XY制与MS制拾音技术的比较.pdf

XY 制与MS 制拾音技术的比较 李曩光编译 人们 对于声音方 向的 印象 可 以通过声源 到达人耳 的强度差和 时间差来获得 在 实际录 音 中经过 比较 发现 强度 差立体声 录音 更易于 体 现精 确的方 向定位感 面 时间差立体声录音 则较易表现更为完整的空问感 这样 通常就 将这两种制式配合起来运用 当然 二者在单 声 兼容 上又存在 差异 纯强度差立体声录音没 有单声兼容问题 而时间差立体声录音 则由 于其产生 的琉状滤 波器效应而在单声 兼容上受 到 限制 下面我们来探讨X Y和MS 两种拾 音 制 式 都作为强度立体声之间的相互转化 的情况 除 了 者的等价性 对它们各 自特性的差别也要 指出来 这里我们来讨论两个具有标准指向特 听敷果的重要性 在双通路立 体声重 发 中 通 过人工混响模拟了聆听者四周 特别是后方 的 混响声 的漫射情况 获得 了较好 的效果 但是 这种模拟是较为粗略的 并且我们只模拟丁聆 听者 四周 的混响声 并没有模拟到厅堂屋顶反 射 的混 响声 因而 如果在该系统 中 再增加 一 个混响放大器 并把扬声器高挂对着听音室的 天花板 利用天花板的反射模拟上方的混响声 即半三维空间环绕声的模拟 并 结 台梳状 滤波器 用来提高混响声的扩散度 s XT J 和采 用双通路界外立体声重发技术c 8 预期会得到 更好的声学效果 在选方面可以再做进一步船 试验 参 考 文 献 i J Xi e Bo s u n a n d Xi e Xi n g f u Th e S t u dy o f pl a nar s urr o und s ou ad f i e l d wES T P AC董 第三届西太平洋 声 学 会 议 1 9 8 8 1 0 2 山奉武夫 扬声器系巍 下册 中译 本 电声技术 I 神 l 性 即圆形传声器和8 字形传声器之间的关系 X Y制和MS制的基本原理 Y制 用两种 同指 向性 的传声器 重 合 地 对 准声 源放置 X传 声器 对准声源的左 侧 传 声器对准声源的右侧 X 传声器直接提供左信 号 Y传声器直接提供右信号 H S 捌 该制式同样是用两个重合 的 传 声 器 M 传声器对 准声 源柏 中心 其指 向特性可 以是任意 的 通 常用圆形 它直接 提供 单声 信 号j S 传声器用8 字形 其正相位一边 朝 左 两 只传声器通过和差变压器即可以得到 L 和R 信号 P 1 8 8 国 防工业 出版 杜 1 9 8 6 1 2 北 京 6 3 B B Ba u e r S o me Te c h n i q u e s To wa r d Be t t e r St e r e opho ni c Pe r s pe c t i v e I EEE Tr ans O1 1 A u di o A U一1 I PP 82 9 2 1 963 4 2 T K Ma t s u d a i r a a n d T F ka mj Pha S e Di f f e r e nc e a1 1 d So1 1 I d f mag e Loc a l i z a t i o n J A E S Voj 2 1 No 1 0 Pp 792 79 7 1 973 6 3 M R S c h r o e d e r a n d B F Lo g an Co l or I e s s A r t i f i c a1 R e v er be r at i on J A E S V o 9 No 3 pP 1 9 2 1 9 7 1 9 61 c e M R S c h r o e d e r I mpr o v e d Q L I R S j St er e ophony an d Col Of l e s S A r t i fi ci al Re ve f b er at i 0d J A S A Voj 3 3 PP 1 0 61 1 0 6 4 J 1 96 1 7 2 M R S c hr o e d e r Na t u r aI So u n d Art i f l c al Re ve rb e r at i o n J A E S Vo 1 0 P P 2 1 9 2 2 3 1 9 6 2 8 谢兴甫 立体声原理 P P 6 7 9 2 科学出 版社 1 9 8 1 维普资讯 通常人们所熟知 的传声器 的一些标 准指 向 特性 如圆形 宽心形 心形 超 心 形 8 字 形等 经过研究发现它们可 以是 由圆 形 和8 字 形互相重叠 然后通过各 自所 占部分 的比例变 化而获得的 我们用 