立體聲

立體聲（Stereophonic sound，簡稱stereo），也稱為2.0聲音，是使用兩個或多個獨立的音效通道，在一對以對稱方式配置的揚聲器（即俗稱的喇叭）上出現。以此方法所發出的聲音，在不同方向仍可保持自然與悅耳。與之相對的是單聲道。

由於多聲道是立體聲之關鍵所在，因此「立體聲」一詞也適用於擁有兩個以上聲道或揚聲器的系統，例如四聲道和環繞聲道。雙耳立體聲系統也屬於立體聲。

自 1970 年代以來，立體聲已廣泛應用於廣播電台、錄製音樂、電視、攝影機、電影、電腦音訊和網路等娛樂媒體。

依據聲場重建機制的本體論差異，現代立體聲技術可被嚴格劃分為兩大核心類別：

第一類為自然立體聲(Natural Stereo)。此技術的核心理念在於「空間物理資訊的無損擷取」。工程師在特定的聲學空間(如音樂廳或錄音室)中，佈置麥克風陣列。由於陣列中多支麥克風之間存在著精確的物理空間距離與指向角度差異，這些麥克風會同時捕捉到現場的反射聲與直接接收聲。由此方法所錄製的多條音軌，自然內含了聲波到達不同麥克風的時間差。當這些音軌透過等距排列的揚聲器重放時，人類的聽覺系統便能利用這些物理聲學資訊進行逆向回推，在大腦中還原出聲源的真實三維位置。

第二類為人工立體聲或全景立體聲(Artificial or Pan Stereo)。這是現代流行音樂製作與數位音訊工作站（DAW）中最為普及的技術。其運作機制並非捕捉真實空間，而是將單一麥克風錄製的單聲道無方向性訊號，透過改變訊號發送到每個揚聲器進行人為的空間分配。藉由精確改變單一訊號發送至各個揚聲器的相對振幅比例以及時間延遲，藉此能夠人為地創造出方向性的聽覺錯覺，將聲音任意安置於揚聲器之間的虛擬空間中。以這種方式完成由人工合成的立體聲場。

## 早期立體聲

在1881年的法國巴黎,發明家克萊門特·阿德爾(Clément Ader)創造了人類歷史上第一個具備雙聲道特徵的音訊傳輸系統。阿德爾在巴黎歌劇院的舞台前緣邊界，密集安裝了一系列由早期的電話發送器。這些麥克風被分為左右兩組，並透過獨立的電話線纜，將訊號傳輸至兩公里外、位於巴黎國際電氣博覽會展覽場的一間特製套房內。

參觀者透過將兩個分別連接至舞台左右兩側麥克風的電話聽筒舉至雙耳,首次體驗到了現場表演的聽覺透視感與空間寬度。《科學美國人》(Scientific American)當時對此現象進行了報導,驚嘆於使用雙耳聆聽時,聲音呈現出一種極為特殊的空間特質。法國知名作家維克多·雨果（Victor Hugo）在親自體驗後亦留下深刻的紀錄：「這非常奇妙。牆上有兩個耳罩,我們聽到了歌劇;大腦透過這兩個不同的信號,合成出了立體的空間」。

這項技術隨後在法國被商業化,命名為劇院電話,於 1890 年至 1932 年間營運;在英國亦衍生出類似的 Electrophone 系統（1895-1925）。這些服務採用訂閱制,將歌劇與戲劇的雙聲道實況轉播，透過電話線路傳送至富裕家庭、飯店與咖啡館中。1889 年版的《電氣工程師》（The Electrical Engineer）參考指南中甚至為其設立了詞條；1896年,美好年代（Belle Epoque）的流行藝術家朱爾斯·謝雷（Jules Cheret）更以石版畫記錄了女士戴著耳機聆聽劇院電話的愉悅神情。阿德爾也因此項引起公眾狂熱的發明,獲得了展覽會金牌並被授予法國榮譽軍團騎士勳章。

## 現代立體聲

現代立體聲技術的理論體系、數學模型與硬體標準,則歸功於一位英國工程師。阿蘭·布姆蘭(Alan Blumlein)，奠定了我們今日所知的立體聲錄音與重播基礎。

1931年12月14日，年僅 28 歲的布姆蘭提交了一份名為《聲音傳輸、聲音錄製與聲音重現系統的改進》(Improvements in and relating to Sound-transmission, Sound-recording and Sound-reproducing Systems)的專利申請,並於 1933 年獲准為英國專利號 394,325。這份包含約 70 項權利要求的專利，不僅是音響工程史上的里程碑，其內容的深刻程度甚至超越了當時的硬體製造能力。布姆蘭專利的核心技術涵蓋以下：

重組電路,早期間隔麥克風陣列所捕捉到的時間差，在透過耳機聆聽時效果極佳，但一旦改由立體聲揚聲器重放，左揚聲器的聲音會繞射至右耳，產生嚴重的聲學串音使空間感崩塌。為了克服此問題，重組電路(Shuffling circuit)。能夠將在低頻段將聲波的相位差異，透過矩陣運算轉換為左右聲道的振幅差。如此一來，即使透過揚聲器播放，聽眾的大腦也能接收到正確的方向線索，維持穩定的音像定位。

