古典音樂的三維聲拾音
——三維聲重放與三維聲拾音陣列

曹 勐 ，周朔然

（1.中國音樂學(xué)院，北京 100101 ；2.麥吉爾大學(xué)，加拿大蒙特利爾）

近年來，沉浸式（immersive）成為一個(gè)熱門詞匯，出現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域。對音頻技術(shù)領(lǐng)域而言，沉浸式主要指三維的聲音重放及其相關(guān)的拾音和制作技術(shù)，簡稱“三維聲”。三維聲技術(shù)最早出現(xiàn)在電影聲音的制作領(lǐng)域，近兩年開始在音樂錄制的領(lǐng)域應(yīng)用，很多在線音樂平臺如Apple Music、Sony Hi-Res等，已經(jīng)相繼開始支持三維聲格式音樂資源的解碼播放，特別是針對古典音樂的三維聲拾音技術(shù)，從理論研究到實(shí)踐探索都取得了大量成果。

古典音樂錄音領(lǐng)域從雙聲道立體聲開始到平面環(huán)繞聲再到現(xiàn)在的三維聲技術(shù)，始終走在音頻技術(shù)發(fā)展的最前沿，不斷追求重放音響空間的拓展。近年來，古典音樂的三維聲重放與拾音技術(shù)無論在理論研究領(lǐng)域還是錄音實(shí)踐領(lǐng)域都取得了大量成果。為了讓更多的錄音師和音樂家了解三維聲技術(shù)及其在古典音樂錄音藝術(shù)創(chuàng)作中的運(yùn)用，有必要對目前的古典音樂三維聲錄制技術(shù)進(jìn)行梳理和討論，以下著重從三維聲重放與三維聲拾音陣列兩個(gè)方面進(jìn)行論述。

1 三維聲重放對古典音樂錄音的作用

討論音頻技術(shù)對于音樂錄音的作用時(shí)，往往需要以實(shí)際重放的音響效果和創(chuàng)作手段、思路的開拓作為主要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。三維聲技術(shù)的運(yùn)用不僅極大拓展了音樂錄音作品重放音響的臨場感、空間感和包圍感，而且使重放的整體音質(zhì)獲得明顯改善。此外，三維音響空間還推動了錄音師音響創(chuàng)作思路的突破。

1.1 重放音響空間的拓展

人類的聽覺系統(tǒng)天然地具備感知三維空間的能力，且在人們的聽音習(xí)慣中，從斜上方和上方而來的聲音承載了更多有助于辨識聲場環(huán)境的重要信息，如戶外自然環(huán)境中的各種聲音或者廳堂內(nèi)的各種反射聲、混響聲等。但錄音重放系統(tǒng)從單聲道、雙聲道到環(huán)繞聲始終局限于水平的二維平面重放，其音響空間的重放效果與人類的自然聆聽經(jīng)驗(yàn)之間存在很大差異。三維聲重放通過增加垂直方向的揚(yáng)聲器重放上方和斜上方的音響信息，為聆聽者塑造出一個(gè)真正的三維音響空間。雖然三維聲重放與真實(shí)聲場相比仍有不小的差距，但已經(jīng)很大程度上與人類的自然聆聽體驗(yàn)接近，相對于雙聲道立體聲和環(huán)繞聲重放，具有更真實(shí)的臨場感和更好的沉浸感與包圍感。

1.2 整體重放音質(zhì)的改善

三維聲重放對重放音響的整體音質(zhì)也有明顯改善。單聲道時(shí)代，所有聲音信息被擠壓在空間中的一個(gè)點(diǎn)重放，原始聲源在重放時(shí)相互間的聲染色、相位抵消、掩蔽等現(xiàn)象極其嚴(yán)重。隨著重放聲道數(shù)量的增加，原始聲源在重放的三維音響空間中被定位于不同的位置，相互間的掩蔽作用明顯減弱，音色辨識度、清晰度和定位的準(zhǔn)確度都明顯提高。

