如果你已經(jīng)在音響圈待了一段時間，可能還未正式邁進“發(fā)燒”的門檻，但必然或多或少聽說過以下說法：
閉上眼睛，歌手仿佛就站在你面前；
息，讓中置音箱可聞不可見；
只用左右兩只主音箱，就能呈現(xiàn)出前置左中右聲道的信
戴上耳機，即可享受全景聲效果；
只需條形音箱和低音炮，就能組建環(huán)繞聲/全景聲系統(tǒng)；
……
與之相關(guān)的還有各個音響品牌/廠家專有的“虛擬環(huán)繞技術(shù)”“聲場映射技術(shù)”“聲場定位技術(shù)”等等，花樣繁多，而且說得頭頭是道。剛接觸這些技術(shù)名詞時，想必很多人心中的第一個想法都是：這些音響廠家又在吹牛了！然而真正體驗過后，又不得不承認，其中確實有些神奇之處。
但要說這些技術(shù)就是神秘的黑科技嗎？也不盡然。關(guān)于“幻象聲場”的研究早已有之。它與人的生理和心理息息相關(guān)。
頭部尺寸和頻率、波長的關(guān)系
人類的聽覺感知機制非常強大，能區(qū)分聲音到達兩耳10μs的時間差，能聽到超出10個倍頻程的聲音，要知道可見光的覆蓋范圍不到一個倍頻程，還能承受非常大的動態(tài)范圍，所跨越的聲壓比值為10000000:1。
而人的頭部尺寸相對于聲波的大小，因波長而有所不同。對低頻來說，頭部很小，對高頻來說又很大。人耳能聽到的最低頻率，在空氣中的聲波波長超過15m，與之相比，頭部很小，聲波很容易通過衍射作用繞過去，而人耳能聽到的最高頻率的波長小于25mm，這時候頭部就變成明顯的阻礙了。在與聲波入射方向相對的另一側(cè)頭部會形成“聲學(xué)陰影區(qū)”。中頻段聲波波長則和頭部尺寸相近。
基本定位機制
這就意味著，人對不同頻率范圍有著不同的感知機制。在低頻段，聲波能自由繞過頭部，因此聲音到達兩耳間的電平差很小，不能基于電平差來定位。那要依靠什么呢？依靠聲音到達兩耳的時間差。這個感知機制叫做“雙耳時間差（ITD,intramural time difference）定位”。
高頻段則相反，兩耳間電平差因聲音入射角不同而有所改變，叫做“雙耳電平差（ILD，interaural level difference）定位”。同時，時間差的影響變得不再重要，否則會產(chǎn)生嚴重混淆，因為高頻段的波長很短，稍微動一下頭部都會極大影響定位，時間差的作用變得微乎其微。
這兩種定位機制，能決定人耳對大多數(shù)聲音方位的感知�？赡苡行┤藭䥺枺胺�、正上方和正后方的聲音，明明在兩耳之間產(chǎn)生的時間差和電平差完全相同，為什么人耳仍能感覺到方位的不同？這主要因為耳廓效應(yīng)，即外耳耳廓的形狀和渦狀結(jié)構(gòu)對不同方向聲音的響應(yīng)不同。
總而言之，雙耳時間差、雙耳電平差和耳廓效應(yīng)相結(jié)合，形成了一系列復(fù)雜的響應(yīng)，隨著聲場與聽音者頭部的相對角度發(fā)生變化。比如一個包含寬廣頻率的聲源，從頭部左右側(cè)傳來時，聽起來要明亮一些（聽到更多高頻成分），而從前后方傳來時，音色上會略微“發(fā)暗”。
最小可辨聽音位
那么從聽音者前方傳來和從后方傳來，又有什么不同呢？這就涉及到最小可辨聽音角（MAA,minimum audible angle）的概念。它在聽音者四周各不相同。正前方水平面上的最小可辨聽音角最小，大約為1度，垂直面大約是3度。而且在聽音者前方高于聽音水平面位置的各個角度保持良好的分辨率，朝著側(cè)面和后方逐漸劣化。因此，從心理聲學(xué)上考慮多聲道系統(tǒng)設(shè)計時，前方聲道的數(shù)量比后方聲道更多。
幻象聲場/聲像的來源和研究
一般來說，聽音者會將聲音定位在最早到達的直達聲方向，而從各個方向傳來的反射聲疊加到從一個方向傳來的直達聲之后，會產(chǎn)生各種效果，包括人耳感覺聲源變寬，音色變化等等。當反射聲電平增高到某一水平時，“綜合定位效應(yīng)”開始起作用，使兩個聲源之間的方位被聽音者判斷為聲源的方位，從而產(chǎn)生了幻象聲源，在揚聲器之間形成幻象聲像。
再加上基本定位機制的影響，雙聲道系統(tǒng)中，只有左右揚聲器特性、房間聲學(xué)條件匹配，同時聽音者面對揚聲器坐在兩只揚聲器的中垂線上時，左右揚聲器所產(chǎn)生的完全一致的聲場才能使聽力正常的聽音者聽到處于中間位置的幻象聲像。注意這段表述中的“重重限制”，一旦聽音者移動身體，幻象便隨之移動、跳變，這是引入中置揚聲器的主要原因之一。
早在1975年，英國廣播公司研究實驗室就對“四方聲”進行了全面研究，試圖了解廣播要不要采用四聲道格式。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，當左右聲道電平差為0dB時，聲像處于正中間的位置。當右聲道電平比左聲道電平低10dB時，聲像位于中間偏左略大于22.5度的位置。當聲道間的電平差達到30dB時，聲像完全定位在左揚聲器。
再來看側(cè)方聲場的情況。當前后聲道間的電平差為0dB時，實際上的聲像位置比想象中的90度要靠前，大約往前偏移了25度左右。標準偏差也比前方聲場要大得多，說明不同測試者之間差異較大。5聲道、7聲道乃至全景聲的情況自然更為復(fù)雜。
空間感和包圍感的差異
但是萬變不離其宗，幻象聲像/聲場的形成和變化始終離不開生理和心理兩大因素的影響。摸清規(guī)律，耳機、兩聲道音箱、條形音箱、多聲道音箱都能依靠調(diào)節(jié)直達聲和反射聲、混響聲之間的比例，來形成和控制空間感和包圍感。
這兩個術(shù)語經(jīng)常被混用，但確實有所不同�？臻g感指的是聲音所處聲場的空間被展現(xiàn)的程度，雙聲道和多聲道都能擁有空間感。在雙聲道系統(tǒng)中，空間感主要表現(xiàn)的是揚聲器之間所塑造的物理空間，其中也包括深度信息。
而包圍感表現(xiàn)的是被聲音環(huán)繞的感覺，即處于聲場空間之內(nèi)的感覺，需要多聲道系統(tǒng)來營造。雙聲道立體聲只能塑造出從揚聲器之外觀察一個空間的感覺，而多聲道立體聲能塑造在空間內(nèi)部的感覺。
參考資料：《多聲道環(huán)繞聲技術(shù)（第二版）》 Tomlinson Holman著，王玨譯，人民郵電出版社，2011年
