運動的聲音設(shè)計與制作

李 晟

(山西省音樂舞蹈曲藝研究所，山西太原030001)

1 電影的空間·運動

1.1 電影

電影是根據(jù)“視覺暫留”原理，運用照相(以及錄音)手段，把外界事物的影像(以及錄音)攝錄在膠片上，通過放映(以及還音)，在銀幕上造成活動影像(以及聲音)，以表現(xiàn)一定內(nèi)容的技術(shù)[1]。聲音和影像都有其固有的表達意義的方式，而且二者之間存在著差異性和共通性。聲音和影像的傳播形式分別是聲波和光波。聲音和影像的共同體可稱之為視聽語言，它通過攝像機和錄音機等中介物由主體向客體傳達某種特定信息，表達某種特定意義。視聽語言第一次無限地接近了客觀現(xiàn)實，是人發(fā)揮主觀能動性使用媒介對現(xiàn)實的仿生再創(chuàng)造，并進而作用于人體的視聽感官——眼睛和耳朵的一種現(xiàn)象。聲音和影像在表達意義之前，客觀上需要一個存儲(記錄)載體，這就是視聽媒介。視聽媒介高保真的特征，使得視聽語言具有很強的說服威力。記錄下來的聲音和畫面信息可以被多次利用，并在一定時間內(nèi)(受限于物理存儲媒介的壽命)保持信息的恒定不變”。[2]電影新浪潮之父安德烈·巴贊為我們揭示的關(guān)于電影起源心理學的基本觀點:即電影發(fā)明的心理依據(jù)，是再現(xiàn)完整聲、色、主體感受一應俱全的現(xiàn)實的幻想。電影作為第七藝術(shù)，是為了完成人類追求對現(xiàn)實事物的復現(xiàn)而出現(xiàn)的產(chǎn)物，即對時間與空間進行處理得出的產(chǎn)物。

1.2 電影的空間

電影與空間變化有關(guān)，影像所投射出去的銀幕是平面的，就像照片和圖畫一樣，構(gòu)圖都是在一個框中，所以電影的畫面是被限制在一個畫框中的。電影畫面是通過電影攝影來完成的，攝影鏡頭所能夠拍攝下來的景物大小也是有限的，要想在這有限的畫面空間內(nèi)獲取更多的信息，那么就要借助于電影的另一個重要元素——聲音。

伊朗著名的電影導演阿巴斯·基亞羅斯塔米(Abbas Kiarotami)曾指出:“對我來說聲音非常重要，比畫面更重要?！盵3]畫面作為二維平面所能表現(xiàn)的空間范圍是有限的，但是聲音的出現(xiàn)可以突破畫框的限制，彌補畫面的不足，用畫外音源的聲音對畫面場景進行補充，甚至可以延伸到銀幕外的空間。電影銀幕是一個二維的畫面，但電影用來表現(xiàn)空間立體感的主要手段就是用聲音實現(xiàn)的。

1.3 電影的空間中運動的聲音

聲音可以產(chǎn)生出一個真實空間環(huán)境，它能表現(xiàn)出強大的空間立體感。一般聲音的空間感主要反映在聲音的環(huán)境感、透視感、方向感這三個方面，如果要更加真實地表現(xiàn)出聲音的空間感，就要使聲音具有立體感。①聲音的立體感，即聽者對發(fā)聲體在某一可中相對位置的感受。通常發(fā)聲體在同一空間的位置變化，會使其聲音產(chǎn)生強度差、時間差并引起直達聲與房間混響聲的比例等因素的變化，由此聽者可以確定發(fā)聲體在空間的相對位置。發(fā)聲體在空間中的相對位置、發(fā)聲體與聽者的相對距離和發(fā)聲體的運動特性(運動軌跡，速度，方向等)等都需要相對準確的體現(xiàn)出來。

一個三維空間中，可被分為:橫向、縱向、深度三個方向，相對應到三維空間中的聲音亦是同理。這樣一來，在一個空間中看似復雜的運動的聲音就可以簡化為三個方向上的線性運動的合成。

2 橫向運動的聲音

2.1 雙聲道立體聲還音系統(tǒng)

要解釋定位，首先要說說聲像。所謂聲像，就是音響系統(tǒng)再現(xiàn)出來的聲源，經(jīng)人耳接收、大腦加工后，虛擬出來的發(fā)聲源在空間的像。因此，定位其實就是對聲像的定位。而由聲像所構(gòu)成的空間，我們就叫做聲場。

那么，人耳是如何對聲音進行定位呢?

