聲音的傳播
大家可能都見過一塊石子落入池塘里時，激起的一圈圈向外擴(kuò)散的水波。其實(shí)聲音傳播的過程也和這個類似，只不過聲音是聲波在空氣中傳播。比如音叉的振動，當(dāng)音叉被敲擊的時候，音叉的齒反復(fù)震動，擠壓空氣就行成如圖1的聲波。當(dāng)音叉的兩個齒從音叉的中央位置向外運(yùn)動時，它們對音叉外圍的空氣分子造成擠壓；而當(dāng)兩個齒向內(nèi)運(yùn)動時，周圍的空氣就會變得非常稀疏。如此反復(fù)形成相對穩(wěn)定的狀態(tài)，這就呈現(xiàn)了音調(diào)。
在水塘中，離波動中心越遠(yuǎn)那么小石子引起的水波的波動的幅度就會越小。在聲音的傳播過程中也是一樣的，當(dāng)聲音像水波一樣在空間中逐漸傳播開時，距離聲源越遠(yuǎn)聲音的能量就越小。這樣的規(guī)律被稱為“平方反比定律”。而我們在這里提到的聲源其實(shí)被稱做“點(diǎn)聲源”（指的是無窮小，向四面八方傳播沒有方向性的聲源），只是想把它做為一個小的模型，真實(shí)世界的情況要復(fù)雜的多。
當(dāng)然聲音的傳播是要一個介質(zhì)的，就象水波要在水中傳播一樣。相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)證明在外太空的真實(shí)環(huán)境里不存在傳播的介質(zhì)（這就是現(xiàn)在很多科幻題材的電影在涉及到茫茫宇宙的場景鏡頭時，總是寂靜無聲的）。在現(xiàn)實(shí)生活中，我們接觸最多的當(dāng)然是聲音在空氣以及固體中的傳播。
聲音的速度
聲音的速度是常溫下340米每秒，這是個大家都熟悉的定理。但是其在不同介質(zhì)中傳播速度是不同的，在密度大的介質(zhì)里傳播的就更快。因此聲音在水中的傳播速度就比在空氣中要快，而在鋼鐵中就比在水中又快一些。這就是為什么很多人爬在鐵軌上去聽是否有火車鄰近的原因。當(dāng)然光的速度是要比聲音快很多倍，這樣以來，實(shí)際生活中的聲音其實(shí)是和畫面不同步的。但是在電影的世界里，我們已經(jīng)習(xí)慣了一種定勢，那就是聲音與畫面保持準(zhǔn)確的同步，除非故事中有情節(jié)的特別需要。
這就是為什么電影院的觀眾席和屏幕之間有嚴(yán)格的距離要求，更甚至印制影片標(biāo)準(zhǔn)拷貝時所有拷貝的聲音都被提前了一格，這樣才可能保證在影院重放時觀眾觀影的聲畫同步。
振幅、波長和頻率
我們來看圖，波峰到虛線之間的距離，也就是空氣被擠壓的壓力，被稱為振幅，也叫音量、響度、或者聲強(qiáng)。當(dāng)然在專業(yè)的聲音錄音制作領(lǐng)域，我們常叫它電平，這個詞在以后的文章中我們還要多次接觸。那么聲音在大氣壓力作用下的相對變化就被稱為聲壓，雖然由聲壓的擠壓和釋放引起的變化微不足道，但它很容易被傳聲器也就是麥克風(fēng)所捕捉到。如下圖所示：
圖一
從一個波峰經(jīng)過一個波谷之后再到另一個波峰的長度被稱為波長(也就是圖一中那條波浪線在經(jīng)過一個峰和一個谷的長度)。它與振幅是互不相擾的。但是它與頻率有很重要的聯(lián)系。
