声音在传播过程中所受的影响

9.声音在传播过程中所受的影响

到目前为止，我们所谈的还完全是抽象意义上的声音传播。在讨论的过程中，我们一直假设各种声源及琴弦的振动是在一个“自由声场”内传播的，而没有把空间中的物体考虑进去，但在客观世界中，声源的实际情况要比这复杂得多。在声音被人耳或传声器接受之前，有可能受到许多其它因素的影响。这些影响包括对声音的吸收、反射、衍射、折射、相长或相消干涉以及多普勒效应（Doppler shift）等。以上大部分的影响在影视作品的声音中都会出现。

1）声源辐射的模式

之所以会出现“声源辐射的模式”（Source radiation pattern）的问题，主要是因为声源自身的复杂性所致。这种复杂性我们称其为辐射强度（radiation intensity）。大多数声源在各个方向上的辐射并不完全相同，它们往往会有一定的指向性，而指向性也常常会随着频率的不同而改变。大多数声源的基波会向着一个方向辐射，而其中一些谐波则会向着另一个方向辐射，另外还有一部分谐波可能会向第三个方向辐射。了解这一点非常重要，因为如果声源在不同的频率指向性有所不同，那么我们在拾音时应该把话筒放在声源的哪个方向上拾取声音呢，也就是说哪个位置才是“正确”的呢？人们必然会选择比较适合传声器拾取到最佳声源声音的位置。

因此，可以说如果我们不从实际情况出发，则可以假设在一支单簧管声源的辐射范围之内等距设置一组话筒来拾取基波和各次谐波发出的声音，然后再将各路声音与多轨录音机相连接，把每一个传声器拾取的声音信号分别录制到每一个声道上，此后，再将一组扬声器连接到多轨录音机上，并将每个扬声器都放在传声器拾音时的位置上，使其还音位置与声源辐射声音位置相同。通过这个系统，可以把声源发出声音的所有细节全部记录下来，尤其可以把声源辐射声音时复杂的指向性照实还原。假设我们已经把如何拾取单簧管声音的全过程阐述清楚了，但我们仅仅录制完成了一个假想管弦乐队中的一件乐器。下面可以继续讨论管弦乐队中的另一件乐器——长笛……很快你就可以看到，这个单纯用来还原声音的系统完全崩溃的样子。利用上千个传声器、声道以及扬声器，的确可以将管弦乐队中各种乐器的声音“高保真”地还原出来，但这种做法极其不切实际。因此，从来没有人会去尝试。

在录制声音过程中，有一个基础的理论性问题，即没有任何拾音系统可以把声源的空间复杂性特点完全记录下来，无论经验多么丰富的录音师、话筒员还是录音工程师都只可能选择一个或几个传声器的位置来表现（represent）整个声源，而这样做并不需要任何特殊的声明。在影视作品的制作过程中，这种做法相当常见。虽然对于专业人士而言，这种做法的表达方式有些不同。传声器拾音技术的发展，已经使拾取多种声音表现方式的想法成为可能，这将在第4章里进行详细的阐述。在这里，首先应该理解的是，传声器技术的选择主要是由声源，特别是声源的传播强度决定的。

当然，在影视作品中最主要的声源还是人类的语言声。像管弦乐队中的乐器一样，电影中讲话的人所发出的不同频率的声音也是向不同方向传播的。因此，这就是为什么用同样的传声器，在与声源同样的距离，只是在围绕声源的角度位置不同时，所录制的声音听起来却不一样的原因。一般来讲，在讲话者头部上方所拾取到的声音是最佳的，其准确位置是在头部前上方与水平线成45度夹角的位置上，这个位置被称为“吊杆话筒位置”（boom mike），这实际上是指吊话筒的装置的位置，而非话筒本身的位置。在许多情况下，这种放置话筒的方法会引发一些争论，争论的主要内容是这样放置话筒是否合适，以便使摄影师在拍摄时尽量避免把话筒带入画面里，同时，也避免把话筒杆的影子带到画面里。此外，有经验的录音师都知道，在拾音时将话筒放在被拾音者头部的前上方，这样获得的声音最为自然，在这个位置拾取的声音要比在其它位置拾取的声音效果更好。举例来说，当我们为了不使话筒入画，而将其放置在演员的嘴部下方时，这时的拾音位置比较接近演员的胸部，所拾取的声音就会有些“隆隆”声和胸腔的共振声，这种现象往往是由声音在人体内部的传播而引起的。

