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录音的艺术(十)录音制式漫谈

立体声原理

在谈到各种录音制式之前需要声明的是,如此众多的录音制式都是为了实现立体声而设立的。而首先需要纠正的,同时也是初学者需要搞清楚的就是:一支麦克风,除非声明是立体声麦克风,只能录下单声道的音频信号。所以立体声录音就是使用2支或者2支以上的麦克风录制立体声音频的过程。而下面谈到的录音制式,就是实现这种结果的手段。但是在讲到具体录音制式之前,我们需要有充足的立体声原理做为理论储备,有了这些理论,我们才能深刻理解不同录音制式的原理以及探讨它们存在的问题。

人的听觉是靠两只耳朵产生的,下面我们就要回忆立体声在人耳中是怎么实现的。首先我们要说的是声像定位在正前方的情况,所谓的正前方,按照严格的几何定义就是处于人头的垂直平分线上。根据几何定理,从声源到左右两耳的距离应该相等,也就是说声波到达左右耳的时间应该完全相同。而当声像偏左的时候,我们可以得知声音到达左耳的距离要小于声音到达右耳的距离,这也就意味着声音先达到左耳,两耳之间存在一个时间差。从这里我们可以得到一个结论:两耳之间声音的时间差影响到音源的定位。这也是第一个立体声原理,时间差定位原理。除了时间差,如果我们回到上文中的距离,我们会发现,根据声波传播的物理限制,距离越远,声波的衰减度越大,也就是说随着距离的增加,声波的能量衰落,音量会减小。这样也就意味着声源到两耳的距离差也会造成声音大小上的差异。这个差异,用专业的术语来说就是声级差。因此这里我们可以总结出这样一个判断:人耳判断立体声定位,依据两点——时间差和声级差。而在重要程度上,很明显时间差效果更加明显一些。

有了上面的理论储备,下一步,我们就进入到具体的录音制式加以分析它们的优缺点以及各种变种。

AB录音制式

一开头我们先轻松一下,猜猜第一种录音的方式是怎样的?要求尽量遵循简单的原则——就是用2只麦克风录制立体声。很多人应该可以想到,最简单的方式,应该是2支麦克风处于两只耳朵的位置,这样模拟出的效果,按道理推论比较靠谱。没错,大家想对了。将两只麦克风分开一定的距离,指向音源,就是AB制式的雏形,如图1

因此AB制式的具体定义应该是,两支麦克风有一定的距离,平行放置,指向音源。指向性多为心型或者是全指向。这个距离有多大?可以是10厘米,也能有十几米远。AB制式的特点在于对于麦克风的要求相对宽松,只需要两只同样的麦克风就可以,如果实在没有,2支不一样的麦克风也可以考虑——当然前提在于音质要求不高。如果是要追求最佳效果,你需要的是两支同样型号的、并且工厂配对的麦克风。

AB制式所营造的声场,处于两支麦克风之间,也就是说,如果是超过左边边界的声源,最终回放的时候,仍然会被定位在最左边扬声器的位置,同理右边。但是这样一来,就出现了位置上的失真。因此在古典音乐录音的时候,为了录制出交响乐队庞大的宽度和纵深感,甚至需要将两支麦克风拉开到10来米的距离。但是如此一来也带来了一个严重的问题,这个问题就是著名的中间空洞现象,或者是称为中间黑洞。

所谓的中间黑洞,所说的是这样一种听感:你会感觉到录音的中部非常空洞,没有什么乐器集中在中部,而左右扬声器附近,却聚集了不少乐器。这种现象的成因也是比较容易解释的。首先我们假设一架钢琴,宽度大约为2米。我们使用AB制式录音,两支麦克风距离2米。这样一来,录制出的音频,钢琴将充斥整个录音,钢琴的宽度占据了整个声场空间,这样一来声音就会丰满很多。而如果将两支麦克风拉开将近10米,则录制出的音频中,钢琴的宽度只占据了20%的声场空间,这时候钢琴的宽度就会显得小很多。这个例子解释了当 AB制式录音宽度达到一定的距离,会出现音源按比例缩小的现象,这样一来,在人的心理上有种感觉,那就是中间部分比较空,声音不够丰满。

为了解决这个问题,出现了很多AB录音制式的改良方法。其实大家已经可以猜到改良的方法,由于问题是中间显得空洞,因此最直接的解决办法,就是在中间增加一只麦克风。这样一来,就改善了中间黑洞现象。下面,就让我们看看那些真正辉煌的AB改良录音制式。它们曾经都很辉煌,只可惜很多人已经忘记了它们实际上都算是AB录音制式的一种。

