Звуковое оформление кинофильма

Основные сведения о звуке

Звук — представляет собой колебания воздушной среды, распространяющиеся во все стороны. Звук возникает вследствие механических колебаний струн музыкальных инструментов, голосовых связок говорящего или поющего человека, деталей работающих машин и т. д. Эти колебания создают сжатия и разряжения в воздушной среде, в результате чего образуются продольные волны, в которых направление колебательных движений частиц вещества совпадает с направлением распространения волны.

Достигнув уха человека, звуковые волны приводят в колебательное движение барабанную перепонку, которая в свою очередь посредством сложного внутреннего устройства передает колебания нервной системе и головному мозгу.

Звуковые волны распространяются в воздухе у земли со скоростью 340 м/с.

Однако не все механические колебания воздушной среды мы можем воспринимать как слышимый звук. Человеческое ухо способно воспринимать как звук только такие колебания воздуха, частота которых лежит в пределах от 16—20 до 15—20 000 Гц (колебаний в секунду). Четких границ диапазона частот слышимых колебаний нет, они зависят от индивидуальных особенностей человека, его возраста, состояния нервной системы и других причин.

Колебания воздушной среды с частотами ниже 16 Гц, которые не могут быть- восприняты как слышимый звук, называются инфразвуковыми, а колебания с частотой более 20 000 Гц, также не воспринимаемые слухом, называются ультразвуковыми.

Высота тона. От частоты колебаний, воспринимаемых как слышимый звук, зависит высота тона: малая частота колебаний характеризует низкий тон; по мере повышения частоты колебаний звук становится более высоким и при колебаниях порядка 15 000 Гц воспринимается как тонкий свист или писк.

Обертоны. Только в очень редких случаях встречающийся в природе звук представляет собой чистый тон, который мог бы быть изображен в виде простой синусоиды. Обычно звуки состоят из сочетания чистых тонов и обертонов. Именно наличием обертонов и их интенсивностью определяется тембр звучания того или иного музыкального инструмента или голоса, т. е. его специфическое отличие, дающее определенную окраску звучанию. Если бы количество обертонов и их интенсивность были одинаковыми, звучание разных инструментов было бы весьма сходным.

Обертоны имеют частоты более высокие, чем основные частоты, причем их отношение к основной частоте всегда является кратным целым числам: 2, 3, 4, 5 и т. д. Иными словами, частоты обертонов выше основной частоты в два, три, четыре, пять и т. д. раз. Основную частоту называют первой гармоникой. Обертоны, имеющие частоты в два, три, четыре и т. д. раз больше, называются соответственно второй, третьей, четвертой и т. д. гармониками. Чем больше гармоник содержит звук того или иного музыкального инструмента, тем богаче его тембр.

Своеобразный тембр звучания разных инструментов или голосов на одной и той же ноте зависит от дополнительных частот обертонов (высших гармоник).

Однако несмотря на окраску звука, придаваемую гармониками, мы различаем звуки, имеющие одинаковые основные частоты. Следовательно, вне зависимости от количества гармоник, имеющихся в том или ином музыкальном звуке или голосе, слышимая высота тона определяется только первой гармоникой.

Громкость звука. Кроме высоты тона, определяемого частотой колебаний основной гармоники, звуки различаются по громкости. Существуют тихие звуки, которые едва обнаруживаются ухом, но бывают и настолько громкие звуки, что вызывают ощущение боли в ушах. Таким образом, уши человека воспринимают звуковые колебания, изменяющиеся по громкости в некотором диапазоне, который называется динамическим диапазоном.

Звуковые колебания воздуха, встречая на своем пути предметы, оказывают на них определенное давление. Давление звуковых волн характеризуется величиной силы, приходящейся на один квадратный сантиметр площади, и измеряется в барах. Один бар равен одной дине (около 0,001 г), приходящейся на один квадратный сантиметр поверхности.

Звуковое давление на пороге слышимости равно 0,0002 бар, а давление, соответствующее очень громкому звуку, достигает 200 бар и более, т. е. в один миллион раз больше давления самого тихого звука. Такой диапазон звуковых давлений, воспринимаемых органом слуха человека, имеет место при частоте колебаний 1000 Гц. При более высоких и при более низких частотах колебаний динамический диапазон восприятия звуков уменьшается. Важная особенность восприятия звука человеческим ухом заключается в том, что оно воспринимает как изменение громкости звука не увеличение или уменьшение абсолютного значения звукового давления, а его относительное изменение, равное 12,2%. Иными словами, ухо ощущает не на сколько изменилось давление, а во сколько раз оно стало больше или меньше. Поэтому за единицу относительного изменения звукового давления принято изменение его на 12,2%, называемое децибелом (дБ). Одному децибелу соответствует изменение звукового давления, которое заметно на слух, с Изменение давления менее чем на 1 дБ ухо не ощущает. Весь диапазон восприятия звука ухом человека составляет приблизительно 120 дБ.

