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专用延时器与混响器的调控技巧
 
慧聪网   2005年3月31日15时1分   信息来源:慧聪网音响灯光行业频道    

  延时器与混响器是模拟室内声场声音信号特性的专用设备。在录音节目制作中,延时器和混响器可以在模拟的艺术声场中传递时间、空间、方位、距离等重要信息,并且可以制作某些特殊效果。延时器与混响器工作性质属于心理声学范畴,其调控技巧属于音响美学范畴。可以这样说,延时器和混响器是炮制艺术声场必不可少的主要设备。正因为如此,延时器与混响器的使用就比其它声处理设备复杂和灵活多变。为了使初学者对延时器与混响器的工作性质有所了解,有必要先谈谈室内声场,介绍室内声学的基本概念和与人的听觉的关系,以便于理解后面叙述的工作原理和调控技巧。

    一、 室内声场中的声音

    无论教学、音乐厅、剧场,还是大型演播室乃至小型录音室,凡是室内听音环境中,所存在的声能量都是由三部分声音组合成的,如图1所示。图中A为直达声,或称为没有受到干扰的原始声,B为早期反向声,或称为邻近表面最初反射声。C为混响声,或称为滞后扩散反射声。这是从几何声学角度,运用假想直线表示声传播走向和路径的假定声线方式。其实,声音并不是走直线的。

  在经过10~20ms时间(T1)间隔之后,从邻近表面来的早期反射声到达听音点,这是第一次反射声。再晚一点时间,间隔T2之后到达听音点的是第二次反射声。然后是T3,第三次反射声。或许还会有从其它邻近反射面反射来的声音,我们称这部分声音为早期反射声,通常早期反射声在35ms内就完成了,见图2中B。在早期反射声之后20~50ms左右的时间为混响进入时间。随着时间的推延,声波辐射到无数的反射面上,出现越来越多的反射声。这时反射声变得非常绸密,几乎彼此重叠而分不清各自的成分,我们把这部分乱七八糟、无法分辨的滞后反射声,称为混响声。

    有一条从左至右的曲线,这条曲线是混响建立到截止的全过程。当混响从进入到稳定状态,即最大值后,逐渐衰减直到消失为零,这个过程称为混响过程,但这不是我们平常所说的混响时间。从统计声学的理论角度来说,混响时间的表征房间声学特性的客观参量。它的测量办法是从声压最大值开始,衰减60dB时所用时间长度的多少来表明混响时间的。那么,在T60之后还有一段混响时间为什么不包括在内呢?因为T60这段曲线比较陡,而T60后面的曲线比较平,这样计算说不准确了。

    此外,曲线画法与以往表示混响声的画法有所不同。这是因为,真正的室内混响并不是在早期反射声后先出现一段时间空白才突然出现的。混响的建立是在无规则声扩散中渐进的,通过这条曲线可以表示混响的建立、保持和衰落过程。

    室内声场中的直达声、早期反射声、混响声中任何一部分声音都有自身的作用及对整个声场构成不同的影响。这说是我们下面要讨论的问题。
  
    二、 室内声场与听觉

    1、人耳对声音方位、距离高度的感知

  正常人的双耳对声场中的声音有感知和判断作用。这包括了生理和心理的两重反映。首先是对声源有横向定位(水平定位)的感知和判断能力。例如,人对低频声源的左、中、右定位感知,主要是依靠声音到达两耳的强度差判断的;而且人对声源的距离定位(纵向定位)也有感知和判断能力。这主要依靠直达声和近次反射声及混响声的感知比例来判断。例如,直达声强,反射声和混响声弱,在直达声比例大时即可判断为距离近;而直达声比例小时,清晰度明显降低,就可判断为距离远。再次,人对声音的高度定位(仰角定位),在一定范围内也有判断作用。高度定位是运用两耳听觉的频谱差下意识地判断出的。例如,由于抑角的不同,对人耳即感知不同的频响特性曲线,在与正前方听到的音色印象作比较后就可确定仰角。一般人耳可判断100∠至200∠高度的声音位置。