而為了解決時間差帶來的相位抵消問題，布姆蘭提出了革命性的重合陣列(Coincident pair)概念。主張使用兩支8字型麥克風，將其振膜在同一垂直軸上以 90 度直角(各偏離中心軸45度)交叉放置。這種被稱為Blumlein Pair的配置，完全消除了到達兩支麥克風的時間差，純粹利用聲波到達振膜的角度差異所產生的電壓強度差來構建精準且對稱性完美的立體聲場。

## 電影的推進

真正將極端動態範圍與多聲道環繞技術推向實用化與大眾化的，是美國電影工業。電影院龐大的封閉空間、容納數百人的寬廣場域,以及視覺與聽覺必須嚴格同步的需求,促使聲學工程師不斷推進技術的演進。

1930 年代初期，美國貝爾電話實驗室的哈維·弗萊徹(Harvey Fletcher)領導了一系列極具野心的空間聲學研究。1932年3月,弗萊徹團隊與費城管弦樂團的傳奇指揮家利奧波德·斯托科夫斯基(Leopold Stokowski)合作,在費城音樂學院進行了早期的雙聲道錄音實驗。他們成功錄製了史克里亞賓(Scriabin)的《普羅米修斯：火之詩》與拉威爾配器的《展覽會之畫》片段。當時採用的技術極其複雜：使用兩支麥克風連接至兩個獨立的唱針,在同一個蠟盤上刻出兩條平行的溝槽其中一條水平刻錄保留低頻,一條垂直刻錄保留高頻。這項合作在 1940年4月9日至10日達到了歷史性的巔峰。貝爾實驗室在紐約卡內基音樂廳舉辦了一場名為立體聲的公開示範。為了克服當時光學電影底片動態範圍狹窄的致命缺陷,系統採用了極為創新的同步機制：將左、中、右三個聲道的錄音分別記錄在一條電影膠卷的三條光學音軌上,而第四條音軌則專門用於記錄調節音量擴展的控制訊號。現場配備了三個巨大的揚聲器系統,由於配備了手動控制的音量增強機制,現場產生了高達 100 分貝的駭人音量。據報導,這場展示讓觀眾如癡如醉,有時甚至感到有些恐懼。

## 幻想曲

貝爾實驗室的技術直接啟發了華特·迪士尼。1940年11月上映的動畫巨作《幻想曲》(Fantasia),成為影史上第一部採用立體聲放映的商業電影。迪士尼開發了名為 Fantasound的專利系統,其架構與卡內基示範相同:使用一卷獨立的底片承載四條光學音軌(三條傳輸左、中、右音訊,第四條承載三種不同頻率的控制音以自動調節前三者的動態音量)。儘管因二戰爆發與戲院設備改裝成本過高，Fantasound 在巡演兩個月後便被混音回單聲道發行,直到1956年才恢復立體聲。

## 寬銀幕時代

進入1950年代,為對抗日益普及的家用電視機,好萊塢片廠掀起了一場寬銀幕與多聲道格式的軍備競賽。1953年,Cinerama系統首度採用35毫米磁性膠卷進行多條分離音軌的錄音與混音,其驚人的包覆感震撼了紐約的觀眾。隨後,華納兄弟在3D電影《恐怖蠟像館》(House of Wax)中推出了 WarnerPhonic混合系統,麥可·陶德(Michael Todd)則開發了 Todd-AO 系統(使用 70 毫米膠卷配合高達六條磁性音軌);二十世紀福斯則推出了更具相容性的 CinemaScope 格式(四條磁性音軌)。在70毫米膠卷放映中,業界發展出哥倫比亞擴展(Columbia Spread)等偽立體聲技術,將左/中與右/中訊號混合,合成出額外的左/中與右/中聲道填補巨大銀幕的聲像空洞。

然而磁性音軌容易磨損且拷貝成本高昂。1977年,《星際大戰》的上映標誌著杜比(Dolby Stereo)的崛起。杜比實驗室巧妙地運用了授權自Sansui的QS四聲道矩陣編碼技術，將左中右與環繞四個離散聲道,相位編碼壓縮至標準35毫米膠卷的兩條傳統光學音軌中。這項技術革命性地降低了拷貝印製成本，使得非變形（Non-anamorphic）的標準寬銀幕電影也能具備立體環繞聲效。

美國Audio Fidelity Records公司，於1957年第一次將立體聲引入商業唱片領域，這是一個十分重要的里程碑。1957年可視為唱片錄音史上單聲道與立體聲的重要分水嶺，許多在1957年前便過世的音樂家，都因而很遺憾未能留下立體聲的錄音資料。此後在1960年代，大多數唱片公司都陸續放棄單聲道，全面性地轉向雙聲道立體聲錄音。雙聲道立體聲，至今仍是聆聽音樂的主流規格。

蝙蝠使用了耳朵和下巴來形成聲全息，蛇通過下巴，大象通過腳來獲取低頻聲音，可見，要獲得更全面的聲音應該具備至少三個通道來感知聲音，才能形成真正的立體聲音，這和立體視覺有些不同。

## 參閱

- 立體聲錄音技術
- 環繞聲
- 次低音揚聲器（立體聲的一部分）
- 四聲道
- 兩耳錄音（俗稱假人頭錄音）
- Hi-fi
- Joint stereo
- Stereographic projection
- Stereo photography
- Holophonics