不僅如此，混響感也有所增強(qiáng)。這也源于掩蔽作用的減弱，直達(dá)聲更加清晰可辨，在不影響聲音的清晰度的情況下，相應(yīng)的混響能量的拾取和重放可以更大。甚至實(shí)際錄音制作時(shí)，有些雙聲道立體聲錄制時(shí)需要反復(fù)調(diào)整人工混響器來解決的空間感問題，在三維聲錄制中變得不再必要[1]。

德國Fraunhofer研究院的相關(guān)測試結(jié)果也顯示，添加上層揚(yáng)聲器的三維聲重放系統(tǒng)比兩聲道立體聲系統(tǒng)在整體音質(zhì)方面有了大幅提升，如圖1所示[2-3]。

圖1 從兩聲道立體聲到三維聲的整體音質(zhì)評比

1.3 音響創(chuàng)作思路的擴(kuò)展

三維聲的重放方式還推動了古典音樂錄音音響創(chuàng)作的多樣化發(fā)展。古典音樂錄音在音響藝術(shù)上通常追求樂隊(duì)整體的平衡、穩(wěn)定和融合，強(qiáng)調(diào)呈現(xiàn)與聆聽者在實(shí)際音樂廳聆聽體驗(yàn)接近的“假定性真實(shí)”效果。因此，一般都以音樂廳觀眾欣賞音樂會的聆聽視角（即音樂表演在聆聽者前方）進(jìn)行音樂錄制。

三維聲重放不僅可以改善重放音響的臨場感和包圍感，甚至可以在一定程度對上方和后方重放的空間音響進(jìn)行藝術(shù)性夸張，使“假定性真實(shí)”被進(jìn)一步強(qiáng)化，錄音作品的情感帶入效果更好。

另外，增加了上層揚(yáng)聲器可以實(shí)現(xiàn)重放聲像垂直方向的定位，重放聲像可以在前、后、左、右、上、下的三維音響空間中相對自由和連貫地運(yùn)動。古典音樂的錄音師和音樂家可以嘗試突破傳統(tǒng)舞臺再現(xiàn)式的重放音響模式，利用上層和后方揚(yáng)聲器制造被聲源包圍的沉浸式的音響效果，進(jìn)一步豐富音樂音響的藝術(shù)表現(xiàn)力。

實(shí)際上從聲音錄制技術(shù)進(jìn)入環(huán)繞聲開始，一些古典音樂的音樂家和錄音師們就已經(jīng)開始嘗試突破傳統(tǒng)的聆聽習(xí)慣，將聆聽位置前移至樂隊(duì)中，產(chǎn)生聆聽者被樂器環(huán)繞的音響效果，三維聲技術(shù)的發(fā)展使這種效果變得更加“逼真”。當(dāng)今，以Morten Lindberg和Mick Sawaguchi為代表的一些錄音師按照這種創(chuàng)作思路進(jìn)行了大量的錄音實(shí)驗(yàn)活動，并且獲得越來越多聽眾的認(rèn)可和喜愛。

2 古典音樂的三維聲重放系統(tǒng)

在古典音樂錄音技術(shù)發(fā)展中，無論是雙聲道立體聲、環(huán)繞聲或是三維聲，所采用的拾音制式都與揚(yáng)聲器重放系統(tǒng)有著緊密關(guān)聯(lián)。因此，討論三維聲拾音陣列前，有必要對常見的三維聲重放系統(tǒng)的揚(yáng)聲器布局進(jìn)行說明。

目前用于音樂錄制監(jiān)聽的三維聲重放系統(tǒng)通常有兩層和三層兩種揚(yáng)聲器布局方式（垂直方向）。兩層揚(yáng)聲器布局以Auro 3D（家庭格式）（如圖2）和杜比全景聲（Dolby Atoms）（家庭格式）（如圖3）重放系統(tǒng)為代表，三層揚(yáng)聲器布局以日本NHK22.2 多聲道三維聲系統(tǒng)為代表。