Decca Tree

Decca Tree这个代表着古典音乐的录音方式,顾名思义来源于英国老牌唱片品牌Decca Decca Tree起源于50年代,那个时候是古典音乐和模拟录音的黄金时期,立体声录音还刚刚处于萌芽阶段。在那个时代,是音乐大师层出不穷,经典作品不断涌现的时代。而Decca公司的录音师威尔金森,正是靠着Decca Tree营造出了著名的Decca之音。Decca Tree录制出的音响效果,具有开阔而深远的音场空间感、透明度一流的秀美音色,如临现场的精确定位,以及华丽自然、辉煌而不刺耳的音域平衡度。这些特质也就构成了Decca的金字招牌。

Decca Tree是一种三支麦克风拾音的录音制式,个人认可以看做AB录音制式的改良版。当然也可以看作是另外一种M/S录音制式的改良版(后文再说)。Decca Tree是在指挥的后方,架设一个T型麦克风支架,然后每一端架设一支独立的全指向麦克风。两边的麦克风呈现135度角,如图2

传统的Decca Tree录音,两边麦克风之间的距离大约为1.5米,角度约为135度。中间的麦克风垂直于两边麦克风的两点之间的沿线,靠前约75厘米。麦克风选择上,使用的是今天已经成为古董的Neumann M49sM50s。录音师还可以根据不同情况对方案进行微调,从而达到自己满意的效果。

Decca Tree的优点在于其两边的麦克风由于距离远,因为可以捕捉到交响乐宏大的声场效果。同时中间那支麦克风,又补偿了两边麦克风距离过远造成声音中间空荡的效果。因此整体录音效果显得丰满无比,同时音场非常的真实。如果加上补偿麦克风的效果,就可以达到最接近现场效果的交响乐录音。因此在今日的交响乐录音中,Decca Tree成为了一种普遍的配置。

Decca Tree的代价并不是特别高,天价麦克风并不是必需的。因此在交响乐录音中,Decca Tree应该是首要的考虑对象。

Living Presence的大AB录音

差不多和Decca Tree同时代,大洋彼岸的美国佬也想到了类似的录音方式。这就是著名唱片品牌mercury水星的Living Presence系列录音。和Decca Tree一样,这也是一种三支麦克风录音的方式。这种方式来源于传统的AB录音,也就是首先两支麦克风以AB 制式放置,但是距离非常远,一般达到3-5米之巨,这样能够有充分的空间捕捉到交响乐庞大的声场。但是同时也带来中间的声音非常空洞。为了弥补这项缺憾,Living Presence在中央设立了一支补偿麦克风,从而使得中间声音饱满。这种录音方式,带来的是极端温暖华丽的声音,正如同5060年代繁荣的美国一样,声音饱满动人,充满了年轻人的朝气。

随着时间的推移,Living Presence的录音方式逐渐被人忘记。其根本原因这种声音太具有美国人的特点。很多录音听起来效果非常好,音染出众。所以乐器就如同被镶上了金边一样显得异常华丽。但是对于严肃的交响乐来说,这样的声音又显得太过个性,有违交响乐的真正含意。因此,到了今日,Decca Tree仍然是主流,而Living Presence只能作为一种时代的声音,留在老人们的印象中了。

上面所说的,都是AB制式录音创造的辉煌。AB制式录音式之所以常用,是因为立体声效果出色,既有时间差的效果也有声级差的效果。但是,这不代表这AB录音能够通吃一切,AB制式最大的缺点在于非常糟糕的单声道兼容性。虽然现在已经多采用立体声录音,但在很多领域,比如电视直播等,还是需要单声道的。将立体声变成单声道比较简单,一般就是将左右声道混合成一个单声道。而AB制式,只要两支麦克风距离超过20厘米,就会有严重的相位抵消——梳状滤波器效应非常严重。因此下面我们要说的,就是其他录音制式的故事。

XY录音制式

XY录音制式的名字很形象,XY录音制式是指将两支麦克风交叉在一起的一种录音方式。交叉在一起有两种情况,一种情况呈X形状,一种则呈Y形状,因此就叫XY录音制式,很形象吧,如图3

XY制式录音中,两支话筒位置相同,因此不存在时间差,只有声级差。有一部分人认为XY录音制式优于AB制式,理由是由于很多录音环境并不完美,因此话筒收到的相位信息不一定真实,也就是说时间差会受到干扰。这样一来效果反而不好,失真会大。而XY 制式,不依靠时间差,因此可以避免这种现象。XY 制式另外一项突出优点在于具有出众的单声道兼容性,因此对于电视直播现场录音很好。但是,XY制式也有缺点,最大缺点在于对麦克风的素质要求很高。XY制式要求麦克风必须是同样型号,并且工厂配对的麦克风才可以。甚至只使用同样型号的麦克风,效果都会差不少。对麦克风的高标准要求,无疑增加了成本。此外,XY制式还需要避免不同平面的问题,这个问题出现在麦克风交叉的时候,需要尽量使得两支麦克风和音源处于同一个水平面,如果两支麦克风存在高度差,则可能引入新的时间差和声级差,造成失真。