聲音的頻率在聲音制作領(lǐng)域是非常重要的一個定義，指的是每秒鐘聲波發(fā)生的次數(shù)。其單位是赫茲簡寫Hz。聲音的頻率和波長成反比關(guān)系，也就是頻率=聲速/波長。也就是說頻率越高，那么聲音的波長就越短，頻率越低，那么波長就越長。從人耳的接收范圍來看，主要的可聽范圍是20Hz-20KHz，這也是一個很有名的理論。當(dāng)今的音頻數(shù)字化也是借助了它，比如mp3就是利用這個范圍來壓縮節(jié)省數(shù)據(jù)空間。還有很多設(shè)備上也會標(biāo)有響應(yīng)頻率的范圍也是和這個有關(guān)，比如高檔的監(jiān)聽耳機(jī)，就會標(biāo)到20Hz-20KHz或者如15KHz-25KHz這樣更大的范圍（這會在以后的設(shè)備和心理聲學(xué)方面的文章詳細(xì)介紹），我們經(jīng)常用的家用耳塞或者耳機(jī)也一般是在這個頻率范圍內(nèi)，所以有的便宜的耳機(jī)聲音就相對要狹窄的多，就是這個原因。而且，主要頻率范圍內(nèi)的聲音具有很強(qiáng)的感染力。低于20Hz的低頻聲音就是次聲頻率，一般在12Hz的頻率加上非常高的振幅時，就會產(chǎn)生人們的惡心嘔吐。但不用擔(dān)心，這個是不可能在電影或者音樂中出現(xiàn)的。電影制作中的5.1聲道中的.1就是低音通道，為了加重低音效果，比如地震時的聲音，這些聲音往往都會很低接近20Hz。
對稱的來看，高于20KHz的聲音就叫做超聲波，其實(shí)有些年輕人可以聽到高于20KHz的聲音，但是普遍來說20KHz為一個人耳接受的上限。
聲音輻射的模式以及聲音在空氣中的被吸收
一個發(fā)聲物體，比如講話或者樂器，它的聲音不會只向一個方向集中發(fā)散。這就涉及到它向不同方向發(fā)散的指向性。從理論角度來講，真正的“高保真”音樂的錄制應(yīng)該是這樣：比如錄小提琴，我們用很多個話筒對準(zhǔn)它的所有可能指向的方向，然后用多軌的設(shè)備將它的聲音錄下來，最后，再用這么多個音箱放在不同方向去重放，如此能得到最接近原始聲音的效果，但是這樣以來，整個樂團(tuán)有該怎么去錄呢？自然，理論的方法是無法行的通的，所以有經(jīng)驗(yàn)的錄音工程師就會找到樂器或者演員的發(fā)聲的主要指向性（指主要人耳感覺頻率段的傳播方向，以后的文章會講到）然后用一只或者兩只話筒去拾取聲音，比如講話者頭部上方與水平線成45度角的位置上就是個很不錯的拾音點(diǎn)，很多時候劇組的錄音師都會選擇這個位置（在不入鏡頭的情況下）。但當(dāng)有時話筒朝向演員的嘴以下時，由于比較接近胸部，所以錄下來的聲音會多一些“隆隆”聲和胸腔的共振，也就是低頻相對突出了。
聲音在空氣中的傳播不是持續(xù)不變的，空氣還要吸收一部分的聲音能量，所以聲音發(fā)出之后隨著距離的改變，會變的不一樣?？諝鈱β曇舻奈罩饕性诟哳l，這個大家都會有生活中的體會，夏天的雷雨天氣，從遠(yuǎn)處傳來的雷電聲總是“渾濁”和“厚重“的，但越靠近雷電發(fā)生的地區(qū)，聲音就會更多一些高音。這就是因?yàn)檫h(yuǎn)處傳來的雷電聲的高頻被空氣吸收了。這點(diǎn)在制作影片的聲音時，經(jīng)常被用到，以模擬現(xiàn)實(shí)生活中的情況。比如電影《兄弟連》中，經(jīng)常會有一段美國大兵的對白，伴隨著從遠(yuǎn)處傳來的低沉的轟隆隆的炮火聲。做到這點(diǎn)也并不難，其實(shí)就是在后期制作的時候?qū)⑴诨鹇曇舻乃夭脑跀?shù)字音頻軟件或者工作站中，切去了部分的高頻。