圖2 Auro 3D重放系統(tǒng)中的5.1.4（Auro 9.1）揚(yáng)聲器布局 (圖片來源：www.auro-3d.com, Auro-3D Home Theater Setup Guidelines)

圖3 杜比全景聲重放系統(tǒng)中的5.1.4揚(yáng)聲器布局(增加7.1.4)(圖片來源：www.dolby.com, Dolby Atmos Home Theater Installation Guidelines)

2.1 兩層揚(yáng)聲器系統(tǒng)布局

兩層揚(yáng)聲器系統(tǒng)布局是以傳統(tǒng)5.1或7.1的環(huán)繞聲揚(yáng)聲器布局為基礎(chǔ)增加4只上層全頻揚(yáng)聲器，組成5.1.4或7.1.4的揚(yáng)聲器布局方式。Auro 3D和Dolby Atoms的區(qū)別主要在于上層揚(yáng)聲器的位置選擇。

Auro 3D推薦將上層揚(yáng)聲器放置于聽音者位置向上30°仰角的方向，設(shè)計(jì)者認(rèn)為人們對生活場景、空間的判斷主要來自上層的聲音，而這個(gè)上層并非來自頭頂，大多來自斜上方。以30°仰角設(shè)置的上層揚(yáng)聲器，使Auro 3D系統(tǒng)的上下兩層重放的信息關(guān)聯(lián)性更加密切，更適合塑造斜上方的聲場，使聆聽者聽到更多的環(huán)境聲音細(xì)節(jié)，以及較準(zhǔn)確的高度信息。在音樂節(jié)目錄制領(lǐng)域，一些錄音師在不同場合也都表達(dá)過類似的觀點(diǎn)，即30°的提升角度是一個(gè)更合適、聲音更“自然” “真實(shí)”的設(shè)置角度[4]。

杜比全景聲的上層揚(yáng)聲器放置得更高，位于聆聽者頭上45°以上的仰角方向。相比于Auro 3D音的揚(yáng)聲器布局，杜比方案更接近聽者頭頂，能夠相對分明地呈現(xiàn)位于上層的聲音事件，如創(chuàng)造性的音樂元素、影視中的頭頂音效等。但上下層間的銜接、垂直方向的聲像定位受到一定影響。

2.2 三層揚(yáng)聲器系統(tǒng)布局

三層揚(yáng)聲器系統(tǒng)布局以日本NHK22.2 多聲道三維聲系統(tǒng)為代表，其目的是用于匹配超高清視頻系統(tǒng)（8K）的沉浸聲重放系統(tǒng)。該系統(tǒng)由22只全頻和2只超低揚(yáng)聲器組成，22只全頻揚(yáng)聲器分為上中下三層布局，其中中層（與人耳齊平）為10只，上層為9只，下層為3只揚(yáng)聲器，具體布局如圖4所示。

圖4 NHK22.2多聲道重放系統(tǒng)的揚(yáng)聲器布局（圖片來源：K. Hamasaki, K. Hiyama, and R. Okumura, “The 22.2 Multichannel Sound System and Its Application,” in AES Convention 118, Barcelona, Spain, 2005）

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)5個(gè)目標(biāo)[5]：

（1）聲源在超大屏幕中定位；

（2）重放所有方向的聲音；

（3）重放自然高保真的三維聲場；

（4）擴(kuò)大最佳聽音區(qū)域；

（5）與現(xiàn)有多聲道系統(tǒng)兼容。

由于使用的揚(yáng)聲器過多，布局較復(fù)雜，增加它的使用門檻。

3 三維聲拾音陣列

通過對目前音樂三維聲錄制相關(guān)文獻(xiàn)的查閱和對大量古典音樂三維聲拾音案例的分析，目前古典音樂的三維聲錄制和監(jiān)聽大部分是基于杜比全景聲和Auro3D的兩層揚(yáng)聲器布局，因此，文中所討論的拾音方案也主要針對5.1.4和7.1.4兩層揚(yáng)聲器布局的三維聲重放系統(tǒng)。