  2、哈斯(HAAS)效应与声音定位

  哈斯是德国科学家,他于1930年发表了一篇“领先效应”的文章。通过这个公认的理论,可以说明人是怎样感知声源位置的。首先,在35ms内,人的听觉由于大脑抑制作用是不能判别时间差的。因此,在直达声与早期反射声分别到达人耳后,人不能感知几个分立的声音,而是只感知为一个声音。由于这种瞬时融和效应,直达声与早期反射声的叠加,使人感觉到声音得到了加强,并且声音清楚。而当两个声音的时间差超过35ms~50ms时,情况就不同了。人耳虽不能把两个声音分辨开,但已经可以感觉到。当时间差大于50ms后,人就能感到明显的回声效果了。如图3a所示,在听音者的前方,水平放置的两只扬声器以听音者为中轴线,当扬声器L与R同时以同一频率、同一响度放音时,听者者会产生幻象声源位置,感到声音在中间位置。如果如图3b所示,此时将一侧扬声器的声音用延时器给以大于35ms的延时,听音者会感到声象位置偏向播放直达声一侧的扬声器。这种效应即为领先效应。换句话说,由于听觉的先入为主的感知作用,使听音者双耳产生的幻象声源位置偏离中心声象位置,而判断为声音来自直达声扬声器一方。当然,如果两只扬声器没有时间差而出现声音强度差时,听音者还会产生幻象声源的偏移,如图3c所示,声象位置会偏向声音响的扬声器一侧,这种由于幅差造成的人对声音的心理感应,也可以说是对比效应使之强音量一侧扬声器占有领先地位。

    3、声场中各种变量特性与作用

  除消音室外,所有室内听音环境中,在直达声之后都有4个变量,在延迟一段很短的时间之后,有一个或几个早期反射声,在早期反射声之后是混响的进入时间,随后是密集的滞后反射混响声,在一定时间(若干秒)后混响声消失。

   为了模拟这一自然声场的状态,在录音制作中要使用人工延时器和混响器来产生这些变量。因此,有必要将声场中各种变量成分的特性与作用作进一步介绍。

    (1) 直达声的作用

  直达声主要决定声音的清晰度。它对人的听觉有领先效应(哈斯效应),直达声的长度和声源传播时间长度相同,它的频率响应特性由于没有受到干扰而与声源频率响应特性相同,直达声是判断声源集团和声源宽度的重要依据。

  (2) 延迟时间的作用

  早期反射声之间的延迟时间的长短决定早期反射声的密度,也是室内声场房间大小的重要标志。延迟时间决定早期反射声的进入,房间大,首次反射声就来得晚,房间小,首反射声就来得早。延迟时间过长时会造成回声,影响声场清晰度。

    (3) 早期反射声的作用

  早期反射声的方位不是声源的方位,它取决于反射面。反射声的频谱因受反射右吸收作用影响,其频率响应特性有所改变。反射声可以传递空间信息,可以给人距离感。早期反射声成为声源的一部分,可以使声源的声音更加柔和。

  (4) 混响进入时间的作用

  混响进入时间即空间信息,它控制着混响声在声场中进入的速度,混响进入时间的长短与混响时间的长短成正比。混响进入时间长,混响时间也长。混响进入时间短,混响时间也短。

  (5) 混响声的作用

  混响声可以加强声源的响度,可以改变声源的主观音质,它可以给声音温暖感,也可以使声音丰满或明亮。混响声比例的大小有助于听者判断声源的距离。若混声比例太大或混响时间过长,将会干扰声源的清晰度,使声音混浊不清。

  对录音工艺来说,声音的构成主要靠以上各种变量的组合建立艺术声场。从某种意义上说,一部录音作品的好坏,全靠总体音响的框架支撑着。就一部音乐作品来说,即使演唱演奏得再好,音色调整得再好,若音响结构上制作不出层次来,也是不能被听众接受的。