Ослабление звука. Потеря энергии звуковых колебаний при их распространении зависит от частоты: чем выше частота колебаний, тем быстрее расходуется их энергия и тем скорее они затухают.

Звуковые волны более низких частот расходуют свою энергию медленнее, и поэтому они распространяются дальше. Это явление особенно заметно, когда мы слышим игру духового оркестра. С большого удаления сильно выделяются звуки низких частот (барабана и басовых инструментов), и только на близком расстоянии мы слышим все инструменты оркестра.

Кроме того, многие источники звука имеют сильно выраженную направленность излучения звуковой энергии. Особенно это относится к звукам высоких частот. Для звуковых волн низких частот направленность значительно меньше. Звуковые волны низкой частоты обладают свойством обходить препятствия, в то время как волны высоких частот, встречаясь с различными предметами, не способны обтекать их, а поглощаются или отражаются.

Отражение и поглощение звука. Звуковые волны, попадая на поверхности твердых гладких предметов, отражаются подобно световым лучам. Если звуковая волна встречает мягкую поверхность, энергия звуковых колебаний будет в значительной мере поглощена ею, и только малая часть звуковой энергии будет отражена.

Реверберация. В больших помещениях вследствие многократных отражений звуковых волн от поверхности стен, потолка и пола звук существует еще некоторое время после прекращения звучания источника звука. Это после звучание называется реверберацией, а его продолжительность — временем реверберации.

В больших помещениях, имеющих гладкие стены, время реверберации бывает настолько большим, что если в нем произвести звукозапись, разборчивость речи окажется значительно сниженной и тембр голоса как бы изменится. Поэтому для записи звука необходимо выбирать наиболее подходящее в акустическом отношении помещение.

Искажения звукопередачи, возникающие в аппаратуре записи и воспроизведения звука, могут быть подразделены на четыре вида:

частотные искажения, появляющиеся вследствие того, что электроакустическая аппаратура неодинаково воспринимает все частоты колебаний;

нелинейные искажения, возникающие в усилительной аппаратуре при отсутствии линейной зависимости между выходным звуковым давлением, развиваемым громкоговорителем, и входным, которое развивает источник звука перед микрофоном;

ограничение динамического диапазона, зависящее от мощности электроакустического тракта и посторонних помех, как прослушиваемый шум, фон, потрескивание и т. п.; в результате ограничений динамического диапазона электроакустическая аппаратура может воспроизвести громкости только в пределах 40—50 дБ (в лучшем случае 70 дБ), в то время как ухо человека обладает динамическим диапазоном, равном 120 дБ;

детонация — искажения, обусловленные механическими дефектами звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуры, неравномерным движением и вибрацией лентопротяжного тракта, которые вызывают плавание или вой звука.

Ухо человека способно хорошо различать изменение тональности — повышение или понижение частоты на 4%, а детонация ощущается значительно острее; она заметна уже при величине 0,05%, а при 0,8% наступает резкое ухудшение качества звукопередачи.

Детонация особенно легко обнаруживается при прослушивании записи звуков долго замирающих аккордов рояля. При записи и воспроизведении звуков речи и шумов детонация существенного влияния на качество звукопередачи не оказывает.

Колебания скорости, происходящие с небольшой частотой (5—12 Гц), вызывают хорошо слышимые неприятные колебания частоты воспроизводимого сигнала и создают впечатление плавания звука. Подобные искажения называют детонацией первого рода. Если мгновенные колебания скорости происходят с большой частотой (100 Гц и более), звук становится слитным, но с примесью хрипов. Такие искажения называют детонацией второго рода.

Современная профессиональная аппаратура высшего класса способна записывать и воспроизводить звук в границах частотного диапазона от 30 до 15 000 Гц с искажениями, не превышающими ±2 дБ при величине нелинейных искажений 2% и значении детонации не более 0,2%. При этом динамический диапазон громкостей составляет 60 дБ.

Любительская звуковая аппаратура, естественно, не может обеспечить таких характеристик. Она может воспроизводить диапазон частот в пределах от 50—100 до 6000—10 000 Гц при динамическом диапазоне 35—40 дБ с нелинейными искажениями 5—7% и значением детонации 1—2%. Такое качество звукопередачи вполне приемлемо для озвучения любительских кинофильмов дикторским текстом и шумами; звучание же музыкальных инструментов будет передаваться недостаточно полноценно.