在自由聲場①自由聲場:聲音的傳播不受任何阻隔，可以任意遠。中，聽覺的方位感受主要是依靠雙耳間的時間差和聲級差完成的。

如圖，在雙耳的水平面上有一聲源，到達兩耳的距離分別是tL·c和tR·c，tL和tR分別是聲源到達雙耳的所需的時間，c為聲速。可以看出，左右耳接受聲信號一定存在著一定的時間差:

Δt正是由于Δi(Δi=tL·c-tR·c)引起的，可見

假設(shè)人頭就是一個球體，設(shè)其直徑為h，則

那么，兩耳之間的時間差

或者說，兩耳間的相位差

由此，聽覺的水平方向的方位感受主要是由于兩耳間的時間差和聲級差來形成的，此外還有其他的一些因素:

聲音的低頻分量由于時間差產(chǎn)生的到達兩耳的相位差:聲音以波的形式在空氣中振動傳播。在不同位置上，聲波的位置也不相同(當相差波長整數(shù)倍時除外)。人的兩耳分布在頭顱的兩側(cè)，中間存在一定的距離，因此聲波到達人耳的相位也會有所不同。這個相位差也是人們判斷聲源方位的因素之一。其中，隨著頻率的逐漸提高，聲音到達人的兩耳時的相位差相同的可能性就越來越高，因此低頻聲音的相位差在聲像定位上的作用大于高頻聲音，頻率越低，相位差在聲像定位上所起的作用就越明顯。

聲音由于人的頭部對高頻分量的遮蔽作用產(chǎn)生的到達兩耳的音色差:處于人的頭顱兩側(cè)的雙耳，由于頭部對聲音的掩蔽作用，使得雙耳間產(chǎn)生音色差。因為不同頻率的聲音，對于障礙物有著不同的繞射能力，因此，聲音繞射過頭部分別到達兩耳時不同的頻率的分量所產(chǎn)生的聲級差也是不同，頻率越高的聲音分量的繞射能力越差，到達距離聲源較遠的人耳時衰減的也就越厲害。只要聲音不是來自于聽者的正前或是正后方，在到達人的兩耳時，左耳和右耳所聽到的聲音就會存在一定的音色差。頻率越高，音色差在聲像定位上所起的作用也就越明顯。

因此可以得出結(jié)論[4]303:

A、雙耳間的時間差和相位差是低頻的水平定位的主要因素;

B、隨著頻率的升高，雙耳間的相位差相同的可能性越來越高，這時，聲級差和音色差就成為了水平定位的主要因素;

C、由此可以推論，在某一頻率范圍內(nèi)，即這兩種主要因素的轉(zhuǎn)變區(qū)域，即為雙耳對水平定位的模糊區(qū)。

2.2 多聲道立體聲還音系統(tǒng)

2.2.1 多聲道環(huán)繞聲

從原理上，聲場空間信息的還原可采用兩種不同的方法[5]:方法一，模擬聲場的方法，即還原一個與原聲場完全一樣(或相近)的聲場;方法二，聽覺錯覺的方法，產(chǎn)生與原聲場類似的空間聽覺。

如果我們直接利用方法一來模擬聲場實現(xiàn)環(huán)繞聲，那么我們必須在三維空間內(nèi)環(huán)繞聽者安放極其多的揚聲器，并且需要每一個獨立信號傳輸?shù)揭粋€揚聲器中，每一個方向上的聲源都由對應位置的揚聲器還放出來。這樣我們才能將所有聲源發(fā)出的直達聲以及混響聲準確無誤地還放出來，進而準確地模擬出原始聲場?？墒窃趯嶋H的環(huán)繞聲系統(tǒng)中，我們只能采用個數(shù)有限的信號傳輸和還放通路，因而還必須根據(jù)心理聲學原理對環(huán)繞聲的系統(tǒng)進行簡化。

首先，可通過舍棄部分的聲音空間信息，以換取對系統(tǒng)的簡化。在媒體的傳輸或記錄容量一定的條件下，對聽覺上重要的聲音空間信息盡可能保留，而聽覺上相對不重要的聲音空間信息可以適當舍棄。由于在聽覺上，水平面內(nèi)的聲音空間信息較上方重要，因而目前應用的環(huán)繞聲系統(tǒng)是保留前者舍棄后者，也就是平面環(huán)繞聲系統(tǒng)。當然，系統(tǒng)的傳輸與還放通路越多，聲音空間信息的損失越少，還原效果越好，但系統(tǒng)越復雜，這是一對矛盾。因此在環(huán)繞聲的發(fā)展過程中，有關(guān)系統(tǒng)獨立通路數(shù)一直是探討的重要問題之一[6]，而目前實際應用的系統(tǒng)是一種折衷的方法，它所還原的僅是聲場空間信息的一種粗略近似。

