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浅谈MS制与双MS制拾音
时间:2016-12-02 11:29:55   来源:尚科臣

    【中国演艺科技网讯】随着5.1环绕立体声的普及,受众对视听效果的追求也越来越高,越来越多的人更重视声音在电影、电视以及其他多媒体系统中的地位,因此这就要求音频创作者、艺术家们不断创造出更加逼真、更具临场感的声音效果。在日趋成熟的环绕声技术中,如何运用最简单的系统实现最佳的声音效果成为各大影视制作公司、电视台在制作节目中首要考虑的问题。由此,探索MS制立体声拾音和双MS制5.1声道环绕声拾音,研究运用最少的传声器录制环绕声。

    1 MS录音制式的由来

    MS制式作为一种立体声录音制式,在XY、AB等立体声录音技术出现的同时出现。在MS制式名称中,“M”即“mid”,中间;“S”即“side”,旁边。这就很清楚地表达了这一制式的特点。从传声器指向特性考虑,是1支8字形指向“S”传声器和1支其他指向“M”传声器的膜片上下重合而组成,多使用心形指向传声器作为M信号传声器。因为2支传声器膜片上下重合,声源到达2支传声器的时间可视为相等,因此是一种强度差的拾音制式,如图1所示。

    MS录音制式是由英国EMI公司的工程师阿兰·布鲁雷恩(Alan Dower Blumlein于1933年发明的,并且应用在最早的立体声录音当中。他是立体声技术的先驱和奠基人,另一个大家都耳熟能详的发明,就是Blumlein立体声录音制式。

    2 MS制立体声拾音原理

    MS制式是一种强度差拾音制式,由于传声器指向性的影响,每支传声器收到来自同一点声源传播过来的声压时,输出的电平大小会不同。M传声器以采用心形指向为例,声源处于M传声器正前方的主轴处,声音最为敏感;随着声源位置的改变,M传声器的灵敏度逐渐下降,在声源处于传声器背面位于主轴180°的位置时,M传声器最不敏感。S传声器在MS制式的摆放方式中,与M传声器的主轴垂直。当声源处于心形传声器的主轴位置时,相对S传声器来说处于其主轴90°位置的离轴状态,因而输出的电平最小。当声源偏离传声器组中轴位置,因受传声器指向性的影响,M传声器、S传声器输出的电平随声源位置的改变而变化。

    但需要注意,当声源偏离传声器组中轴位置,声压抵达S传声器正向膜片的一面时,传声器输出端呈现正电压;若声源偏向传声器反面膜片时,传声器输出端呈现负电压。由此可知,不论S传声器的正面还是反面朝向声源,输出电平的大小是一致的,但是信号的极性是相反的。因此,假设MS传声器组拾取一个点声源,声源处于传声器组中轴位置,M传声器处于最敏感的主轴位置,S传声器则处于离轴状态,两者信号经过矩阵处理输出到左右两声道的电平是平衡的。所以回放时的幻像声源处于正中位置。

    当点声源的位置偏离中轴时,虽然M传声器的灵敏度相对中轴位置有所下降,输出电平下降,但S传声器的灵敏度增加,输出电平增加。在还原立体声时,经矩阵处理后的传声器信号电平会随声源位置的变化而反映在左右两个声道间电平的差异上。

    经过原理分析,M传声器与S传声器的信号叠加以后,产生一对相互加强或抵消的声音,因此原先的2支传声器叠加在一起后形成了新的指向,类似于XY制式的图形。但是与XY方式不同的是,在后期调整时,通过改变M传声器与S传声器电平信号的大小比例,可以调整立体声的拾音范围角度。

