Существуют три системы двухканального стереофонического воспроизведения звука. Самая простая из них называется системой АВ-стереофонии. Рассмотрим, как она работает и какое создает слуховое впечатление.
Представьте себе, что имеется два одинаковых микрофона, каждый из которых подключен к своему усилительному устройству с идентичными характеристиками, а нагрузкой этих усилительных устройств служат два одинаковых по параметрам громкоговорителя, по одному для каждого канала. Следовательно, каждый канал состоит из микрофона, усилительного устройства и громкоговорителя. Структурная схема такого устройства показана на рисунке 23.
Рис. 23. Структурные схемы АВ и MS систем стереофонического воспроизведения звука и диаграммы направленности микрофонов MS стереофонической системы.
Обозначим информацию левого канала буквой А, а правого - буквой В. Расположим микрофоны и громкоговорители на некотором расстоянии один от другого. Если теперь встать, например, около левого микрофона и начать в него говорить, то слушатель услышит ваш голос, исходящий в основном из левого громкоговорителя. Благодаря особенности человеческого слуха определять направление на источник звука (бинауральный эффект) мы четко зафиксируем направление звука, исходящего только из левого громкоговорителя. Если же затем перейти к правому микрофону, картина повторится, но с той разницей, что теперь звук будет слышен в основном только из правого громкоговорителя, и мы это вновь четко зафиксируем на слух. Такое четкое разграничение объясняется тем, что звуковые волны воздействуют в основном только на мембрану одного микрофона, а до другого доходят значительно ослабленными. Однако если источник звука расположить на равном расстоянии от обоих микрофонов, то и воздействие звуковых волн на них будет одинаковым и, следовательно, одинаковой будет громкость звучания обоих громкоговорителей, а это, в свою очередь, создаст слуховое впечатление, что источник звука находится на равном расстоянии от обоих громкоговорителей, то есть посередине между ними.
Одним из характерных эффектов стереофонического воспроизведения является слуховой эффект перемещения источника звука, сущность которого заключается в следующем. Расположим, например, источник звука вблизи правого микрофона. Тогда излучаемые им звуковые волны будут воздействовать в основном только на правый микрофон, и мы услышим звук, исходящий из правого громкоговорителя. Если теперь начать перемещать источник звука справа налево, то его воздействие на правый микрофон будет ослабевать, а на левый микрофон усиливаться. Соответственно громкость звучания правого громкоговорителя будет понижаться, а левого громкоговорителя увеличиваться. Когда это воздействие станет одинаковым на оба микрофона, то одинаковой будет и громкость звучания обоих громкоговорителей, а это, как мы говорили ранее, создаст слуховое впечатление, что источник звука находится посередине между громкоговорителями. Дальнейшее перемещение источника звука в том же направлении еще более ослабит воздействие звуковых волн на правый микрофон и усилит воздействие звуковых волн на левый микрофон. Когда же источник звука окажется вблизи левого микрофона, то его воздействие на этот микрофон будет максимальным, а на правый микрофон минимальным, и мы услышим звук, исходящий в основном из левого громкоговорителя. Следовательно, благодаря различию в громкости звучания громкоговорителей акустической системы стереофонического воспроизведения создается слуховое впечатление перемещения источника звука, возможное только при двух- или многоканальном воспроизведении.
В системе АВ-стереофонии используют, как правило, микрофоны с круговой характеристикой направленности, но иногда могут применяться и микрофоны с характеристикой направленности в виде кардиоиды. Расстояние между микрофонами обычно выбирают от 1 до 3 м. При слишком большом расстоянии между микрофонами неизбежно возникают «разрывы» в «звуковой картине», проявляющиеся в резком разграничении звучания правого и левого громкоговорителей и исчезновении звучания середины. При движении источника звука от одного микрофона к другому в «звуковой картине» появляются «скачки» громкости, что также влияет на целостность слухового восприятия. Наоборот, при слишком малом расстоянии между микрофонами стереофонический эффект исчезает и звук кажется исходящим только посередине между громкоговорителями. Поэтому расстояние между микрофонами в каждом конкретном случае подбирают опытным путем, исходя из вида программы, акустических особенностей помещения, количества исполнителей и т. п.