其次，可利用聽覺錯覺的方法(方法二)，在環(huán)繞聲還放聲場與原聲場不同(簡化)的條件下，得到與原聲場類似的主觀聽覺效果。利用聽覺錯覺產(chǎn)生主觀聽覺效果的方法往往較簡單，需傳輸?shù)男畔⒘枯^少。目前在環(huán)繞聲系統(tǒng)中常將該原理用于產(chǎn)生空間某一方位的聲像的方法如下:在一組水平面內(nèi)適當布置的揚聲器，通過改變饋給它們信號的聲級差，使傾聽者雙耳處的聲壓和某個方向的單聲源的情況近似相同，從而在聽覺中產(chǎn)生相應方向的聲像。普通的聲級差(強度)型雙通路立體聲系統(tǒng)就利用了這一原理。當然，這種利用錯覺產(chǎn)生的聲像的自然度可能會降低。

對以上兩種方法，模擬聲場產(chǎn)生的空間聽覺效果固然真實自然，聽音區(qū)域較寬，但系統(tǒng)較復雜。而聽覺錯覺方法產(chǎn)生的空間聽覺效果雖不如模擬聲場的而方法，但系統(tǒng)較為簡單，易于操作。

綜合上述，目前在電影實際應用的環(huán)繞聲系統(tǒng)是舍棄部分的聲音空間信息的、模擬聲場和聽覺錯覺原混合組成的系統(tǒng)。電影之所以引入環(huán)繞聲系統(tǒng)，主要還是與畫面相配合，達到視聽完美結(jié)合的目的。由于聽者的注意力都集中在前方畫面上，對前方的聲響穩(wěn)定性要求相對比較高，所以在節(jié)目中的對白也僅僅由前置甚至是中置揚聲器重發(fā)出來。而側(cè)向和后方的環(huán)繞聲只作為輔助和襯托的用途出現(xiàn)。

2.2.2 雙聲道環(huán)繞聲還音系統(tǒng)對于研究多聲道立體聲還音系統(tǒng)的意義

雙聲道立體聲系統(tǒng)是其他多聲道立體聲還音系統(tǒng)的基礎(chǔ)。雙聲道立體聲還音系統(tǒng)和現(xiàn)今的多聲道立體聲還音系統(tǒng)都是用有限數(shù)量的揚聲器來模擬還原聲場空間感的簡化方式。雙聲道立體聲還音系統(tǒng)便是在這些簡化方式中最簡化，最基本的形式。因為一個多聲道立體聲中的任意兩路揚聲器聲音信號在某種意義上都可以看作是由一對雙聲道立體聲還音系統(tǒng)所還放出來的，也就是說，一個多聲道立體聲還音系統(tǒng)中的任意兩個聲道在某種意義上都可以被看作是一對立體聲。

所以，研究雙聲道立體聲還音系統(tǒng)是研究多聲道立體聲還音系統(tǒng)的基礎(chǔ)。雙聲道立體聲還音系統(tǒng)中的各種理論原理和實例同樣也都適用于多聲道立體聲還音系統(tǒng)。

根據(jù)聲級差(ΔL小于15分貝)和時間差(Δt小于3毫秒)之間的相互校正關(guān)系，在一定程度上，在制作中可以使用聲級差來代替時間差。

2.3 聲音設(shè)計及分析

對于上述理論，筆者將用兩個試驗對其加以證明。

實驗1:同期拾取一段單聲道人聲對白，將對白放置到5.1立體聲還音系統(tǒng)的中置音箱上，我們可以很準確地判斷出聲源是從聽者正前方所發(fā)出的，接下來將這一段對白分別發(fā)到左右兩只音箱上，且保持兩段對白沒有時間差和聲級差，我們還是能準確地判斷出聲源是從聽者的正前方發(fā)出的，最后將發(fā)到左邊音箱的對白電平提高至大于15dB，右邊音箱的電平不變，那么聽者感受到聲源是從左邊發(fā)出的。

實驗2:模仿動作片中的一個場景，從畫面右側(cè)開始打斗，在打斗過程中兩人從畫面右側(cè)移動到畫面左側(cè)。兩個演員在畫面右側(cè)開始打斗并慢慢移動至畫面左側(cè)，拳腳打斗的聲音是靠后期在擬音棚中模仿出來的，多聲道立體聲對這種以觀眾為圓心做圓周運動的聲源表現(xiàn)為單個揚聲器音量的變化，當兩個演員在畫面右側(cè)打斗時，右聲道揚聲器音量大，左聲道揚聲器音量小，聲相在右;當兩個演員向畫面左側(cè)運動時，左聲道揚聲器音量逐漸變大，右聲道揚聲器音量逐漸變小，聲相也從右向左移動;當兩個演員在畫面正中打斗時，左右聲道揚聲器音量相等。聲相居中。