    在处理直达声、早期反射声、混响声这三种声能,以及前面提到的各种声学效应的关系上,由于录音方式不同,工作程序也就不同。同期制式录音,是利用演播室或录音棚内自然声场的声学条件来解决这些关系的。也就是说,同期制式录音,力争完美地反映出自然的艺术声场,而多轨录音完全是使用延时器和混响器,模拟艺术声场人工制作出来的。

    三、 延时器与混响器一般工作原理

   1、延时器一般工作原理

   延时器系统方块。在数字式延时器内,音频信号首先通过低频滤波器进入编码电路进行A/B转换,如图5所示。音频信号要经过等幅脉冲信号采样,形成等间隔的调幅脉冲信号组成的幅度包络线。在变换成采样模拟信号后,经过缓冲存贮器将信息存贮备用,而后进入移位寄存器,得到所需的延时量。在获得延迟量后,信号经译码器进行解码,D/A转换后复原成模拟音频信号。在输出前,还要经过低频滤波器,以清除混在音频信号中的调制噪声。由于全数字化的原因,延时器的信噪比是很好的,信噪比S/N=20Log2n,式中n是比特数。从上式可知,每增加一个比特,可使信噪比提高6dB,即10bit为60 dB,16it为96 dB。目前已发展到18bit,其动态指标是可想而知的。

    2、混响器种类及工作原理
   混响器可分为四种类型:①钢板式混响器,②金箔式混响器,③弹簧式混响器,④数字式混响器。这几种混响器的工作原理各不相同,但在录音工艺中的作用大体上是一样的。

  (!)数字式混响器工作原理

  数字式混响器的演算理论,早在六十所代就已经建立了。由于硬件的原因,直至八十年代才逐渐使数字混响器在技术指标、工作性能、自动化程度上有了长足的进步。

    数字式混响器的工作原理。它完全采用数字方法处理信号,采样随同延迟一起插入循环存贮器,每一延迟的采样乘以代表其反射声幅度的系数,把反射声加在一起获得混响,然后送回存贮器,并用2的乘幂指数作乘法运算。

  莱克斯康(LEXICON)数字混响器,已经打破了以往数字混响器的“预延时 模拟混响平均衰减 衰减时间可调”这种模式,而效仿自然混响的特点,以数字技术模仿出新的、没有渲染、但又可变化的声音。真正的房间混响,并不是在激励声后先出现一段时间上的空白延迟才进入大密度混响的,而是渐进的,扩散是无规则的。480L的预延时间正是根据这个理论,设计了一种扩散极不规则的组合,延时根据不同房间的大小、形状、扩散而定出混响的形状,从强弱与形状对比的变化、混响的长短,来反映和追求自然声场。可见数字混响器的研究已进入更深的层次。

    (2)数字混响器的功能

  就数字混响器的功能而言,远胜其它种类的混响系统。

  数字混响器可以单路输入信号,经信息处理后分成四个独立的音频信号输出,也可以分成两对双声道,立体声输出或四声道输出。

    若只当延时器使用时,它可以同时送出中个不同的延迟量。在数字屏显示器上,可方便地读出电平、工作状态、时间数据、波形响应等。

    在驳接方式上也更多元化了。就莱克斯康混响器而言,背板上除了两路主输入和四路输出外,还有三路MIDI接口、数码录音接口、计算机接口,并有两路遥控接口。在前面板上还设有程序存储盒,磁盘起用,带走都方便。

    LEXICON 480L数字音频效果系统的预定程序,分为9个存库程序,每组预定了多种数据,它可以模拟绝对没有规则的环境混响声,如:鼓房内的不同反射面、森林环境、停车场的感觉……等等。

    当然,厂家存库的预定值是可以改变的。数字混响器在预延时、混响时间、扩散时间、以及衰减形式等方面都是可调的,关键的问题是怎样使用这些时间参数,这就是我们下期要谈的问题。 


 

 
 
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