2）吸声

由于声波在传播的过程中会与空间的墙壁以及空气进行接触和碰撞，因此，在此过程中有一部分声能会转化成为热能——即吸声（absorption）现象。声音首先被空气所吸收，这一阶段空气所吸收的主要是短波（也就是说主要吸收的是高频率的声音）。这个原理可以用来解释声音传播到较远距离时，往往会变得比较“浑浊”和“厚重”（bassy）的现象。此现象在室内通常不是非常明显，在室外则较为显著。由于空气的吸声使远方“炮火声”中的高频部分非常不明显，而低频则极其厚重。这种效果被很好的用在影片《现代启示录》（Apocalypse Now）里面的一些丛林的场景中。影片在表现丛林的环境时，观众除了可以听到丛林中一些平常的声音之外，还可以听到一种低频的“隆隆”声，这种声音让我们想起了在影片的前一部分曾经出现过的远处的“B52”的轰鸣声，正如剧本所描写的；

日，外，小船上

远处传来一声低沉而巨大的隆隆声。

厨师（CHEF）：嗨！那是什么声音？

威拉德上尉（CAPT.WILLARD）：（用平静的声音说）是弧光灯吧。另一个士兵：什么？怎么了？

威拉德上尉（CAPT.WILLARD）：是“B52”轰炸机。

另一个人：长官……

船长：那是什么声音？

威拉德上尉（CAPT.WILLARD）（更大声地说）：是弧光灯。

士兵：但愿不会再有什么可怕的事情发生。

在稍后的丛林戏中，有一场也是用声音来表现危险的先兆的，并且在比前面一场戏更远的丛林里再次出现了“B52”的轰鸣声。这里录音师为了增加环境气氛效果，还特别对声音进行了处理，从而使声音经过空气时产生的特殊效果被表现了出来。

空气对声音的影响也常常被音响效果师或录音师进行模仿。在影片《帝国反击战》（The Empire Strikes Back）中，表现帝国卫士的一个长镜头里，脚步声制作得非常沉重：“砰，砰，砰。”在这里，录音师一定是根据剧本的要求对脚步声进行了夸张的处理，而当景别切换到近景时，脚步声就在画面的前景位置，这时的脚步声音变得更加有质感——不仅音量变大了，而且变得更加响亮。也就是说，在脚步声中加入了更多的高频声音。这种更为明亮的效果是由录音师在每一声脚步声中都加入一些特殊的频率成分制作而成的，而这些特殊的频率又是由录音师用自行车链子掉在混凝土地板上的声音制作出来的。车链子的声音与脚步声的低频成分混合在一起，增强了高频的部分，使我们听上去仿佛真的距离走路的人更近了。这种音响效果的制作主要是基于人们以往的听觉经验，人们往往会觉得室外较远处物体所发出的声音听起来会比较浑浊而低沉，而距离我们比较近的声源发出的声音则相对清晰而明亮。因此，电影制作者正是利用了人们的这种心理感觉制作出了声音的距离感，并使其作用于人们的下意识中。但实际上，这种声音在真实生活中是不存在的。在这种时候，声音是被模拟出来的，就像有些时候画面中的一些景物也是用模型代替的一样。在这里，一些物理学上的法则被用来进行模拟，这样做的主要目的就是为了使一些并不真实的东西在电影里变得更加真实可信。

房间中的各个表面（像墙壁、天花板和地板等），以及房间中的其它一些物体，同样对声音具有一定的吸收作用。同时，它们也直接影响着房间的声音特性，这些将在后面仔细地进行讨论。有些房间的材料是专门为吸收声音而设计制作的，而其它的普通材料则并不一定是专门为吸声设计的。但无论前者亦或是后者，都对声音具有一定的吸收作用。以下是一些关于声音吸收的规律和特点：

·质地比较厚实、表面有绒毛的材料比质地比较轻薄的材料吸收低频的能力更强。

·使房间的一些表面与真实墙面或地面相隔几英寸将增加房间表面吸收低频声音的能力。

·在房间里放置一些吸声材料对加强声音的吸收有很好的效果。

·声音吸收的指数在0至1之间浮动。当声吸收指数为0时，表示没有声吸收，也就是说房间里的各表面完全反射。而当声音吸收的指数为1时，表示房间表面将声音100％全部吸收，这就相当于房间的窗子都是打开的，声音传到窗子时全部从窗子传出去，永远不会再被反射回来。