3 深度方向上運動的聲音

3.1 深度定位的原理

深度定位，即是人對于聲源與自己的相對距離的判斷，也就是聲音的距離感。一般認為，在深度定位的機理方面，室內(nèi)聲場要比室外聲場的定位因素清楚一些。

相對距離進行判斷的主要依據(jù)。這種判斷尤其是在自己比較熟悉的房間中，會變得更加準確[4]304。當聽者距離聲源很近的時候，似乎音色的變化是起著主要的作用的。因為在這時，聲源所輻射出的球面聲波的聲強是隨著距離的增加而迅速減小的，而與聲音的頻率幾乎無關(guān)，但空氣質(zhì)點的振動速度的變化則是與頻率有關(guān)的，這就為近場范圍的距離感提供了依據(jù)。

3.2 依靠直達聲和反射聲的時間差來判斷空間大小和聲源的位置

當人們進入到一個陌生的房間時，如果先要依靠聽覺來判斷出房子的大小，那么主要是依靠近次反射聲和直達聲到達人的兩耳的時間差來進行的。

在某一房間時，若是聽者的位置固定，那么A點和B點分別是兩面墻上的固定兩點，我們把聲源發(fā)出的直達聲到聽者所需要的時間設(shè)為T1，然后把聲源發(fā)出的聲音進過A點所在墻面反射到達聽者的時間設(shè)為T2，同理把經(jīng)B點所在前面反射到達聽者的時間設(shè)為T3，那么它們的時間差分別為t2=|T2-T1|和t3=|T3，那么得出的結(jié)論就是t2和t3哪個越大哪個點所在的墻面就離聽者越遠。由此人們可以通過對兩者時間差的分析判斷出空間大小。

當人們在已知的房間內(nèi)時，如果依靠聽覺來判斷聲源的位置的話，同樣也是要在很大程度上依靠聲源所發(fā)出的直達聲與反射之后的近次反射聲到達人耳的時間差來進行判斷的。假設(shè)這一房間是正方形，聽者的聽音位置位于正方形屋內(nèi)的中心點O點處。聲源發(fā)出的直達聲經(jīng)過時間T1到達聽者，而經(jīng)過A點所在墻壁反射到達聽者的反射聲經(jīng)過時間T2到達聽者時，聲源發(fā)出的聲音經(jīng)過B點所在墻壁反射到達聽者的反射聲經(jīng)過時間T3到達聽者，那么t=|T3-T2|是可知的。

當T3＞T2時，則意味著聲源發(fā)出的聲音，經(jīng)B所在墻面反射一次到達聽者的路程比經(jīng)A點所在墻面反射一次到達聽者的路程要長，即|AC|+|AO|＜|BC|+|BO|，由于在正方形房間內(nèi)，聽者位于中心點O處，所以|AO|=|BO|，得出|AC|＜|BC|，即聲源C距離A點所在墻面較近，距離B點所在墻面較遠。

當 T2＞T3 時，則|AC|+|AO|＞|BC|+|BO|，由|AO|=|BO|，得出|AC|＞|BC|，即聲源C點距離A所在墻面較遠，距離B點所在墻面較近。

當T2=T3時，則|AC|+|AO|=|BC|+|BO|，又由|AO|=|BO|，得出|AC|=|BC|，即聲源C點距A所在墻面和距B點所在墻面的距離相等。

由此，聲源同其他幾面墻壁間的位置關(guān)系也不難通過推導得出。綜合所獲得信息，就可以判斷出聲源在空間中的位置了。

所以，依靠直達聲和反射聲的時間差也是可以來判斷空間大小和聲源在空間內(nèi)的位置的重要依據(jù)。

3.3 深度方向上運動的聲音的多譜勒效應

當我們站在一片空地時，如果有一架飛機剛好飛過來，我們能感覺到，當飛機由遠及近向我們飛來時，飛機引擎所發(fā)出的聲音的音調(diào)會越來越高。當飛機來開我們越來越遠的時候，飛機引擎發(fā)出的聲音的音調(diào)又漸漸低下去，也就是從dou到ri，雖然飛機引擎發(fā)出的聲音的調(diào)沒有變，但是我們聽到的聲音確實由高到低;火車鳴笛向我們開來時也有同樣的感受。這種現(xiàn)象的規(guī)律就叫做多普勒效應，首先總結(jié)出這個規(guī)律的人是奧地利物理學家多普勒。移動的物體發(fā)出的聲波或從移動物體反射出的聲波都會產(chǎn)生多普勒效應，即如果該移動的物體接近你時聲音頻率就會升高，移動物體遠離你時聲音的頻率就會降低(如圖1所示)，當該物體不發(fā)生移動時，聲音頻率不會改變。這就是聲音的運動感產(chǎn)生的原因。