3.1 三維聲拾音陣列的分類

古典音樂三維聲錄音中，三維聲場的拾取主要通過三維聲拾音陣列來完成。從拾音原理上，目前的三維聲拾音陣列可分為兩類，第一類是使用傳統(tǒng)傳聲器組成的三維聲拾音陣列，且傳聲器與重放揚(yáng)聲器數(shù)量一一對應(yīng)；第二類是基于球諧函數(shù)展開的Ambisonics聲場重構(gòu)技術(shù)進(jìn)行拾音的三維聲拾音陣列。

3.1.1 傳聲器揚(yáng)聲器對應(yīng)的三維聲拾音陣列

傳聲器揚(yáng)聲器對應(yīng)的三維聲拾音陣列是從傳統(tǒng)立體聲拾音方式中發(fā)展而來的，利用傳聲器指向性、夾角和間距變化拾取聲源到各傳聲器間的時(shí)間差、強(qiáng)度差信息，構(gòu)建三維重放聲場。此類拾音陣列大都遵循傳聲器與重放揚(yáng)聲器數(shù)量一一對應(yīng)的關(guān)系。目前，此類陣列絕大多數(shù)多由8～11支傳聲器組成，傳聲器擺放位置、角度等與5.1.4和7.1.4的重放揚(yáng)聲器布局相對應(yīng)。

為了更好地理解此類陣列中的傳聲器選擇和擺放規(guī)律，參考立體聲拾音方式的分類原則，可以按照各傳聲器間拾取信號的隔離方式差異進(jìn)行細(xì)分，將其分為三類：時(shí)間差或偏向時(shí)間差陣列、偏向強(qiáng)度差陣列、時(shí)間差強(qiáng)度差復(fù)合陣列。

時(shí)間差或偏向時(shí)間差陣列是指陣列中傳聲器間拾取信號的差異為時(shí)間差或以時(shí)間差為主。這類陣列大多使用全指向傳聲器，且傳聲器間距較大（1～2 m甚至更大）。其代表性拾音陣列有2L Cube、AMBEO Cube（傳聲器指向性調(diào)整為全指向或接近全指向時(shí)）、LDK Cube等。

偏向強(qiáng)度差陣列是指陣列中傳聲器拾取信號的差異以強(qiáng)度差為主。這類陣列大多使用比較尖銳的指向性（如超心形）傳聲器，且傳聲器間無間距或間距很?。ㄊ畮桌迕谆蚋。?。此類代表性拾音陣列有ORTF 3D等。

時(shí)間差與強(qiáng)度差復(fù)合陣列是指陣列中傳聲器間拾取信號的差異既有時(shí)間差又有強(qiáng)度差。這類陣列大多使用心形傳聲器，且傳聲器間距適中。此類陣列是目前三維聲陣列中最常被選擇的一種，代表性陣列很多，如PCMA 3D、OCT 3D、Ambeo Cube（傳聲器指向性調(diào)整為心形或超心形)、Hamasaki Cube等。

3.1.2 Ambisonics三維聲拾音陣列

Ambisonics技術(shù)是基于電子手段進(jìn)行聲場拾取、創(chuàng)建和播放的特定技術(shù)，聲場重構(gòu)再現(xiàn)整個(gè)球形聲場。隨著球諧函數(shù)階數(shù)的增加，球型傳聲器陣列的通道數(shù)從一階的4個(gè)通道增加的多階的(M+1)2個(gè)通道（M為階數(shù)），如圖5所示。并且隨著階數(shù)的增加，聲場的解析度更高，重放聲像定位也更加準(zhǔn)確。