·声音的吸收随频率的不同而有所不同，从0到1的吸声指数变化同时也受到频率的影响。

在电影（motion-picture）外景拍摄场地里，“吸声挂毯”（sound blanket）随处可见，设置其目的主要是为了减小声音的反射。需要特别进行吸声的场地则用几英寸厚的材料蒙在墙上和天花板上，这主要是因为仅用薄的材料不能起到较好的吸声作用。

3）声音的反射

声音在无吸收的表面上反射（reflection）时的情况，主要是由表面形状决定的。面积较大、坚硬而平滑的表面反射声音时，情况类似于台球在台球台子上撞到边缘时被反射回来的情形。“镜面反射”（specular）工作的原理就像光线射到一面平镜上再反射回来一样，入射角等于反射角或出射角。

抛物面形的反射物将入射的声束沿着抛物线轴汇聚到其焦点上，这种抛物面反射原理，已被应用在专门用来拾取某一方向上声音的传声器制作上。当我们把传声器放置在抛物线的焦点位置时，所有传入传声器的声波都会平行于传声器的抛物线轴心，但抛物面形反射的问题在于，由于声音波长的范围非常广，因此，除非反射物的面积非常大，否则这类反射只在高频时才有效果。

影视行业常常用到的抛物面形传声器（parabolic microphone）有两个主要的用途。其一是在自然纪录影片摄制的过程中，当录音师必须要在较远的距离收录一只小鸟的叫声时，不能惊动小鸟，而鸟儿唧唧喳喳的叫声又基本是高频，这时只有抛物面传声器才能不受频率和距离的限制把声音收录进来；其二是在体育比赛广播过程中，只有具有超强指向性的抛物面形传声器才能拾取到橄榄球比赛中队员互相冲撞的声音和混战中的高频声音效果，从而为人们的听觉加入直接的经验。比赛中的低频声音是由其它传声器拾取的，在播出时将会把这些声音与抛物面传声器拾取的声音混合在一起。抛物面传声器提供的是一种近距离动作的声音效果，而其它传声器提供的则是一种较宽动态的群白效果。应该注意到，这种效果应用的是“利用大量高频声音使观众感觉物体距离更近”的原理，这种效果曾经被用在影片《帝国反击战》（The Empire Strikes Back）里。

椭圆形反射体（elliptical reflector）常常被用在回音廊（whispering gallery）里。例如，芝加哥的科学工业博物馆就是如此。当一个人在椭圆形反射体的一个焦点的位置吹口哨时，站在椭圆形反射体的另一个焦点位置上的人可以听得非常清楚，尽管两个焦点之间的焦距使两个人之间存在一定的空间距离，而其他不在另一焦点位置上的人都听不到口哨声。这种现象是由于较大的椭圆抛物面，可以将一个焦点上聚集的声音传递到椭圆的第二个焦点上，而其它不在焦点位置上的点，却听不到声音能量聚集的效果。

在一些礼堂的设计上可以发现一些建筑上的特点，即其球形或椭圆形的屋顶。这类屋顶非常容易将声音能量聚集到观众席的某一部分上，这是其显著的缺陷。回音廊的效果在这类圆屋顶建筑内极其普遍——当你坐在观众席里时，甚至能够听到同在此屋顶下的其它位置观众的耳语声。解决这个问题的惟一方法，是将圆屋顶的表面设计成强吸声形。

在抛物面或椭圆形面内部的观察证明声波汇聚在焦点上。那么从这类表面的外部看又会是怎样的呢？通常来讲，当声音碰到这些凹凸不平的表面时，声波是会发散的，其发散的速度比声波遇到平坦表面时反射的速度还要快。

这类表面我们一般称其为“扩散体”（diffuser），它在房间声学中扮演着重要的角色，这将在下一章中进行详细讨论。

4）声音的衍射

听觉和视觉之间的一个重要的区别就是，人们可以听到从角落里发出的声音，却看不到藏在角落里被障碍物挡住的物体。当声波与物体接触时，衍射（diffraction）就发生了。声波在房间的屋角“流动”（flow）时，其情况类似于水平流动的水波遇到有缺口的挡水板时的情形。在缺口的另一边，声波又从缺口处发散开来，并且一直这样循环。当另一组声波又碰到障碍物的边缘时，第二组这样的波又将出现。

