器材與技術所限,四個聲道難免混淆,效果不太良好。目前SQ方式即屬此一系統。
至於RM方式(目前市面上之四聲道90%以上屬於此一方式),嚴格而言,後聲道只是拾取前兩個聲道之殘音,尚不足稱為四聲道方式。
由上觀之,無論就純技術觀點或音響再生效果,CD-4的確是最完美的方式,但是由於牽涉到唱頭與解析器(DEMODULATOR)技術與價格之困難,一般較少採用。
CD-4方式唱頭必須能夠拾取50,000Hz的頻率才能發生效果。概因CD-4唱片刻製時,轉盤速度依1/2.7比例自每分鐘33⅓轉減低,其複合訊號調變之振盪載波在1萬Hz以上,故播出時,由於轉速增高,使載波提高至3萬Hz以上而析出四個獨立音道。因此,唱頭拾取頻率能力非具50,000Hz不足為功。
唱頭析出後,進入解析器(DEMODULATOR)正式調變成四個聲道之標準頻率,因而產生最完美的四聲道效果。是故,四個聲道非但完全獨立,而且分離度絕佳,的確是最完美的四聲道方式。
CD-4四聲道方式之權威性既已確立,那麼是否只擁有CD-4方式解析能力的音響器材就是完美的嗎?答案是否定的,一套十全十美的四聲道音響器材,除了應具備CD-4方式的解析能力外,還應具備SQ、RM四聲道方式的解析能力,更應具備PHASE之再生能力(『可享受不同氣氛的四聲道效能,尤其對STEREO唱片之效果更見突出,為不可或缺之裝備』),如此的音響器材,方足壇上是一套盡善盡美的音響設備。
因為,唯有此,方足適應所有音源之再生,享受完完全全的全四聲道音響效果,達於盡情陶然享受的境界。
所謂四聲道音響效果,一般人大都一知半解,認為只要四個揚聲器在前後左右四個角落同時播放就認為那是『臨場效果』。其實這種觀念是錯的,我們在音樂廳聽管弦樂團演奏時,您一定會領受到交響樂團此起彼落,錯綜複雜的優美音響。聽孟德爾遜(Men delssohn)的芬格爾洞穴序曲,一開始的感覺就能感覺到一個寬廣的音面,由大提琴主導而出現,您所感覺到的不但是一個音面,更聯想到芬格爾洞穴裡的水浪和一望無際的芬格蘭海岸浩瀚海洋面,曲中弦樂器跳弓和木管器的跳音給您的感覺不啻是浪潮沖擊岩石機起的浪花。是故,四聲道特具的臨場效果並非各個角落有聲音即可,而是要構成一幅縱橫廣大的立體音面與身歷其境的效果。
一般而言,揚聲器位置越是接近牆角所生的低音越大,但要考慮是否因為過大而生沉悶。揚聲器的距離應該多寬多長,這要看聽者的位置來決定。大致來說,聽二聲道時兩組揚聲器的距離大約是聽者位置的⅔,聽四聲道時,則比例相同,,但聽者坐於中間偏後的位置即可享受最佳的音響效果。
擺設房間面積之標準,依科學家算出古代人所謂『黃金段』是一個很好的三面比例。這個比例是 1:1.6:2.5。因此,如果您的欣賞房間高度是8.5呎,那麼照比例算,寬要有13.5呎,長要有21呎。三個比例要儘可能不相同或不為倍數。如果您的房間偏巧是個很規則的四方形,那麼不妨做一個高而寬的書架或櫃子,把這規則的線條打破。如果聆聽室的牆面或地板是堅硬而平滑,掛上布幕或鋪上地毯來補救以免造成令人煩悶的太大低音。
【這是一篇四聲道廠商對四聲道音響的廣告說明】
轉載音響技術第16期 APR. 1977 四聲道系統的音響基礎/唐 凌
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