立体声系统中的分离度

在双声道立体声系统中，分离度是评价该系统性能的一个最重要的指标。它的好坏直接影响到立体声重放时声象定位的准确性，关系到整个系统的效果和质量。但是在实际工作中，许多读者对“分离度”这项指标的含意还没有搞清，下面就谈谈与分离度有关的几个问题。

许多读者常常把分离度与串音两个概念混淆起来，以为分离度就是串音，串音就是分离度。实际上分离度与串音是两个不同的概念。从物理概念上严格地讲，分离度是指一个立体声系统中，L、R声道信号被分离的程度。而串音则是指L、R声道之间不希望有的信号的互相窜扰。国际电工委员会（IEC）315－4号公告中对立体声分离度和串音作出了明确的定义：立体声系统L、R声道的分离度为仅给L声道输入信号在L声道得到的输出电压（U\(_{L}\)）L，与由R声道输入信号而在L声道引起的输出电压（U\(_{L}\)）R之比（参见图1）。括号外的注脚表示信号输入的那个声道；而U\(_{L}\)、UR则表示在L、R声道输出端上的电压。结果用对数表示，可写成：

立体声系统中L、R声道间的串音是指仅给L声道信号时，在其上产生的输出电压（U\(_{L}\)）L，与R声道上出现的输出电压（U\(_{R}\)）L之比（见图2）。结果用对数表示，可写成：

从上面分离度和串音衰减的定义中可以看出，这两个指标是不能混为一谈的。例如在测试L声道分离度时，只要测试同一个声道在两种情况下的输出电压（U\(_{L}\)）L和（U\(_{L}\)）R就行了，与另一个声道的增益大小没有关系，所以测试起来比较方便，这也是我们重视分离度这项指标的一个主要原因。而测串音衰减就比较麻烦，例如在测L声道对R声道的串音衰减时，要测（U\(_{L}\)）L、（U\(_{R}\)）L两个电压，即要测两个声道的输出电压，显然所测串音衰减既与串音情况有关，还与两个声道的增益大小有关，即与声道平衡度有关。

分离度与串音有区别，那么有没有联系呢？有。在双声道立体声系统中，如果在左（L）、右（R）声道之间互有放音串扰，就会使L、R声道的分离度降低。以上面讲到的L声道的分离度为例，当R声道对L声道的串音较大时，即当由R声道输入信号，在L声道输出端引起较大的输出电压（U\(_{L}\)）R时，分离度指标S\(_{L}\)将下降。（UL）\(_{R}\)越大，即串音越大，SL越低；（U\(_{L}\)）R越小，即串音越小，分离度则越高。

当L、R两声道完全平衡时；（U\(_{L}\)）L=（U\(_{R}\)）R，则L声道的分离度等于R声道的串音衰减度；R声道的分离度等于L声道的串音衰减度。因此分离度与串音之间存在着一定的内在联系，它们有着某种共性，所以人们往往把串音当成分离度，分离度当成串音。这主要是由于人们对分离度和串音两个概念不清楚，缺乏明确的定义造成。

在立体声重放中最重要的就是声象定位，所谓声象定位，指的是重放的能准确地确定声象所在的位置。也就是说，当您闭目聆听立体声节目时，在您面前应该能展现出一幅完整的舞台乐队实际声场的形象，仿佛亲临剧场中聆听乐队的演奏，不仅能感到声音有强度、音调和音色的变化，而且能大体上判断出各种乐器所在的位置。

人们是利用双耳效应原理来定位的。由于两耳位于人头的两侧，从声源发出的声音到达两耳的距离并不相等，加上头部的掩蔽作用和耳壳的绕射作用，使到达两耳的声音并不完全相同，而具有一定的时间差和声级差。对于一个立体声重放系统，只有当聆听者坐在两扬声器之间的中垂线上时，由于两扬声器到聆听者的距离相等，此时的时间为才为零，主要靠两扬声器的声级差来确定声象的位置。

那么，分高度这个指标是怎样影响声象定位呢？前面提到的那个分离度定义，适用于描述电路中的情况，现在我们研究声象定位关系，是在声场中进行的，因此分离度的定义应改用声压的关系来描述，需要引出另一种概念的分离度，即声场分离度，它和前述电路分离度这两个分离度反映的意义是一样的，而且都影响立体声声场放声效果（此点后面将谈到），只是表现形式和测量方法不一样。

图3a是一个实际声场示意图，位于乐队指挥左侧的小提琴与在台下的听众之间有一个夹角如果在用立体声设备重放乐队的演奏情况时，各种乐器的声象位置与在原实际声场中该乐器的位置相同，也就是说，图3b中小提琴的声象位置夹角也应为这样我们便能得到满意的立体声重放效果。上述是一种理想情况，实际上当声场分离度这个指标不理想时，图3b中小提琴声象位置与中垂线之间的夹角就不是是比可能小一些。