圖1 多普勒效應產(chǎn)生示意圖

因此多普勒效應實質(zhì)上是指當聽者與波源相互接近或遠離時都會引起波的變化，從而給聽者帶來不同的聽覺感受。聲音是種波，當你與聲源之間距離不斷靠近時，聲波頻率會變大，表現(xiàn)為聲音音調(diào)變高，當聲源遠離你而去，聲波頻率會變小，表現(xiàn)為聲音音調(diào)低沉。

當聽者與波源相互接近時，多普勒效應有三種情況(公式中V是人的速度，f是頻率，Vo為聲速，fo為波源的頻率，Vs是波源的運動速度;以向波源方向運動為正):

(1)人不動，聲波以速度給Vs運動，則人聽到的頻率為:

(2)波源不動，人以V運動，則人聽到的頻率為:

(3)兩者皆運動，波源速度為Vs，人速V:

通過上面三種比較我們可以得出這樣的結(jié)論:當汽車向聽者駛來時，聽者聽到的聲音的音調(diào)由低到高，當汽車從聽者身邊向遠處駛?cè)r，聽者聽到的聲音的音調(diào)恰恰相反。同時我們還能進一步得到:接收者與聲源相對位置的變化，會導致同樣的聲源在接收者聽來有不同的效果。接收者與聲源相向運動，接收者不動，聲源動，以及接收者與聲源同向運動，這三種情況下，聲音的頻率不斷減小，聲音產(chǎn)生的效果也不一樣。

3.4 聲音設(shè)計及分析

縱深方向上運動聲音的定位筆者認為在后期制作中比較難實現(xiàn)，對此也做兩個實驗進行研究。

實驗目的:模仿一輛汽車由遠及近的聲音運動。

實驗1:用同期錄制的素材模仿

實驗用素材:用一支傳聲器拾取一段與畫面吻合的汽車由遠及近完整的聲音素材。

結(jié)論:雖然該聲音素材沒有進行加工和剪輯，但是使聽者感受到了與畫面相吻合的很自然的運動聲音。

實驗2:對素材進行后期加工和剪輯來模仿

實驗用素材:把一支傳聲器固定到車身外并拾取汽車勻速運動的聲音。

實驗過程:

利用多普勒效應來模仿汽車由遠及近的聲音，對這段勻速運動的聲音在不同時間進行響度上的變化(由小到大)，但由于所學知識的局限筆者無法對每一段時間聲音的頻率進行準確的計算，所以在修改其頻率的變化中不能很準確地進行修改。

結(jié)論:在縱向方向上的定位不光是靠響度的變化確定的，還有印第安和音色的變化，所以模仿縱深方向上運動聲音的非常復雜，通常是直接拾取縱深方向連續(xù)的聲音運動，而在后期制作中進行模仿對硬件和軟件的要求太高。

4 縱向運動的聲音

縱向定位是指人的聽覺系統(tǒng)對聲源高度的判斷，既高度感[4]304。大量研究表明，人的聽覺系統(tǒng)對于聲源的方向和深度(距離)具有驚人的判斷能力，而對其高度的判斷能力較差。由于縱向定位的能力較差，所以縱向的定位能力在方位感中居于次要的地位。因此，在本文中不做討論。

5 總結(jié)

電影就是要用視聽來真實地還原時空。

多聲道立體聲還音系統(tǒng)就是用來模擬還原聲場空間。從上述中可以看出，一個三維空間中，復雜的運動的聲音可以簡化為橫向、縱向、深度三個方向上的線性運動的合成。而在這三個方向上，人耳縱向定位的能力較差，對橫向和深度卻非常敏感。所以，在設(shè)計和制作上應予以重視。

在橫向運動的聲音中，通常用時間差和強度差就可以表現(xiàn)出運動感來。而在深度方向上，則需要更多的聲音信息，相對于橫向運動的聲音較為復雜。除了聲音強度的變化，在室內(nèi)需要考慮到直達聲、反射聲的因素，以及多普勒效應的運用。

然而，在制作中，從聲畫關(guān)系角度考慮，運動的聲音的制作更為復雜和多變。本文僅就將復雜運動分解這一角度淺談了運動的聲音。

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