虽然在“声学阴影区”（acoustic shadow）中的声音，不像一般直接的、没有经过衍射的声音那样清晰可辨，但它却还是人耳听得到的。

声音的衍射，特别是我们在日常生活中对声音衍射所积累的经验，对影片的声音制作产生了巨大的影响。影片的画面呈现的实际上是一个无任何界限的世界，而影片的声音也是如此，并不存在任何边界。我们在观影时希望听到来自“屋角”的声音，也就是说，希望听到画面以外的一些同时存在的声音。编剧常常会把画面之外的一些同时发生的动作也写在剧本里。例如，当剧本里写到，演员的注意力被画外的某件事吸引过去时，表现这类剧情的最简单方式就是用画外音。如果用画面来表现这段内容，就需要把镜头切到画外吸引演员注意的某件物体上。但这种表现方式常常会显得非常笨拙，且过于死板。相比较之下，用画外音的形式则显得既自然又符合人们的日常习惯。

影视作品中的“艺术真实”应当基本符合“日常生活的真实”：人们的视觉受眼睛的限制，只能看到身体前半面的事物，但听觉却能够捕捉到来自四面八方的声音。这个现象主要基于声波在进入人耳时的衍射作用原理。为了更好地利用这个现象，电影行业利用“环绕声”（surround sound）已有20多年的历史了。这一非常具有表现力的手段在电视行业却没有得到充分的利用，但也在不断地发展着。环境声是基于衍射过程中视觉和听觉的差异而产生的。电视里常常可以听到某些商业片中的制作精良的环境声，这并不奇怪。

5）声音的折射

除了反射之外，声波有时也会因为空气的密度变化而导致传播方向的变化。声音折射的原理与透镜改变光波的原理基本相同。由于不同气层中温度不同（即密度），这时声音的折射现象就会出现。值得注意的是，专业术语“折射”（refraction）（指声束传播方向的改变）与振动时空气“释放”（与空气被“压缩”的意思相反）两词虽然在英文拼写上非常相似，但其意却大相径庭。

6）相长干涉、相消干涉及拍频

声波在传播过程中，不仅会与空间内的物体相互作用，在声波之间也会互相影响。例如，当一列有明显波长和振幅的正弦声波由左向右传播时，碰到了另一列具有同样波长和振幅，但却由右向左传播的声波，这时在任何一点观察所产生的效果，都要依据在不同时间两列波叠加的情况而定。即使在这个简单的例子里，也存在着许多不同的结果。这是因为即使我们设定两列波的波长和振幅是完全相同的，也无法使两列波的相位完全一样。如果两列波的相位完全相同，也就是说如果两列波密集和稀疏的循环过程完全一致，那么就可以说这两列波“同相”（in phase）。这时除了两列波之外，还可以得到相当于原声波两倍振幅的声波。

如果情况相反，两列波是倒相（out of phase）的，即第一列声波的波峰遇到第二列声波的波谷，那么两列波就会相互削减。由于两列波的波形完全相反，因此，输出为零，即“零信号”（无声）（null）。由此可以得出结论：两列声波的叠加产生的结果，在最大时可以得到具有其中一列波两倍振幅的新波；在最小时可以相互抵消为零。第一种情况被称为“相长干涉”（constructive interference），另一种叫作“相消干涉”（destructive interference）。在这两个极端情况之间是平稳变化的，这是非常常见的情况。也就是说，大多数声波之间并不完全是同相或倒相的关系，而是存在着一些相位差。我们将会看到上述情况是如何在房间声学条件下影响录音效果的。

如果两列波的波长有所不同，那么，在上述的过程中有时两列相遇的波是叠加的关系，而再过一段时间两列波又会变成相互抵消的关系，变化的周期等于两个声波频率的差。例如，如果频率为1 000Hz的声波与频率为1001Hz的声波混合在一起，那么就会得到一个以1Hz振动的波，这种效果叫作“拍频”（beating）。一些走调的钢琴常常有这种效果，由于长期弹奏多个琴键的关系，各琴弦之间便相互干扰，使一些琴弦的振动频率不在原频率上，因此，出现了一些特殊的声音。