M/S录音制式

M/S制式的具体含义很多,通常解释的英文也很多,大致上有这么几种,都是正确的说法。

Mono/Side(单声道/两边),Mono/Stereo(单声道/立体声,这个说法最奇怪),Mid/Side(中间/两边,这是最形象的说法),Sum/Difference(和/差,这是最反映原理的说法)。这些不同的说法,指的都是一回事——M/S制式,如图4

M/S制式的实现相对复杂不少,从麦克风摆放到解码过程,都需要特殊的过程。M/S制式要求两支麦克风处于同一点上拾音,一只主麦克风,呈心型指向音源,这只麦克风被称为M。另外一支麦克风,呈8字型指向两边,因此看上去是个横着的8字,被称为S。录制出的音频则有个解码过程才能变成立体声,具体就是这样:左声道的信号为M+S,也就是MS声道混合在一起。右声道信号为M-S,也就是将S声道反相后和M声道混合起来。有人问了,这是怎么个原理呢?原来那个S话筒,左声道进来的信号,和右声道是反相的。因此把S信号反相,就可以得到右边的信号。上文中提到和差,就是指的 M/S制式的解码原理。M/S制式的优点之一如同XY制式一样,只有声级差,而没有时间差。并且M/S和单声道的兼容性是完美的——只要扔掉S声道信号就是单声道信号了,还能有比这个还完美的吗?M/S制式的最突出优点在于对于后期处理的难易程度来说。M/S制式是最适合后期处理的录音制式,可调整的余地大了很多。但是M/S制式也存在着缺点,我们可以想象,由于8 字型并不完全拒绝中间信号,因此S声道信号中仍然含有中间部分的信号。因此与AB制式相反的是,M/S制式存在着中央信号加重的倾向,这样中央信号的位置会听起来相对偏前。同时 M/S 制式对声学环境要求很高,如果控制不好M/S制式麦克风所在的位置,则会出现加重房间反射和混响声音的现象,因此需要小心处理。

令人高兴的是,M/S制式对于麦克风的要求不高。但是代价是后端解码过程相对繁琐。无论如何,运用好M/S 制式,可以让录音师的录音水平更上一层楼。

仿真人头制式(Dummy Head

听过耳机的朋友大多知道,耳机重播音乐的效果和音箱有很大的不同,特别是在音场方面。耳机虽然也能营造出音场的效果,但远不如音箱自然。耳机的最大缺陷就是没有音场已经是共识。这是什么造成的呢?主要有两个因素。首先,用音箱回放音乐时,声音信号从音箱发出,通过空气传播,到达人耳。这时,人耳听到的音箱的声音和听到自然界中各种声音一样,经过耳廓、外耳、耳道,传导到耳鼓膜,被大脑神经所感知。在这个过程中,人的耳廓、耳道、人的头盖骨、肩部等对声波的折射、绕射和衍射,都会对声音造成一定影响。在声学上,用HRTF,即头部相关传输函数来描述这种影响。正是由于HRTF 的影响,人的大脑能根据经验判断出声音发出的方位和距离。人即使蒙上眼睛也能判断声音发出的方向和距离,这就是靠大脑根据经验做出的判断。通过耳机欣赏音乐时,声音是被耳机的驱动单元直接送进双耳的,也就是说,人的耳廓、头盖骨和肩部等对声音造成的影响没有了,HRTF不存在了。在这种情况下,人的大脑就无法准确判断声音的方位和距离。此外还有一点,人耳听声音时候,左右声道会串在一起进入耳朵,而耳机,由于很多采用声音隔绝的罩子,因此左声道进入左耳,右声道进入右耳,串扰程度很低,这也造成了耳机听觉和音箱很不一样的情况。由于这种左右声道混合的缺乏,导致用耳机欣赏音乐时,音场的感觉不自然,乐器的定位似乎是虚的,音场的大部分似乎挤压在左右耳之间的脑海中,俗称头中效应In-Head Effect)。

正是由于有这样大的问题,因此为了使得耳机也有得听,就出现了仿真人头这种录音制式。仿真人头是一个用木头或者塑料做成的假人头,直径约20厘米左右,在它的耳道末端,分别装有两支麦克风,它们一般是无指向性的。然后,将两者的输出分别作为立体声的左右声道信号,如图5

仿真人头制式由于模仿了这一过程,因此录音在耳机上听起来非常好。但是也具有比较大的缺点,仿真人头有耳廓,而听众也有耳廓,这样在回放录音时,会出现双重耳廓反射的声音,这对于声音的清晰定位,仍然有比较大的干扰。但是的确,在耳机回放这个问题上人类还没有找到比仿真人头更出色的办法。

ORTF制式

ORTF制式使用两支心形传声器,拉开距离20厘米,两支传声器主向朝前张开110度。 这种制式是法国电台首创并推广使用的,所以以法国电台的名称来称呼它。这种制式实际上是AB制式和仿真人头制式的混血,定位效果出众,尤其是表现移动的声像,效果突出,适合聆听广播剧使用。


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