到這里，我們已經(jīng)講解了聲音的傳播和聲音頻率波長等多方面的基礎(chǔ)問題，希望大家能有所熟悉，看完文章后能對日常生活中的聲音多一層了解，多一點(diǎn)分析。在下一篇文章中，我們將繼續(xù)講解聲音的原理，包括聲音的反射和衍射（關(guān)系到話筒的使用還有為立體聲的音箱正確的擺放等原理）以及室內(nèi)的聲音傳播，比如混響的具體解析（在學(xué)習(xí)之后會對混響有深入了解方便以后自己動手運(yùn)用設(shè)備或者軟件制作你心目中的聲場環(huán)境效果）以及吸聲設(shè)計(jì)的錄音棚（現(xiàn)代影視和音樂錄音中大量使用）等的具體原理。
如何在一個鏡頭出現(xiàn)的時候安排適合這個場景的聲音環(huán)境，如何為一段音樂的演奏選擇合適的空間。這些都是在制作聲音的過程中要遇到的基本問題。那么如何去制作它們呢？經(jīng)過這一篇講解之后，大家將會從理論上理解這些問題，并掌握在制作過程中所需要的客觀聲音原理。
聲音的反射
當(dāng)一道光線從某個角度發(fā)射到平面鏡上后會按照一定的規(guī)律反射出去，聲音也是同樣如此。如圖一，當(dāng)聲音傳播到一個光滑墻體表面時，發(fā)生了反射，入射角等于反射角，那么站在另一頭的聽音者就能聽到反射來的聲音。好象是從墻里有個發(fā)聲體發(fā)出聲音。如下圖所示：
圖二
這樣，這種拋物面形的反射物將入射的聲束沿著拋物線軸匯聚到其焦點(diǎn)上，這種拋物反射原理，已被應(yīng)用在一類專業(yè)話筒上，這類話筒的功能就是能夠拾取某一方向上的聲音。當(dāng)話筒的拾音部分被放在拋物面的焦點(diǎn)位置時，所有傳入拋物面的聲波都會聚集到話筒上，這樣自然就加強(qiáng)了對某個方向聲音的拾取，而且對高頻很有效果。如下圖所示：
圖三
在電影電視的錄制中經(jīng)常要用到這類話筒，例如電影《鳥遷徙》，這部電影以它優(yōu)美的畫面而聞名于眾，但是它的聲音制作也非常出色，那些翱翔在空中的白鷺還有它們?？吭跇渖疑习l(fā)出的啼聲，這一切的錄音都要得益于這類話筒。另外還比如球賽轉(zhuǎn)播，NBA的球賽轉(zhuǎn)播是很優(yōu)秀的，這其中運(yùn)用了最主要的技術(shù)就是包括這類話筒，球員在場中的拍球聲，雙方球員的喊話身和急促的腳步聲，都是用這類話筒進(jìn)行收音的，而且由于高頻突出會讓人感覺到距離比較近，然后再結(jié)合其他話筒在場地中的拾取例如觀眾席的聲音等，最后混合起來呈現(xiàn)出如靈其境的感覺。在這里，拋物面話筒提供的是近距離動作的聲音效果，而其它話筒提供的則是環(huán)境背景聲音。應(yīng)該注意到，這種效果利用了“高頻聲音使觀眾感覺物體距離更近”的原理，這點(diǎn)是結(jié)合了上一篇中介紹的聲音隨著距離增大，高頻被吸收掉的原理。
還有一個不得不提的概念就是聲音的漫反射，就好比一面凹凸不平的毛玻璃，不可能反射出光線或者物象一樣，表面凹凸不平構(gòu)造的墻體也似的聲波擴(kuò)散開來，這點(diǎn)是很重要的聲學(xué)結(jié)構(gòu)，很多電影院，錄音棚都采用這樣的墻體表面設(shè)計(jì)，來減輕室內(nèi)聲音的反射，讓觀眾更容易分辨出從擴(kuò)聲器方向傳來的聲音。
聲音的衍射
生活中總是會有這樣的現(xiàn)象，聽到從角落里傳來的聲音，卻看不到角落里被障礙物所擋住的物體。這就是因?yàn)槁曇舻难苌?。聲波在房間的屋角流動時，類似于水平流動的水波遇到有缺口的擋水板時的情形。在缺口的另一邊，聲波又從缺口處發(fā)散開來。如圖三。發(fā)生了衍射的區(qū)域，被稱為“聲學(xué)陰影區(qū)”，這個區(qū)域中的聲音不像一般直接的、沒有經(jīng)過衍射的聲音那樣清晰可辨，但它卻還是人耳聽得到的。如下圖所示：