    若M传声器采用其他指向性,传声器组的整体指向性会改变,如图2所示,但基本拾音原理是一样的。选用不同指向性的M传声器与S传声器组成MS制式,同样可以改变拾音范围,也就是改变了合成出的传声器组的指向性。M传声器的指向性越强,合成的传声器组虚拟指向性就越强。而确定MS制式的有效拾音范围角度的原因是两个:一是M传声器与S传声器信号电平的比例大小,即M/S的大小,M/S越大(M传声器信号越大),有效拾音角度范围越大,反之有效拾音角度范围越小;第二,M传声器指向性越向全指靠近(即8字形→心形→全指),有效拾音范围角度越大,反之越小,这是因为改变了M传声器相对于S传声器在声源入射角度不同时的灵敏度特性造成的。在M传声器指向性一定时,改变M传声器在传声器组中的电平比例大小的情况下(相当于改变M传声器的灵敏度),M传声器与S传声器的指向特性极坐标图形相同灵敏度的位置(即图2中两者图形的相交点)会改变,而MS制式的有效拾音角度正是基于这两点的角度位置决定的,所以改变M/S电平比例会改变MS制式的有效拾音范围。当M传声器电平大小一定时,改变M传声器指向性的情况下,同样M传声器与S传声器的指向特性极坐标图形相同灵敏度的位置点会改变,M传声器指向性越向全指靠近,两者指向特性极坐标图交点与坐标原点连线间角度越大,反之越小,所以改变M传声器的指向性同样会改变MS制式的有效拾音范围(有关这方面内容及使用不同指向性的M传声器对叠加后传声器组指向性改变的研究,在1981年Les Stuck写给《db》杂志社的信中有详细论述)。

    以上分析仅仅是在理想模型下基于理论的分析,目的是更好地说明MS制式的拾音特点。在实际的情况中,因受传声器自身特性、声源特性、空间特性等因素的影响,结果往往与理论有些许偏差。如一般传声器的指向性极坐标图往往是基于1 kHz测量的,而在不同频率下传声器的指向性极坐标图是不同的。整体MS传声器组的有效拾音范围会随声源频率的特性受到影响,但总体方向是一定的。更好地研究理论原理,是为用理论指导实践,更好地服务于录音实践,并验证理论。

    3 MS制式立体声拾音的特点

    MS录音方式正如前文所述是一种强度差方式,而人脑对声音方向定位的主要条件之一就是强度差,因此有其优势。

    (1)相对于AB、XY制式,MS的2支传声器所用型号不用严格一致,这有利于传声器配对,但不同品牌不同型号传声器频响曲线不尽相同,配对时尽量选择频响平直或相类似的传声器使用,避免后期制作出现问题。
    (2)在前期录音工作结束后,针对立体声的宽度问题,MS制式可以任意调整。但其他录音方法只能通过前期录音调整,这样就为录音师提供了更多的制作空间与灵活性。
    (3)强度差式拾音有着非常好的单声道兼容性,可以说MS是所有立体声录音制式里单声道兼容性最好的一种,仅需提取M传声器的信号便是单声道了。相对于XY方式,2支传声器交叉后指向声源方向,在缩混单声道时,2支传声器对中央声源的拾取始终处于离轴状态,原始频响改变。传声器间夹角越大,这种现象越明显,而离轴位置的频率响应与主轴并非相同,这样就造成了声音的染色失真。而MS制式可以避免上述问题。

    当然MS制式也存在不足,Ceoen和Griesinger于1972年和1987年发表观点认为,MS方式缺乏温暖感、空间感和亲切感;Griesinger还认为,通过均衡处理可以增加其空间感。其另一缺点是后期处理合成两个声道不如其他方式那样直接、简便。

    4 双MS制与环绕声录音

    4.1 双MS制式的组成及摆放模式

    根据前面章节可知,MS制式录音的原理就是利用了声源辐射到传声器组的不同角度而形成强弱差异信号的一种录音制式。双MS是在一组MS的基础上,再加入1支M传声器。指向前方的M传声器与S传声器可以生成前方的L、R信号;指向后方的M传声器与S传声器可以生成后方的Ls、Rs信号;前方的M传声器信号可以直接馈送到中置声道中。由于没有时差,因此有很好的立体声和单声道兼容性。更为方便的是,后期可以分别调整M传声器与S传声器的电平比,自由地调整环绕声场的宽度,这也是其他录音制式不能比的。在如今的环绕声节目制作中,现场同期录制环绕声受到很多因素的制约,尤其是配合画面的节目,更是要求传声器尽可能少地出现在画面中。在诸多环绕声录音制式中,双MS制式以组成传声器数量少、占用体积小、后期灵活性高、单声道兼容性极佳的优势而凸显出来。