为了更加准确地表示声场分离度与声象定位之间的关系，如图加所示，设左边扬声器到达聆听者处的声压为P\(_{L}\)，右边扬声器到达聆听者处的声压为PR，扬声器与聆听者之间的夹角为α，声象的夹角为那么根据声级差定位原理，声象的具体位置可以表示为：

式①中，我们令P\(_{L}\);PR这个值就代表L、R两组扬声器在试听点的分离度，就是上面曾讲到的适用于在声场中的声场分离度计算公式。

讨论一下式①，可以得出如下几点结论：

（1）当P\(_{L}\)=PR时，即L、R两扬声器所发出的声功率相同时，图3中的等于零，声象位于两扬声器的中央，听众只会感到声音从正前方传来，感觉不到两扬声器的存在。

（2）当P\(_{L}\)＞PR时，即左边扬声器发出的声功率比右边的扬声器大时，\(\frac{P}{_{L}}\)PR＞1，α，声象会位于靠左边的某一位置上，的大小随分离度P\(_{L}\);PR的大小而定。

（3）当P\(_{R}\)＝0时，即右边扬声器不发声，仅左边的扬声器发声时，α，声象位于左边扬声器上。

（4）当L、R声道之间有串音时，电路分离度会变差，此时尽管是单给L声道输入信号，不给R声道输入信号，R声道也会有输出，这时P\(_{R}\)不再等于零，设此时为P′R，则式①变为：

从式②可以看出，有了串音以后，尽管不给R声道输入信号，不会等于α，而是α，使声象位置朝中央靠拢。这种现象对中央声象的影响不甚明显，因为P\(_{L}\)＝PR时，由于等量串音P\(_{L}\)-P′R＝P\(_{R}\)－P′L，且P′\(_{L}\)＝P′R，所以P\(_{L}\)仍等于PR，声象仍位于中央。但是，L、R声道间的串音干扰对侧位声象定位的准确性影响就大了，它使声象位置偏离了声源位置，向中央靠拢，发生了声象位置畸变，严重时会使声象产生重叠、模糊甚至失去立体感。

（5）当L，R声道电路不平衡时，本应位于中央的声象（P\(_{L}\)＝PR），由于平衡度不好，两输出信号电压不相等，使P\(_{L}\)＞PR（或反之），声象从中央向声级较强的一方移动，致使原来在舞台中央的洋琴听起来就会跑到了左边，而原来在乐队指挥右边的小号就会移到中间或左边，使整个乐队的布置产生紊乱，造成了不真实感。这种现象对侧位声象的影响还不算大，但对中央声象的影响最为显著。

计算表明，当左右两扬声器的张角为60°时，如果左右声道间的声级差为2dB，就会使中央位置的声象偏位3.29°；声级差为4dB时，声象就会偏移6.5°。从人耳所能判别的能力来说，一般人的分辨力为6°，音乐工作者达3°。因此要求左右两声道的输出电平差必须小于2～3dB。实际上，声道间的不平衡往往还受到左右声道的电路不对称性，以及房间墙壁的反射等因素的影响，常常达不到上述要求，为此需要调节两声道平衡电位器来使到达倾听处的声压电平一致。

根据理论计算，无声象畸变区（或称声压平衡区）为一上窄下宽的双曲线，如图4所示。若两扬声器靠得太近，声压平衡区就会过窄，立体声声象也不能展开，效果不佳。为扩大无声象畸变区的面积，增加试听人数，改善试听的效果，希望两扬声器能左右适当地张开，一般的客厅或卧室以2～3米为好，大的试听室或演播室以3～5米为佳。

试听者与扬声器之间的距离不但由声压电平的衰减程度决定，还与两扬声器之间的距离有关。测试表明，当两扬声器之间距离为2～3米，试听者到两扬声器的距离也为2～3米时，此时的声压衰减不大，收听效果最佳。

既然分离度指标对声象定位有影响，下面我们就谈谈在声场中对分离度\(\frac{P}{_{L}}\)PR提出的最低要求。假设我们单给L声道输入信号而不给R声道输入信号，借助前面讲过的声象定位原理（见公式①），则可以计算出当两扬声器与试听者之间的夹角为60°（α即＝30°）时，对应于不同的分离度P\(_{L}\);PR（dB）值的声象偏移角见附表。

我们可以看出，在最理想的情况下，即分离度最好时，\(\frac{P}{_{L}}\)PR比值无穷大，此时等于α角等于30°，即重放的声象位置在L声道扬声器处（R扬声器不发声）；当分离度P\(_{L}\);PR等于20分贝时，实际声象位于为24.14°的位置，即此时声象向中间偏移了30°－24.14°＝5.86°；当分离度\(\frac{P}{_{L}}\)PR为25分贝时，声象处于为26.54°的位置，向中央编移了3.46°。声象向中央偏移这种现象是我们所不希望的，这是由于声道分离度不高造成的。由于人耳所能分辨的最小方位角为3°～6°，因此对于一个立体声系统，希望它的分离度应不小于20分贝。（李泰桢）