許多人認為揚聲器是Hi-Fi再生裝置中最弱的一環。但另外有人卻以為最弱的環節並不存在於Hi-Fi裝置中,而是在音響再生鏈中的始端──原始聲音至錄音麥克風,及終端──揚聲器至我們的耳朵。這便是那些人以為我們能夠達到音樂的「高傳真度」(High fidelity),而卻不能模擬出再生音樂的「臨場真實感」的原因。
音響不能有真實感
百分之九十九的音源──唱片或錄音帶──所包含的訊號,都不足以產生音樂廳的臨場意象。即使你碰巧獲得這樣的音源,它卻又被居在揚聲器與我們耳朵之間的聆賞環境中給混亂了。我們可以拿目前所能得到錄製最精良的唱片與錄音帶來跟一張精心傑作的相片作個比喻?一張效果絕佳的唱片就如同一張絕無缺憾的風景相片,此張相片的色彩完全正確、自然,每個最纖小的細節一絲不苟,且放大成與實物同一尺寸。當你面對著這張風景相片,你自個兒心裡明白你現在是位於何處,絕對不是站在窗口眺望著山光水色。到底什麼地方不對勁?──缺乏了決定性的第三度空間──深度(空間)。即失敗在不能錄下並生動地再生音樂廳的環境音響。音樂廳內演奏的環境(空間)音響的缺憾才是真正最弱的一環。當然你可以投資更多的金錢與精力去購買更好的音響器材,並得到相當的改善。這又好比是花更多的錢去購買一支更銳利的照相機鏡頭,你可以照得更清晰,影像的扭曲更小,色彩更自然。這樣的效果改善的確有它的代價。但是你依舊不能向「真實」作更進一步的突破。
四聲道死定了嗎?
環境音響的獲得,在此之前是四聲道與雙耳效應錄音。製作精湛的雙耳效果錄音,有效果上的確有它成功的一面,而且所必備的耳機也不一定要用最好的。但是此類音源市面上甚少見,而僅供個人欣賞,無法眾樂樂,是故未能流行。四聲道在於臨場感表現的觀念上是正確的,只要你有適當的再生裝置及製作正確的四聲道音源,便能得到相當生動的音響表現。四聲道的失敗歸咎於最初推出時沒能有效地對消費者作説服性的示範,而且當時四聲道技術的未臻成熟也是使消費者懷疑其成功性而裹足不前的原因之一。加以唱片廠家之四聲道唱片製作技術未能跟上創使者的進步,四聲道唱片的缺乏,四聲道三支主流(CD-4、SQ、QS)的鼎立等等因素鑄成今天的一蹶不振。
朝這條方向努力上進,還有揚聲器設計的變革,即所謂的無指向性與直接/反射式揚聲器,將樂聲作廣角度的幅射或反射而產升空間感。但這類揚聲器的缺點是立體定位模糊,尤其在樂器獨奏或獨唱的場合時,演奏個體寬散,給人一種不自然的感覺。
接力消防隊來了
目前在空間感的產生,發展出一個較不相同的方法──及「人工迴音」的使用。這種技術在錄音室內的應用早已沿之成俗。在唱片製作程序中,人工迴音加在音樂訊號饋入刻片機之前。但這種混入人工迴音的唱片並不能在普通立體Hi-Fi裝置上產生突破性的「真實感」效果。雖然錄音室的迴音裝置能模擬出相當精確的音樂廳自然迴音,而其價之昂非常人所能負擔。是故一般Hi-Fi裝置的迴音產生,幾乎都是使用簡陋的振動彈簧裝置。產生人工迴音最理想的方法,也是最純淨、無失真的方法,便是利用電子流,將音樂訊號譯注為一連串的電子邏輯數字,經過極短的時間延遲後(如10微渺、0.01秒)再解譯為音樂訊號而達成迴音的形成。(另一個電子延遲技術是利用電容器充電的特性,將訊號通過一連串的電容,使訊號延遲,而產生迴音,稱做"Bucket Brigade"意即「傳桶接水滅火隊」。在此簡言帶過,不予討論。)
數位式延時系統的誕生
美國的Audio Pulse公司推出供消費者使用的迴音產生器(其他俗稱如空間擴展器,延時系統)稱做「數字式時間延遲系統」(Digital Time Delay System Model 1),價格美金585元,而相同特性的錄音室用機種卻非在一千美元以上莫辦。使用此機時,你必須再買一座後聲道擴大機及兩支揚聲器,目前所有的二聲道音源如唱片、錄音帶、FM廣播等都可以應用,前聲道保持原狀,延時系統只處理後聲道的迴音。
在音樂廳中,各個反射音(迴音)比直接音要行走更長的途徑才傳到我們的耳朵,即耳朵較慢接收到反射音。廳堂越大,反射音越慢到達,響度越弱。反射音與直接音的比率約為8:2。
Audio Pulse的延時系統其組件包括相當於一萬五千個電晶體的IC。工作程序是將立體音樂的各聲道訊號譯入(encode)為數字邏輯(1或0,為一序列的脈衝),並將其儲存在「移轉記錄器」內(Shift register)。我們可以把移轉記錄器規像為一根長館子,管內可以填入一序列黑白兩色的球(代表數字邏輯的1與0)。若這一序列的球以某一組合進入,則亦以同一順序在管子的另一端排出。管子的長度決定球輸入與輸出所需的時間(即延遲)。實際上在移轉記錄器中是一串不同強度的電壓,代表著先前定好的1與0,一個計時脈衝(Clock Pulse)隨著它們前進。記錄器本身的「細胞」數目決定了數字脈衝通過記錄器所需的時間。