    双MS制式有两种摆放的模式。

    (1)S传声器摆在2支膜片轴向相反的心形M传声器中间,上下重叠。此类型适合在需要做立体声、单声道信号兼容时使用,因为在空间内传声器组处几乎可以看作一个点,不存在信号间的时间差。因此在向下做兼容合并声道时,拾取的声音在叠加时不会出现梳状滤波现象而造成声音的染色失真。
    (2)采用两对MS传声器组,一组向前,一组向后,中间间隔一定距离摆放。此种类型可营造更佳的空间感,因为两对传声器组间存在一定距离,会造成一定时间差。注意在做向下兼容合并处理时应当谨慎使用。两对传声器组的间距通常由所在空间的环境大小决定。一般来说,要拾取更清晰的前方声场,前方传声器组以房间混响半径为参考点,在其之内摆放;后方传声器组应在混响半径之外摆放,这样后方传声器组可以营造更真实的后方声场,拾取到更多混响与反射声,同时不至于让前后方声场脱节或没有分离感(在户外的环绕声拾音可以不受此拘束,传声器组间距大小以还原出的环绕声前后声场无明显分离感为限)。

    4.2 双MS制式的应用案例

    笔者使用3支传声器的双MS制式进行交响音乐会5.1声道环绕声的录音。录音设备使用RME fireface800音频接口以及安装有Pro tools软件的电脑音频工作站;传声器采用2支Neumann U87Ai(切换到心形指向,一支指向舞台,另一支指向观众席)和1支AKG 414 XLS,(切换到8字形指向,指向音乐厅两侧),如图3所示。传声器组摆放在指挥后2 m~3 m为宜,高度以舞台为参考调整在3 m~4 m为宜。实际水平距离及高度以音乐会具体内容、乐队规模而确定,过高使传声器距离乐队过远导致声音浑浊;过低会拾取到过多乐队前方的乐器声,造成整体声场不均衡。调整传声器组中轴所指的位置,使之下俯正指乐队的中央位置;同时调整S传声器与2支M传声器的相对位置,使3支传声器的法线相重合。

    传声器安装完毕后,检查录音输入通路,打开录音软件开启3个单声道轨,要根据实际需要设置相应采样率以及量化精度。一般可按标准CD格式要求,采用44.1 kHz、16 bit进行录制。在正式演出开始之前,要求乐队演奏全场最激烈的音乐部分,调整每支传声器的增益,使软件显示的最高输入电平位于-12 dBFS左右,这样确保在正式演出时留有足够的动态裕量;调整好后不应随意更改增益设置。

    5 双MS制信号的缩混

    在录制结束之后,按照国际电信联盟推荐的方式布置监听扬声器的摆位(见图4),将所录制的素材导入音频工作站,制作出5.1声道的音频信号,详细方法如下。

    第一步,笔者利用工作站软件Adobe Audition,将前方M信号与S信号叠加,形成前方3个声道。使用音频工作站的方式相比较传统的矩阵电路有低噪声、调整自由等优势。方法是导入M传声器信号,声像LR处于0的位置,即左右声道电平相等。第二步,新建声轨导入S信号,将S信号声像调整到录音时膜片正向所指方向的100%。第三步,新建一轨导入S信号,反相处理(某些音频工作站进行插入效果器操作后的音轨会有延迟,当出现此种情况时可先渲染需要处理的轨道或者冻结轨道然后再进行下一步操作),再调整声像到另一方向的100%。至于中央声道,可以直接将前方M声道分配即可。左中右声道解码原理见图5。后方声场信号的制作与前方类似,采用后方的M传声器与S传声器相叠加,还原出Ls与Rs声道。在此不再赘述。

    仔细调整各个传声器信号的电平大小,位于极左极右的+S和-S信号电平始终严格保持一致。调整M信号与S信号的比例使得整体环绕声声场宽度合适。经过多位专业老师与录音专业的同学分别审听认为,双MS制拾音所录作品,环绕声声场宽阔、声像定位准确,空间感良好;无论是弦乐声部,还是木管、铜管、打击等声部,细节都较为细腻。另外,真实现场同期录制的环绕声与通过录音棚分轨录音加后期声像调整方式生成的虚拟环绕声声场相比,从主观听感上说,不论从定位、乐器分离度、细腻程度、整体临场感和空间感都应该是更上一层楼。

    节选自《演艺科技》2016年第十一期尚科臣《浅谈MS制与双MS制拾音》。转载请标记演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

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