圖5 Ambisonics球諧函數(shù)從由一階到三階的示意圖（圖片來源：M. Narbutt, J. Skoglund, A. Allen, M. Chinen, D. Barry, and A. Hines, “AMBIQUAL: Auditory Localization Towards in a Quality Metric for Ambisonic Headphone Scenes Rendered Compressed Ambisonic Spatial Audio”, Applied Sciences, 2020）

與傳聲器揚(yáng)聲器對應(yīng)的三維聲陣列不同，Ambisonics技術(shù)的拾音方式可以理解為一種聲場采集的通用格式，即拾音陣列不對應(yīng)任何重放通道，必須通過解碼轉(zhuǎn)換為特定揚(yáng)聲器重放格式所需的音頻信號，因此它對應(yīng)揚(yáng)聲器的數(shù)量和位置是可變的。這種編碼/解碼方案具有非常便攜和靈活的優(yōu)點(diǎn)，它不受特定揚(yáng)聲器設(shè)置的限制，可以根據(jù)所選解碼方式在多種不同揚(yáng)聲器布局上重放，兼容從雙聲道立體聲、環(huán)繞聲到三維聲等各種格式，還可以配合頭部跟蹤技術(shù)，創(chuàng)建360°三維聲景。該拾音陣列被廣泛運(yùn)用于聲景和環(huán)境聲場拾音，VR音頻、游戲音頻等領(lǐng)域。

但是，對古典音樂錄音而言，現(xiàn)有研究顯示，通過實(shí)際聆聽和主觀音質(zhì)評價(jià)，該拾音陣列在音色表現(xiàn)、空間印象（聲場橫向和縱深寬度、空間感、包圍感）和聽感的自然程度等方面都遠(yuǎn)不及傳統(tǒng)方式的傳聲器陣列[6-7]。因此，筆者后續(xù)論述主要針對傳統(tǒng)傳聲器組成的三維聲拾音陣列即傳聲器與重放揚(yáng)聲器數(shù)量一一對應(yīng)的三維聲拾音陣列。

3.2 古典音樂拾音中常見三維聲拾音陣列舉例

3.2.1 2L Cube

2L Cube是最具代表性的偏向時(shí)間差三維聲拾音陣列之一，由 2L唱片公司的錄音師Morten Lindberg所設(shè)計(jì)，通常由9支全指向傳聲器組成，傳聲器間隔根據(jù)拾音場地和樂隊(duì)規(guī)模進(jìn)行調(diào)整，一般不超過1 m，如圖6所示。由于傳聲器選擇全指向性，2L Cube擁有更延伸的低頻響應(yīng)以及較好的離軸頻率響應(yīng)。從 2L 唱片的錄音案例中可以看出，Morten Lindberg通常選擇聲學(xué)條件極佳的錄音地，讓演奏者環(huán)繞著傳聲器陣列，通過改變樂隊(duì)擺位獲得理想的聲音平衡，形成一種樂團(tuán)包圍聆聽者的新奇聲音體驗(yàn)。他還會根據(jù)不同的聲源和環(huán)境，為上層傳聲器加裝聲學(xué)壓力均衡器（APE，acoustic pressure equalizer）①，從而增強(qiáng)全指向傳聲器的高頻指向性，并提升高頻響應(yīng)。此法可以減少上層傳聲器對高頻直達(dá)聲的拾取，增強(qiáng)上下層傳聲器之間的強(qiáng)度差隔離度，從而減小重放聲像的向上偏移量，使聽覺感受更接近真實(shí)。

