立体声

立体声（Stereophonic sound，简称stereo），也称为2.0声音，是使用两个或多个独立的音效通道，在一对以对称方式配置的扬声器（即俗称的喇叭）上出现。以此方法所发出的声音，在不同方向仍可保持自然与悦耳。与之相对的是单声道。

由于多声道是立体声之关键所在，因此“立体声”一词也适用于拥有两个以上声道或扬声器的系统，例如四声道和环绕声道。双耳立体声系统也属于立体声。

自 1970 年代以来，立体声已广泛应用于广播电台、录制音乐、电视、摄影机、电影、电脑音讯和网络等娱乐媒体。

依据声场重建机制的本体论差异，现代立体声技术可被严格划分为两大核心类别：

第一类为自然立体声(Natural Stereo)。此技术的核心理念在于“空间物理资讯的无损撷取”。工程师在特定的声学空间(如音乐厅或录音室)中，布置麦克风阵列。由于阵列中多支麦克风之间存在着精确的物理空间距离与指向角度差异，这些麦克风会同时捕捉到现场的反射声与直接接收声。由此方法所录制的多条音轨，自然内含了声波到达不同麦克风的时间差。当这些音轨透过等距排列的扬声器重放时，人类的听觉系统便能利用这些物理声学资讯进行逆向回推，在大脑中还原出声源的真实三维位置。

第二类为人工立体声或全景立体声(Artificial or Pan Stereo)。这是现代流行音乐制作与数位音讯工作站（DAW）中最为普及的技术。其运作机制并非捕捉真实空间，而是将单一麦克风录制的单声道无方向性讯号，透过改变讯号发送到每个扬声器进行人为的空间分配。借由精确改变单一讯号发送至各个扬声器的相对振幅比例以及时间延迟，借此能够人为地创造出方向性的听觉错觉，将声音任意安置于扬声器之间的虚拟空间中。以这种方式完成由人工合成的立体声场。

## 早期立体声

在1881年的法国巴黎,发明家克莱门特·阿德尔(Clément Ader)创造了人类历史上第一个具备双声道特征的音讯传输系统。阿德尔在巴黎歌剧院的舞台前缘边界，密集安装了一系列由早期的电话发送器。这些麦克风被分为左右两组，并透过独立的电话线缆，将讯号传输至两公里外、位于巴黎国际电气博览会展览场的一间特制套房内。

参观者透过将两个分别连接至舞台左右两侧麦克风的电话听筒举至双耳,首次体验到了现场表演的听觉透视感与空间宽度。《科学美国人》(Scientific American)当时对此现象进行了报导,惊叹于使用双耳聆听时,声音呈现出一种极为特殊的空间特质。法国知名作家维克多·雨果（Victor Hugo）在亲自体验后亦留下深刻的纪录：“这非常奇妙。墙上有两个耳罩,我们听到了歌剧;大脑透过这两个不同的信号,合成出了立体的空间”。

这项技术随后在法国被商业化,命名为剧院电话,于 1890 年至 1932 年间营运;在英国亦衍生出类似的 Electrophone 系统（1895-1925）。这些服务采用订阅制,将歌剧与戏剧的双声道实况转播，透过电话线路传送至富裕家庭、饭店与咖啡馆中。1889 年版的《电气工程师》（The Electrical Engineer）参考指南中甚至为其设立了词条；1896年,美好年代（Belle Epoque）的流行艺术家朱尔斯·谢雷（Jules Cheret）更以石版画记录了女士戴着耳机聆听剧院电话的愉悦神情。阿德尔也因此项引起公众狂热的发明,获得了展览会金牌并被授予法国荣誉军团骑士勋章。

## 现代立体声

现代立体声技术的理论体系、数学模型与硬件标准,则归功于一位英国工程师。阿兰·布姆兰(Alan Blumlein)，奠定了我们今日所知的立体声录音与重播基础。

1931年12月14日，年仅 28 岁的布姆兰提交了一份名为《声音传输、声音录制与声音重现系统的改进》(Improvements in and relating to Sound-transmission, Sound-recording and Sound-reproducing Systems)的专利申请,并于 1933 年获准为英国专利号 394,325。这份包含约 70 项权利要求的专利，不仅是音响工程史上的里程碑，其内容的深刻程度甚至超越了当时的硬件制造能力。布姆兰专利的核心技术涵盖以下：

重组电路,早期间隔麦克风阵列所捕捉到的时间差，在透过耳机聆听时效果极佳，但一旦改由立体声扬声器重放，左扬声器的声音会绕射至右耳，产生严重的声学串音使空间感崩塌。为了克服此问题，重组电路(Shuffling circuit)。能够将在低频段将声波的相位差异，透过矩阵运算转换为左右声道的振幅差。如此一来，即使透过扬声器播放，听众的大脑也能接收到正确的方向线索，维持稳定的音像定位。