Системе АВ-стереофонического воспроизведения присущ один существенный недостаток, заключающийся в ослаблении громкости звучания источника звука, расположенного посередине между микрофонами. По этой же причине при движении источника звука может создаться впечатление «скачка» звука от одного громкоговорителя к другому. Ослабить это явление можно только соответствующим расположением микрофонов.
Этот недостаток отсутствует в другой системе - MS,- системе стереофонического воспроизведения, применяемой в радиовещании и профессиональной записи звука. Свое название эта система получила от первых букв двух немецких слов Mitte - середина и Seite - сторона. Система MS-стереофонического воспроизведения отличается от предыдущей системы тем, что в ней используют два различных по характеристикам направленности микрофона - один с круговой характеристикой направленности, а другой с характеристикой направленности в виде восьмерки. Иногда в этой системе стереофонического воспроизведения вместо микрофона с круговой характеристикой направленности применяют микрофон с характеристикой направленности в виде кардиоиды. В любом случае оба микрофона должны быть установлены на одной вертикальной оси, один под другим. Микрофон М (микрофон середины) с круговой или кардиоидной характеристикой направленности должен быть ориентирован своей акустической осью на середину звукового поля, а микрофон S (микрофон сторон) с характеристикой направленности в виде восьмерки ориентируют в том же направлении осью наименьшей чувствительности. Диаграммы направленности микрофонов для системы MS-стереофонического воспроизведения показаны на том же рисунке. Таким образом, в самих микрофонах уже производится разделение всей воспринимаемой информации на две составляющие: составляющую М, содержащую информацию обо всем звуковом поле, и составляющую S, содержащую информацию о сторонах звукового поля.
Превращение полученных таким способом звуковых сигналов в стереофонические происходит путем суммирования выходных напряжений микрофонов М и S для левого канала и вычитанием этих же напряжений для правого канала. А устройство, в котором происходит такое превращение, называется суммарно-разностным преобразователем (СРП). В простейшем случае в качестве суммарно-разностного преобразователя могут быть использованы два идентичных трансформатора, каждый из которых имеет по две одинаковых вторичных обмотки. Первичные обмотки этих трансформаторов подключают каждую к своему микрофону. По одной из вторичных обмоток каждого трансформатора включают таким образом, чтобы их витки были направлены в одном направлении, то есть конец одной обмотки должен быть соединен с началом другой обмотки. Тогда напряжения от обоих микрофонов будут суммироваться, и мы получим сигнал М+S. Другие вторичные обмотки каждого трансформатора включают наоборот, чтобы их витки были направлены в противоположные стороны, то есть конец одной обмотки должен быть соединен с концом другой обмотки. Тогда получаемое от них напряжение будет соответствовать разности сигналов М - S. Естественно, что при таком способе построения каналов стереофонического воспроизведения звука микрофоны должны быть определенным образом сфазированы. Структурная схема системы MS-стереофонического воспроизведения звука показана на том же рисунке внизу.
Основное требование, предъявляемое к любой системе стереофонического воспроизведения, является совместимость. Это означает, что стереофоническая передача информации о звуковом поле должна иметь возможность монофонического прослушивания. Наиболее просто это осуществляется в системе MS-стереофонического воспроизведения, где один из каналов (М+S) несет информацию обо всем звуковом поле. При стереофоническом радиовещании эту информацию передают на основной частоте радиостанции, а другую информацию (М - S) - на так называемой поднесущей частоте радиостанции. При таком построении стереофонического тракта передачи в стереофоническом воспроизведении можно слушать на специальном приемнике и те же передачи в монофоническом воспроизведении можно прослушивать на обычном радиовещательном приемнике. Конечно, для прослушивания передач в стереофоническом воспроизведении радиовещательный приемник должен иметь специальное устройство, называемое декодером, которое превращает суммарный и разностный сигналы в сигналы, соответствующие сигналам системы АВ-стереофонического воспроизведения. Дальнейшее их усиление и воспроизведение осуществляется точно так же, как в системе АВ-стереофонического воспроизведения. Совместимость информации в системе АВ-стереофонического воспроизведения достигается путем параллельного включения каналов А и В, конечно определенным образом сфазированных. В бытовой стереофонической записи звука применяется исключительно система АВ-стереофонического воспроизведения.