圖6 2L Cube三維聲拾音陣列（圖片來源：www.2l.no）

3.2.2 AMBEO Cube

AMBEO Cube現(xiàn)作為森海塞爾沉浸式錄音技術(shù)中基于揚(yáng)聲器重放的拾音解決方案，是在 Gregor Zielinsky 提出的Zielinsky Cube的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，且原先是針對Auro 9.1重放系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的三維聲拾音陣列。該陣列由 8或9支森海塞爾MKH800 TWIN 傳聲器組成（Zielinsky Cube沒有下層中間傳聲器）。各傳聲器間距為2 m左右，根據(jù)聲源體積和場地因素調(diào)整變化，陣列內(nèi)所有傳聲器主軸均指向聲源，如圖7所示。此陣列顯著特點(diǎn)就是選擇了MKH800 TWIN傳聲器，該傳聲器具有前后雙振膜分別獨(dú)立輸出的特性，能夠通過改變兩個(gè)通道電平比例和極性的方法在后期混音時(shí)變換傳聲器指向性和指向方向。因此可以更加靈活地控制聲源的清晰度、定位準(zhǔn)確度，調(diào)整重放三維聲聲場的寬度和空間感、包圍感。

圖7 AMBEO Cube三維聲拾音陣列

3.2.3 PCMA 3D

PCMA 3D是由Hyunkook Lee教授提出的強(qiáng)度差時(shí)間差復(fù)合的三維聲拾音陣列，包含下層的5支心形傳聲器和上層的4支超心形傳聲器。下層間距約為1 m，其中間的傳聲器稍稍向前突出25 cm；上層超心形傳聲器主軸垂直指向上方，如圖8所示，上下層傳聲器相互重疊，僅通過強(qiáng)度差實(shí)現(xiàn)上下層的聲道隔離。該陣列基于Lee教授相關(guān)理論研究（上下通道之間9.5 dB的強(qiáng)度差能保證直達(dá)聲被定位在下層揚(yáng)聲器，且上層信息不會被下層直達(dá)聲完全掩蔽）[8]，其主要設(shè)計(jì)目標(biāo)在于保證較好的三維空間感和包圍感的前提下，讓聲源成像穩(wěn)定地定位在下層。另外，由于上下層傳聲器重疊放置，對上下層重放信號間的梳狀濾波問題有較好的規(guī)避，也更利于進(jìn)行向5.1環(huán)繞聲格式的下變換。

圖8 PCMA 3D三維聲拾音陣列示意圖

3.2.4 ORTF 3D

ORTF 3D是由Helmut Wittek和Günter Theile提出的偏向強(qiáng)度差的三維聲拾音陣列，該陣列由8支超心形傳聲器組成，舍棄了中間傳聲器，下層左右傳聲器間距20 cm、夾角80°，前后傳聲器間距10 cm、夾角100°；上下層傳聲器也是重疊放置，夾角90°，如圖9所示，僅通過強(qiáng)度差進(jìn)行垂直方向的聲道隔離。由于此陣列較為緊湊，Schoeps公司設(shè)計(jì)了被整體防風(fēng)罩包裹的一體化結(jié)構(gòu)，使其適用于室內(nèi)外各種場合，如圖10所示，且安裝更加便捷。當(dāng)然，由于選擇了超心形指向性和較小的間距，ORTF 3D在空間感和整體音質(zhì)方面均有所欠缺。

圖9 ORTF 3D (室外版本)三維聲拾音陣列布局示意圖（圖片來源：schoeps.de, Stereophonic multichannel recording techniques for 3D-Audio and VR）

圖10 ORTF 3D (室外版本)三維聲拾音陣列

3.2.5 OCT 3D

OCT 3D是由Helmut Wittek和Günter Theile提出的時(shí)間差與強(qiáng)度差復(fù)合的三維聲拾音陣列。OCT 3D陣列的設(shè)置是在OCT-Surround陣列的基礎(chǔ)上，在上方1 m處添加了4支垂直指向上方的超心形傳聲器，如圖11所示。其延續(xù)了每支傳聲器負(fù)責(zé)拾取指定方向的聲音，以獲得最小化串音和梳狀濾波的理念，上層傳聲器主要用來拾取來自天花板的反射聲，規(guī)避了聲源的直達(dá)聲、側(cè)方和后方的反射聲。該陣列在清晰度和定位明確度上的表現(xiàn)較好，但由于均選用有指向性較尖銳的傳聲器，在整體音色和空間感方面表現(xiàn)較差。