而为了解决时间差带来的相位抵消问题，布姆兰提出了革命性的重合阵列(Coincident pair)概念。主张使用两支8字型麦克风，将其振膜在同一垂直轴上以 90 度直角(各偏离中心轴45度)交叉放置。这种被称为Blumlein Pair的配置，完全消除了到达两支麦克风的时间差，纯粹利用声波到达振膜的角度差异所产生的电压强度差来构建精准且对称性完美的立体声场。

## 电影的推进

真正将极端动态范围与多声道环绕技术推向实用化与大众化的，是美国电影工业。电影院庞大的封闭空间、容纳数百人的宽广场域,以及视觉与听觉必须严格同步的需求,促使声学工程师不断推进技术的演进。

1930 年代初期，美国贝尔电话实验室的哈维·弗莱彻(Harvey Fletcher)领导了一系列极具野心的空间声学研究。1932年3月,弗莱彻团队与费城管弦乐团的传奇指挥家利奥波德·斯托科夫斯基(Leopold Stokowski)合作,在费城音乐学院进行了早期的双声道录音实验。他们成功录制了史克里亚宾(Scriabin)的《普罗米修斯：火之诗》与拉威尔配器的《展览会之画》片段。当时采用的技术极其复杂：使用两支麦克风连接至两个独立的唱针,在同一个蜡盘上刻出两条平行的沟槽其中一条水平刻录保留低频,一条垂直刻录保留高频。这项合作在 1940年4月9日至10日达到了历史性的巅峰。贝尔实验室在纽约卡内基音乐厅举办了一场名为立体声的公开示范。为了克服当时光学电影底片动态范围狭窄的致命缺陷,系统采用了极为创新的同步机制：将左、中、右三个声道的录音分别记录在一条电影胶卷的三条光学音轨上,而第四条音轨则专门用于记录调节音量扩展的控制讯号。现场配备了三个巨大的扬声器系统,由于配备了手动控制的音量增强机制,现场产生了高达 100 分贝的骇人音量。据报导,这场展示让观众如痴如醉,有时甚至感到有些恐惧。

## 幻想曲

贝尔实验室的技术直接启发了华特·迪士尼。1940年11月上映的动画巨作《幻想曲》(Fantasia),成为影史上第一部采用立体声放映的商业电影。迪士尼开发了名为 Fantasound的专利系统,其架构与卡内基示范相同:使用一卷独立的底片承载四条光学音轨(三条传输左、中、右音讯,第四条承载三种不同频率的控制音以自动调节前三者的动态音量)。尽管因二战爆发与戏院设备改装成本过高，Fantasound 在巡演两个月后便被混音回单声道发行,直到1956年才恢复立体声。

## 宽银幕时代

进入1950年代,为对抗日益普及的家用电视机,好莱坞片厂掀起了一场宽银幕与多声道格式的军备竞赛。1953年,Cinerama系统首度采用35毫米磁性胶卷进行多条分离音轨的录音与混音,其惊人的包覆感震撼了纽约的观众。随后,华纳兄弟在3D电影《恐怖蜡像馆》(House of Wax)中推出了 WarnerPhonic混合系统,麦可·陶德(Michael Todd)则开发了 Todd-AO 系统(使用 70 毫米胶卷配合高达六条磁性音轨);二十世纪福斯则推出了更具相容性的 CinemaScope 格式(四条磁性音轨)。在70毫米胶卷放映中,业界发展出哥伦比亚扩展(Columbia Spread)等伪立体声技术,将左/中与右/中讯号混合,合成出额外的左/中与右/中声道填补巨大银幕的声像空洞。

然而磁性音轨容易磨损且拷贝成本高昂。1977年,《星际大战》的上映标志着杜比(Dolby Stereo)的崛起。杜比实验室巧妙地运用了授权自Sansui的QS四声道矩阵编码技术，将左中右与环绕四个离散声道,相位编码压缩至标准35毫米胶卷的两条传统光学音轨中。这项技术革命性地降低了拷贝印制成本，使得非变形（Non-anamorphic）的标准宽银幕电影也能具备立体环绕声效。

美国Audio Fidelity Records公司，于1957年第一次将立体声引入商业唱片领域，这是一个十分重要的里程碑。1957年可视为唱片录音史上单声道与立体声的重要分水岭，许多在1957年前便过世的音乐家，都因而很遗憾未能留下立体声的录音资料。此后在1960年代，大多数唱片公司都陆续放弃单声道，全面性地转向双声道立体声录音。双声道立体声，至今仍是聆听音乐的主流规格。

蝙蝠使用了耳朵和下巴来形成声全息，蛇通过下巴，大象通过脚来获取低频声音，可见，要获得更全面的声音应该具备至少三个通道来感知声音，才能形成真正的立体声音，这和立体视觉有些不同。

## 参阅

- 立体声录音技术
- 环绕声
- 次低音扬声器（立体声的一部分）
- 四声道
- 两耳录音（俗称假人头录音）
- Hi-fi
- Joint stereo
- Stereographic projection
- Stereo photography
- Holophonics