图1 来直观地 表 示 出这 些 常见的 由圆形和8 字形演变 出来的指 向特性 圆 形和8 字形指 向特性体现着压强和压差接 收 器 的极限情况 而所有 其它 的指 向特性都是通过 传声器对声 场的部分 压强和部分 压差的反应而 形成的 图2 A表示两个心形传声器按 XY制 布置 我们可 以将这两个 心形 指向特性分 解成 相关的 两 个 圆形和 8字形 这样 就得到 图 2 B 两个 0 图 1 从 圆形至 8年彤演 化 的各 种 描 向特 性 圆形 t 0 宽心形 0 6 7 0 3 3 心形 o 5 0 5 超心形 o s 3 o 6 7 8 字形 o 1 t 周 2 通 过按 阃形 和8 字形 部分 进行 分解将 XY 信号 转 化 为 MS 信 号 分解 后的 两部 分 同相 之 和得 到 M 信 号 反 相 之 和得到 S 信号 传J 器 的圆形部 分是 一致 的 其8 字形部 分 一 样 大 J 司时分 别对准 x和Y方 向 冉将8 字形继 续分解成 如 图2 c 所 示的情况 即得到 两 个 分 别朝正 前方和两个分别朝左 右 侧 指 向 的 8字 形 朝 正前方指 向 的两 个8 形完全一 致 而 朝左 右 的两个横 向的 8字形则大小 一致 方 向 相 反 这两个 横 向 8 字 形 实际上就代表 了两个 传声器信 号之间的差异 做到这一步后便很容 易理解 将两个 圆形 和8 字形相加 就得到MS 制 中的M信 号 或称为 中间信号或单 声信 号 如图2 D所示 这个 M信 号是 由X信号和 Y信 号 之和获得 的 类似地 将两个 圆 形 和 8 字形相 减 就得到x信 号 和 Y 信号 之差 即S 信号或 叫边信号 根据 图1 所列的几种典型指 向特性 的 演 变 情况 我们可 以立刻 知道 在 图2 中 分 解形成 的单 声 M 方向特性总是 比按 XY制布 置的 传声器所形 成的方 向特性要宽 因为 在单声信 号方 向 图中的8 字 型S 信号消失 了 此外 从 图2 C还可 以知遭 传声器的张角 的宽 度 增 加 了 因为指 向正前方 的8 字形部分较小 很显然 在 图2 中用 图解 实现的 这 种 XY 制与MS 制通过 相加 相减 的转换也可 以反过 来 进行 因此这两种拾音制式在基本原理上有很 多一致性 从 图3 中的一组 曲线我 们可 以进 一步 发 现 XY制和MS制的等价参数 图的关联 图 中 的 底边 即x轴 代表XYf1 y 拾音所用 的 传声器 的指向特 性 可以看出其变化趋势是 8字 形 部 分从左 至右线 性增 加 而 圆形部 分 线 性 减 少 图中着重标 出了几个 常见 的指向特 性 下 图中的右边 即Y轴 用类似的方 式 给 出MS 制拾音 中M传声 器的指向特性渐变 的情况 曲 线族表 示用 XY s N拾音的各 个不 同的张 角 根 据这族张 角 曲线 通过作 垂直线与水平线取其 交点 就可 以得 出相应 的XY制传声器 的方 向 特 性和 MS 制 中M传声器的方向特 性 例如 在 XY制 中 选用两个方 向特性为 心 形 的 传 声 器 按6 0 的张 角设置 这样 在 图中从 底 边 标 出的心形作垂 直线 与6 0 张角曲线 相 交 然 电声技术s t 9 9 I 一 卜 维普资讯 I I Y J f 飚 3 XY割 与 MS 制 的等 价参 数解 析圄 后从交 点做 水平线与Y轴相交 就得到一个 宽 心形 即是 说 对于一个选用 心形传声器 按 6 O 张角布 置的Xy制 的拾音 相 当于在 MS 制 册拾音中其M传声器是一个宽心形的 进一步 从图的上半部可以得到相应 的S 信号部分的情况 将 代表 XY制方向特性 的垂 直线 向上延 伸至相关 的张角曲线 从 交点向右 读出S l M关系轴上 的值 这样 按上 面所举 的例 子 通过 作图可以得到 对于选 心 形 按 6 o 张角布置的 XY制拾音 相 当子MS 制拾音 中M 传声器选宽 心形 且其 8 字形传声器的电平比M 传声 器的 电平 j 6 d B 如果M和 s 信号各 自 的 转换效率 不一样的j 壬 那么还要 引A 一个相应 的校正 因子 由于实际 的传声器 的方 向特性是频 率的函 数 所 MXY制与MS制并不完全相 等 而 是 有限的等价 尤其 是在高频 段 由于反射和 干 涉效应还 产生 各 种偏差 这 些偏差又随传声器 类型不同和膜片直径太 小不 同而变 化 下面就 电声技术5 l 卵l 米进一步研究探训录音棚使用的电容传声器舳 方 向特性 录音棚中实际用 的电容传声器的方向特性 图4 表示 出三种方 向特 性可 以选择 的 太膜 