圖11 OCT 3D三維聲拾音陣列示意圖（圖片來源：schoeps.de）

3.2.6 Hamasaki Cube

Hamasaki Cube是由Hamasaki和Wilfried Van Baelen所提出的針對拾取廳堂環(huán)境聲的三維聲拾音陣列[9]。它是在Hamasaki Square環(huán)繞聲拾音陣列的基礎(chǔ)上添加了4支指向上方的超心形傳聲器，如圖12所示。Hamasaki建議陣列的長寬高間距為2～3 m，以達(dá)到足夠的低頻去相關(guān)性。下層的八字形傳聲器主要用于拾取側(cè)向的反射聲，并很好地抑制直達(dá)聲能量。上層超心形傳聲器主要用于拾取來自天花板的反射聲，同樣也能很好的抑制直達(dá)聲能量。

圖12 Hamasaki Cube三維聲拾音陣列示意圖

3.2.7 LDK Cube

LDK Cube是由李大康教授提出并已使用多年的專門針對拾取環(huán)境聲的三維聲拾音陣列。其下層包含4支全指向傳聲器，上層包含4支指向上的心形或全指向傳聲器，如圖13所示。該陣列采用了相當(dāng)大的傳聲器間距，建議的陣列長寬高在5 m以上，間距也可以根據(jù)不同場地進(jìn)行靈活調(diào)整，甚至可以利用廳堂中觀眾席的反射面設(shè)置界面?zhèn)髀暺鹘M成。相比于其他使用小間距、尖銳指向性的陣列，LDK Cube更傾向于從多個(gè)位置捕獲整個(gè)聲場的空間信息。采用如此大的傳聲器間距，目的是盡可能減少全指向傳聲器間的信號相關(guān)性，并凸顯全指向傳聲器在音質(zhì)和聲音自然感方面的優(yōu)勢。LDK Cube不僅適用于原聲樂器的環(huán)境聲場拾取，同時(shí)也適用于擴(kuò)聲條件下的環(huán)境聲場拾音[10]。

圖13 LDK Cube三維聲拾音陣列示意圖

3.3 傳統(tǒng)傳聲器組成的三維聲拾音陣列的拾音效果分析

上文介紹的常用的三維聲拾音陣列都是傳統(tǒng)傳聲器組成的傳聲器與重放揚(yáng)聲器數(shù)量一一對應(yīng)的三維聲陣列。由于每種具體方式采用了不同指向性的傳聲器和擺放間距，因此在拾取的實(shí)際效果方面存在很大的差異。根據(jù)器傳聲器指向性選擇和具體拾音效果可以從聲像定位的準(zhǔn)確度、音色自然程度和整體空間印象等方面進(jìn)行比較。

定位的準(zhǔn)確度主要與直達(dá)聲到達(dá)雙耳的強(qiáng)度差（包含音色差）和時(shí)間差（包含相位差）相關(guān)，而且由強(qiáng)度差引起的定位感知準(zhǔn)確度明顯好于時(shí)間差，垂直方向的定位特性更是突出了這一特點(diǎn)[11]。由指向性傳聲器構(gòu)成的偏向強(qiáng)度差的拾音陣列和時(shí)間差強(qiáng)度差復(fù)合陣列的聲像定位準(zhǔn)確度均好于偏向時(shí)間差的陣列。另外，反射聲和混響聲能量過大也會影響聲像定位的準(zhǔn)確度。偏向時(shí)間差的陣列由于使用全指向傳聲器，可以拾取更多的反射聲和混響聲，而且傳聲器間距較近時(shí)多支全指向傳聲器均會拾取聲源的直達(dá)聲，信號間相關(guān)性高，容易加大相互串?dāng)_，影響定位準(zhǔn)確度。而偏向強(qiáng)度差陣列和時(shí)間差強(qiáng)度差復(fù)合陣列拾取的混響能量則相對較少，拾取的直達(dá)聲能量相對較多，致聲源的定位更清晰[12]。