影片的声音设计者利用“拍频”效应制作出了许多音响，并通过多个声道来完成这种音响效果。例如，在制作时可以把原来的声速稍稍放慢，然后再把放慢后的声音与原声音混合，就可以制作出一些特殊效果。在影片《夺宝奇兵》（Raiders of the Lost Ark）里，当“约柜”被打开时所发出的“哇哈哈哈哈……”的声音就是利用这种效果制作的。如果在十年前，影片制作者可能只能用低频隆隆声来表现这个画面。相比而言，用今天的方法来制作就显得有趣多了。

7）多普勒效应

在1842年，一位奥地利物理学家克里斯汀·约翰·多普勒（Christian Johann Doppler）曾经发表过一篇论文，其中描述了一种他认为肯定存在但还需要进一步论证的现象，这就是多普勒效应（Doppler shift）。多普勒提出，如果假设声音的速度非常之慢，那么运动中的发声体又会有哪些不同呢？实际上，当发声体接近一个观测点时，人们发现声波被声源（即发声体）自身的速度“挤压在了一起”；同样，当发声体向远处后退时，声波就会发散开来。当发声体向前进时，对声波的“挤压”在观测点附近形成了一些波长较短、频率较高的声波；而当发声体后退时，则形成了一些相对频率较低的波。

在多普勒的论文发表后的第三年，人们对他的理论进行了实验。他们用一列火车载着15个小号手接近、经过、然后离开一个火车站。这些小号手们在火车上持续地吹着一个相同的长音。事实确实证明了多普勒的理论是正确的：火车上的人听到的是一个持续的长音，火车站上的人听到的是比这个长音音调更高的声音；而当火车驶离火车站时，车站上的人听到的是比真实声音音调更低的声音。

电影制作者常常利用这个效果来模拟物体的运动。一个典型的例子是在影片《印第安纳·琼斯和魔殿》（Indiana Jones and the Temple of Doom）里，当“印第”（Indy）跑到了一个深坑的边缘，后面坏人马上就要追来时，一支从他身后射来的箭射中了他。从影片制作的角度上讲，在这里比较有难度的是需要模仿一支箭飞过耳际的声音，而这种声音用传声器和录音机进行实录难度却是相当大的。以下就是声音设计师如何制作这一声音效果的具体步骤：

·首先，我们想利用一支箭经过传声器时被录下来的声音，但第一次尝试失败了，因为好的箭在飞过时几乎是没有声音的。所以，我们又尝试着把箭的尾部改装成有皱边的，这样在重新录音时似乎有所收获。

·当然仅仅用这样的声音来模仿箭飞过的全过程显然是太短了，我们仅得到了“飕”的一声。因此，刚刚录的声音被输入一台数字声音采样器，并用“循环圈”（looped）的形式延长箭飞过的声音。

·前面的录音经过一台数字音调转换器（digital pitch shifter）的处理，在箭刚开始飞时提升了频率，而在箭几乎飞过画面时降低了频率，模仿了多普勒变化的效果。

·在混音过程中，对箭的声音进行了左右声像位置的调整，这样箭飞过时的声音才与画面相吻合，即制作出了由左向右飞过的声音效果。

多普勒变化还常常被用于模仿运动中的交通工具，有许多种音响可供音响效果师选择，用来“代替交通工具开始运动的声音”，因此，机器设备的声音在影片中几乎完全可以用很少数量的后期音响来代替。比如在影片《塔克：其人其梦》（Tucker：The Man and his Dream）中，当需要模仿一辆汽车的声音时，录音师至少要录到以下的声音：

·发动机启动的声音。

·汽车从静止状态开始加速度的声音。

·刹车的声音。

·汽车经过（pass by）预先设置好的固定传声器时的声音。

·传声器装在汽车外部的一个固定架（steady）上，在汽车同速运动时录制的声音。

·将传声器设置在车内时录制的车行驶时的声音。

如果这些声音都具备了，那么音响剪辑师就可以利用这些素材任意地拼出需要的音响长度，并将它们按需要进行混合，组成一个整体，其具体的制作方法将在后面谈到。上表中最难做到的是模仿汽车驶过时的声音，因为这种声音在影片中有很多种可能性，汽车可能会以各种各样的速度驶过。用与汽车同样速度运动时录下的声音，进行多普勒效应的改造，来模仿汽车驶过时的声音是一种主要的方法。由于后期制作时，汽车驶过的速度是由一个旋钮来任意控制的，因此一段与汽车同速行驶时录下的声音可以制作出很多种汽车驶过的效果声。