圖四
聲音的衍射，特別是我們?nèi)粘Ｉ钪械慕?jīng)驗(yàn)，對影視后期制作起了很大影響。電影中很多場景中，發(fā)生的事情只是用一段聲音來表現(xiàn)，這也是最簡單的畫外音形式。這樣以來，使得鏡頭的表現(xiàn)不那么死板，也讓鏡頭背后的敘事更顯高明。我們的視覺世界永遠(yuǎn)都只是眼前的一片天地，而耳朵卻能為我們帶來四面八方的信息，這個信息通過聲音在人腦中形成空間的再塑造，也因此，環(huán)繞聲系統(tǒng)誕生了。這樣放送的聲音將觀眾包圍在里面。這也是基于衍射過程中視覺和聽覺的差異而產(chǎn)生的。
多普勒效應(yīng)
這種現(xiàn)象是1842年奧地利物理學(xué)家多普勒發(fā)現(xiàn)并論證的，他提出當(dāng)發(fā)聲體接近一個觀測點(diǎn)時，人們會發(fā)現(xiàn)聲波被發(fā)聲體自身的速度“擠壓”在了一起，當(dāng)發(fā)聲體向遠(yuǎn)處后退時，聲波就會發(fā)散開來。當(dāng)聲波被“擠壓”時，就會出現(xiàn)高頻音被提升的現(xiàn)象，反過來聲音發(fā)散時，就會有聲音變低沉的感覺。為了客觀證明這個論點(diǎn)，當(dāng)年人們在一個火車站做了實(shí)驗(yàn)。讓15個小號手站在火車上持續(xù)的吹一個相同的長音，當(dāng)火車經(jīng)過火車站時，站上的人們聽到的音調(diào)比這個長音要高，而當(dāng)火車駛離車站時，人們又聽到了比真實(shí)聲音低的音調(diào)。這個理論在當(dāng)今的影視后期聲音制作中被大量的運(yùn)用，電影中古代武士射出的飛箭一瞬間從耳邊穿梭而過，還有驚險題材影片中疾馳而過的汽車劃過鏡頭給人巨大沖擊力的效果都是利用了多普勒效應(yīng)。而經(jīng)過以后的相關(guān)軟件學(xué)習(xí)之后，大家在家中的電腦上也能通過軟件完成這一效果。比如制作以上提到的汽車疾馳而過的效果，就可以將一段汽車平穩(wěn)行駛時的聲音，經(jīng)過軟件音頻工作站中的頻率修改工具（后文將詳細(xì)講解，一般有濾波器和均衡器）進(jìn)行不同時間對高頻和低頻的提升就可完成，而且能夠制作出很多種汽車駛過的效果聲音。
室內(nèi)聲學(xué)
這部分內(nèi)容也是客觀聲音特性的最后一部分內(nèi)容，當(dāng)然也是應(yīng)用最廣泛的原理之一。
室內(nèi)聲學(xué)對于聲音制作至關(guān)重要，前期錄音的材料有時候要進(jìn)行修改，甚至要后期補(bǔ)錄，環(huán)境方面的信息就全靠這室內(nèi)聲學(xué)做為理論基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)。
大至的來說，室外開闊的地方被稱為自由聲場，因?yàn)樵谶@樣的場地中，發(fā)出的聲音，就向遠(yuǎn)處傳播而不會被什么障礙物反射回來，聲音是自由傳播開的。而在室內(nèi)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不同了，墻壁對聲音是有發(fā)射的，那么聲音就會在一間房子里四面碰壁，所以在房間中聽到的聲音就和室外有本質(zhì)的區(qū)別。下面我們就來詳細(xì)介紹一下室內(nèi)聲學(xué)以及混響。