人耳對音色的感知與頻響有緊密關(guān)系，一般全指向傳聲器比指向性傳聲器音質(zhì)更加柔和、松弛，其低頻響應(yīng)、離軸響應(yīng)和頻響的平直度等方面都更好，因此選用較多全指向傳聲器的偏向時(shí)間差的拾音陣列在音色的自然程度上優(yōu)于其他類陣列 。實(shí)際使用中，OCT 3D陣列為下層左右兩側(cè)的超心形傳聲器增加2支全指向傳聲器，并進(jìn)行低通濾波來彌補(bǔ)指向性傳聲器低頻響應(yīng)的缺陷，低頻拾取效果有明顯的改善，但整體音質(zhì)仍明顯不如使用全指向傳聲器的組合方式。

整體空間印象包括空間環(huán)境大小、空間活躍程度、包圍感等因素，對空間的感知主要與直達(dá)聲混響聲的比例關(guān)系、反射聲的入射角度、低頻信號的能量和相關(guān)性等因素有關(guān)[13]。為了重放出更好整體空間感和包圍感，三維聲拾音陣列應(yīng)充分拾取混響聲和側(cè)向反射聲能。另外還應(yīng)考慮各傳聲器拾取信號的低頻能量和低頻相關(guān)性問題，盡可能做到充分拾取低頻能量和較低的通道間低頻信號相關(guān)性。因此對于偏向強(qiáng)度差的拾音陣列而言，由于其選用了較強(qiáng)指向性的傳聲器且傳聲器間距很小，既不能保障低頻能量的充分拾取也很難保障提供足夠的低頻去相關(guān)性，整體拾取音質(zhì)顯得干癟、不自然，包圍感和空間感也較差。時(shí)間差強(qiáng)度差復(fù)合陣列大多使用具有大間距的心形傳聲器，在直達(dá)聲混響聲比例、低頻能量和相關(guān)性方面獲得了相對均衡的拾取效果，因此具有較好的整體空間重放效果。而大量使用全指向傳聲器的偏時(shí)間差陣列具有最好的低頻拾取能力，但由于傳聲器間的信號串?dāng)_較多，信號相關(guān)性較指向性傳聲器更大，因此為了獲得更好的空間感和包圍感需加大傳聲器之間的間距以減小各通道低頻信號間的相關(guān)性[7]。

綜上，將三類三維聲陣列拾音效果差異總結(jié)見表1。

表1 不同類型三維聲陣列拾音效果差異對比

4 結(jié)語

實(shí)現(xiàn)古典音樂三維聲拾音的基礎(chǔ)是三維聲拾音陣列，錄音師不僅要熟悉現(xiàn)有三維聲拾音陣列的設(shè)計(jì)思路和音響特點(diǎn)，更需要在實(shí)踐中根據(jù)特定的環(huán)境和聲源特點(diǎn)靈活地運(yùn)用。文中從三維聲重放對古典音樂的作用入手，對古典音樂的三維聲重放系統(tǒng)和三維聲拾音陣列進(jìn)行梳理和總結(jié)，并對不同拾音陣列的拾音效果進(jìn)行了分析比較。后續(xù)文章中，筆者將會結(jié)合具體拾音案例對古典音樂的三維聲拾音技術(shù)進(jìn)行梳理總結(jié)，并對陣列選擇、傳聲器指向性、上層傳聲器使用等問題進(jìn)行深入討論。希望以此拋磚引玉，促使更多的專家學(xué)者和資深錄音師廣泛參與到古典音樂三維聲錄制技術(shù)的研究之中。

注釋：

①APE（acoustic pressure equalizer），聲學(xué)壓力均衡器，運(yùn)用于傳聲器的一種球形附件，利用球形表面的衍射來改變傳聲器膜片附近的聲場，從而提升傳聲器的中高頻、高頻響應(yīng)，并增加高頻指向性。