這種技術與脈衝譯碼調變(PCM, Pulse-code modulation)不同。在PCM中,一組脈衝代表著輸入訊號的瞬間強度(每組需要有10到12個脈衝以再生廣範圍的音樂訊號)。而延時系統使用不同的「代爾它調變」技術(delta modulation),這種線路產生一串持續系列的脈衝,脈衝的速率代表著音頻輸入強度的各個片刻的變化。這是一種比較有效率的譯入方法,因為每秒鐘只需要比PCM少半數的脈衝。
通常單一具延時系統僅能精確地產生一個反射音──即單一個迴音。為了要模擬音樂廳內的許多反射音以製造臨場感,並避免單一迴音效應,延時系統便利用一種「跨越聲道返復循環圈」(cross-channel recycling loop)的技術。立體聲的每一聲道不僅經過延遲,而且以較低的強度再循環回到另一聲道,如同音樂廳內一個音波經反射與再反射後的正常衰減。這時左右兩邊的綜合輸出訊號便包含了數十個不常衰減強度的延遲訊號──與廳堂內聲音的迴音衰減非常相像。
音樂廳內的另一個效應是,當迴音到達人的耳朵時,其相位因經過多次反射而變得十分散亂,通常都沒有表現正確的左右對稱。為提供這種效應,延時系統中具備一個相位移轉網路(phase-shifting network),以確保延遲訊號有一個如廳堂反射音場的不具方位性的迴音典型特性。
圖一的方塊圖說明返復循環圈之一。此延時系統最重要的元素是延遲──調變──兼記憶的線路,其細節見於圖二。
其中包括三個元素: 1. 一具譯入器處理輸入的音頻訊號; 2. 一具移轉記錄器提供時間延遲; 3. 一具譯出器(decoder)將儲存的數字資料解返為音頻訊號(即類比形態)。
輸入的音樂訊號送給一具比較器(comparator).此比較器實質上是一具高增益開環演算擴大機(open-loop op amp),其輸出不是零(邏輯0)便是全數的供應電壓(邏輯1),輸出狀態由兩個輸入間的相互關係而定,沒有中間程度的輸出。在這線路中,送給比較器的第二次輸入由一具斜坡產生器(ramp generator)而來,斜坡產生器的輸出可以是電壓強度上限與下限間的任一強度,依輸入而定。如果送到比較器的音頻(第一次)輸入大於斜坡產生器發出的第二次輸入,則比較器的輸出為數字邏輯1,如果小於則比較器的輸出為邏輯0。
因此斜坡產生器的輸出被比較器比擬為音頻輸入,所以這時的比較器輸出實質上是個錯誤的訊號,此訊號(1或0)顯示出斜坡電壓是否高於或低於輸入的音頻電壓。
比較器的輸出送給數字記憶器作短暫的儲存。記憶器由一群能被指定為1或0狀態的細胞構成。在每個數微秒的時間中(由系統計時器決定),比較器的訊號狀態被遞送至記憶器内。記憶器儲存數字資料,並容納先前的輸入資料。
隨著記時脈衝的前行,記憶器內的數字資料饋入一個權衡網路(weighting network),此網路產生一個電壓來控制斜坡產生器的輸出。
記憶器的輸出亦同時饋入移轉記錄器。操縱著譯入器內記憶器的同一個記實脈衝也介入延遲移轉記錄器中。記錄器的輸出資料與先前的輸入相同,差別在輸出資料已經過延遲。經過延遲的脈衝群再進入譯出器(decoder),它們被儲存在與譯入器中相似的記憶器內。然後隨著計時脈衝的繼續前進,音樂資料通過權衡網路,此網路亦與譯入器的相似。
譯出器的權衡網路控制著另一個斜坡產生器,以重新建立原始的音頻訊號。重建好的音頻訊號通過一個低通濾波器,來剔除波形的銳角以提供一個均勻的原始訊號的複製品。
注意圖一的代爾它調變器中有兩個輸出,其中之一是記錄器的完全延遲輸出,另一個是由記錄器引出的部份延遲輸出。
延時系統大致說來也算是四聲道的衍生物,它比起其它四聲道的最大利益是,不需要特別製造的媒體。你可以就現有的音源(二聲道)加以發揮。舉凡室內樂、搖滾樂或大編制的交響樂,他們的不同演奏廠所都可以利用這部延時系統上的控制鍵來表現出。完美主義者所夢想的「身歷聲」(這句話一直被濫用)再也不會是囈語了。
電子的速度遠快於音波的速度,想要把電子速度減慢十數秒並不是一件簡單的事情。這部延時系統的製作,要歸今天突飛猛進的電腦技術之賜。電腦技術延用在音響產品上,這並不是第一個創例(如美國加州Infinity公司的數字式功率擴大機,PCM錄音等)音響界也普遍地認同數字電子技術(digital electronic technologe)的可行性。在可預見的將來,這類技術將會改創音響世界的新局面。
(取材自Popular Electronics May 1976、Stereo Review May 1976)
轉載音響技術第15期 MAR. 1977 數字式時間延遲系統/阿皮(取材自Popular Electronics May 1976、Stereo Review May 1976)
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