片传声器在声源的不同入射角下的频响 图中 所示 的曲线族是传声器选择在常用 的心形 指向 特性下的情况 每只传声器的拾音A射角从0 到9 O 设置 这 样做的考虑是 两只 传声器 灼方 向性合起来就可以覆盖一个房 问的前半 部 这 里 对 背面的非拾音角不予考虑 因为在那里 产生 的偏差几 乎不对 主方 向特性起 作用 为 了 使 曲线族清楚地分离 开便 于辨认 我们选 用了 高分辨率绘 图仪来作图 因此 这里 给出的电平 关系 比通常标识的频响 曲线要 精确 f H z 图4 大 膜片 传声 器的 方 向特性 围4 所示 的三种传声器表 现出来 的 特 性 十 分相似 可以看出 仅仅在频率的中心范围辫 近 其方向特性才达到 p形所应呈现的指向特 l 5 维普资讯 性 在9 O 时下降6 d B 而在低频段 双 膜 片 传声 器则表 现 出向宽心形特 性的 典 型 转 变 这种转变在背射角范围内仍能够清楚地观察出 来 图4 所示 灼曲线族 的另 一个特点是频 响 曲 线族在 i o k Hz附 近聚找 在 该频率 点 附近 随频率 入射角变化的电平在这里呈差 值 减小 的趋 势 表 现为频响 曲线族 明显地 靠 近 成 一 束 最突出的是在4 5 9 0 的入射角内 抬音 电平几乎没有变化 这样一来 不论是 XY 制 还是MS 制 在这段频率范围内声源的定 位都 将受到影响 图5 给出小型电容传声器在不同入射 角 时 的频响曲线 其详细情况类似于图4 在这里 随频率 入射角变化的电平在 i o k Hz 处不再作 相应变化 同样使曲线族在该频率点附近呈聚 田5 录音棚用小型 电蒋传声器的方 向特性 拢趋势 不过 其特征是 曲线趋于 束转移到 张角从 0 到4 5 之 阃 而 在图4 中是4 5 9 0 之 同 这 种效应 主要是 由于传声器抗震 支架和 转 换系统舶机械和声学结构共同决定的 特别是 常见的在传声器腔体 内转换系统柏背移产生的 不 照效果 这种 效果使得 在膜片前方形成一个 前厅 从而导致共振效应和在高频段 对 轴 向人射 角的偏爱 以致在那里不必要地提 高了 曲线汇聚的程度 与此相反 图6 给 出了这样一个传声 器 的 指 向特 性 它的换能器前方与其保护罩简单的 隔离 换能器的机械保护则由一个 网 罩 来 担 任 它同样允许两边 曲声 源透进 来 此外 换 能器背面的声学结构是这样设计 对声场来 说方向特性在高频段变化很小 对于两懊 i 来的 声源其最大电平失落不超过6 d B 倍 频 程 实 际应用中在转 折频 率范围 内发现频响没有多大 提高 H z 图B MKH4 0 塑传声器 心形 的方向特性 我们继续来讨沧另一种传声器 在很高的 频 率处 这 种传声器呈现 的主要 指向特 性几乎 与其在通常的频率范围内呈现的实际指向特性 没有多大关系 这种特性很象实际 中 的 超 心 形 显然 力争傲到了传声器的方向特性不随 频率改变 那么就可以直接用超心形作为研究 对象 图7 给出了一个超心形传声器的频响 对 于这种传声器在很大程度上做到了指向性不随 频率的变化而变化 事实上 频 嘀接近平坦的特性和频响与 O 4 5 6 0 7 5 9 0 f H zj 囝7 MKHs 型传声器 超心形 的方 向特性 电声技术6 口 9 I 维普资讯 射 角的函数关系接近予 常数 的特 性 在压力梯 度式 传声器 里得到 了最好 的体 现 图 8 给 出 了一个 用完全对称构 压力梯度换能器安装 的传 声器 的频 响曲线 这种传声器具有偏差 甚小的 特性 其 优 良 船质表现在对所有 入射 角 其 高频特性 都保 持一致 的趋势 实 际应用 中xYN和MS 制的拾音效 果 鉴于实 际的传声器 的特 性 如 以上 讨论 到 的各种情况 Ms 制在原理上 比XY制 具 有 更 高的拾音精确性 这主要有三个方 面的原 因 1 M传声器正好对 准拾音 角的 中 心 而 XY制的两只传声器则对准 的是两边 见图9 因此 对 于M传声器来说 其最 大的入射 角只 有XY传声器的一半 由于实际的方向特性 偏 差随入射角 的增大而增大 所 以这种偏 差在 Ms 制 中小于xY制 的 MS N提供 的M倦 号 比XY 制 实际提供 的M信 号更精 确 H z J 圈8 MKH3 O 垄传声器 8 字形 的方向特性 M o 鲫 7 5 90 图9 x传声器和M传声器相对于声源的辐射情况 2 在MS 制 S 信号是由8 字形传声 器 获 得 的 这 种传声 器能够实现指 向特性完全 对称 和声音无畸 变 见圈8 这样 s 信 号的缺 陷 将 降低 到很 小 的程度 3 由于不论是 M还是 s 传声器在整个拾音