很多朋友也許都留意到了，日常生活中，每一類的房間都有它特定的環(huán)境信息，比如小的房間里聽到的聲音和在大教堂里聽到的聲音是不同的，它們各自有自己的身學(xué)特點(diǎn)。用專業(yè)詞來說就是聲場不同，混響類別不同。那么聲音是怎樣在室外傳播的呢？
聲音在房間內(nèi)的傳播可分為三部分：
1、直達(dá)聲
2、前期發(fā)射聲
3、混響聲
在一個房間中，發(fā)聲物發(fā)出聲音，如果一個聽音者在臨界距離之內(nèi)（解釋見后文），最先聽到的聲音就是直達(dá)聲，這是發(fā)聲物發(fā)出的聲音直接通過空氣傳播而來的。隨后而來的聲音就是前期發(fā)射聲，前期發(fā)射聲就是聲音經(jīng)過房間墻壁的反射然后傳播到了聽音者的耳朵里，這也是人耳對房間大小判斷的重要信息。如果房間小，前期發(fā)射聲就會緊跟著直達(dá)聲使得聲音會有一定的增強(qiáng)，如果房間大，那么前期發(fā)射聲就會來的很遲，時間長了就會很明顯，好象發(fā)聲物體第二次發(fā)出同樣的聲音，就形成了回聲，這就證明房間非常的空曠非常的大。注意分析的話，大家都能從生活中找到類似的經(jīng)驗(yàn)。在這個發(fā)射的過程之后，房間內(nèi)聲場就會達(dá)到一種聲能上的平衡。這就提出了臨界距離的概念，當(dāng)聽音人離開發(fā)聲物體一定距離，超過了這個臨界線，那么傳來的直達(dá)聲就會很晚，而這時候，聽音者主要聽到的就是均勻的混響聲，這個聲音大家應(yīng)該不陌生，做在音樂廳或者大禮堂的后排的觀眾聽到的那種渾濁不清的聲音就是混響聲，因?yàn)樵谶@個區(qū)域聲音能量平衡了，聽音者根本就分不清聲音傳來的方向。當(dāng)發(fā)聲體突然停止發(fā)聲時，聽音者這里的聲音也經(jīng)過一段時間才能停止，那么這個時間就是混響時間，經(jīng)常聽古典音樂cd的朋友對這個聲音應(yīng)該很熟悉，當(dāng)樂隊(duì)突然切分，停止演奏時，就會有一段時間混響聲才能停下來，這也是對房間環(huán)境聲場定義的一個重要信息。
在影視聲音的后期制作中，混響器是被大量使用的，混響器中的主要參數(shù)也不外乎以上這三大類，通過這些參數(shù)的調(diào)節(jié)我們就能再造一個聲音環(huán)境，而這一切都是通過以上理論重新虛擬出來的。這一點(diǎn)在以后的制作講解中也會非常重要。最后要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，混響聲和回聲是完全不同的兩個聲音。如果一個旅游者在大峽谷中呼喊，就會有“喂。。。。。。。。。。。。。。喂。。。。。。。。。。。。。。。。喂。。。。。。。。。。。。?！钡囊宦暵暤幕厥幵谏焦戎g的聲音，這就是回聲，這個在后期制作中可以通過延遲器加工出來。而在大的廳堂中，發(fā)聲者大喊一聲，聽到的則是個均勻的混響聲這個聲音是和回聲很不同的。很多朋友都不能正確的分辨這兩個定義。在這次的介紹之后希望能夠有所了解。
寫到這里，可以說主要的客觀聲音理論就已經(jīng)介紹完了，這又為我們在后期中得心應(yīng)手的制作聲音奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不過有句中國的古老名言“仁者心動”，在這里可是大有作為，人對聲音的接受是大有主觀因素在里面的。我們以上所介紹的只不過是客觀世界中物理的聲音特性。但是最終把聲音錄制合成后聽眾來聽的，讓觀眾把它當(dāng)作真實(shí)的聲音去接受就要考慮到人的主觀心理因素。
