耳膜耳鸣声音的深度感 探讨耳膜耳鸣在影院还音中的作用

耳膜耳鸣声音的深度感探讨耳膜耳鸣在影院还音中的作用

一更自由的还音境界自《声电影》诞生以来，视听制作人员一直在努力达到更真实的电影的效果。影院还音系统先后经历了模拟单声道和立体声以及现今被广泛使用的5.1、6.1和7.1多声道数字环绕立体声，以求达到更加完美的影院还音境界。几乎所有对影院还音系统的改良都只围绕着一个主题：令跨越以听众为中心点的声音更加接近真实（如图1）。专家发现，现在的影院还音系统可以很轻易地模拟出飞机迎面飞来，从听众的正面向身后呼啸而过、声音渐渐消失在听众后方的远处的情景；或者汽车从左边急速划过、到达听众右侧的情景。总之，经验证明，跨越听众头部的声音是还原得最真实的。从立体声4.0四声道，再到5.1六声道、6.1七声道和7.1八声道的影院数字还音系统，每次影院还音系统的技术改造都要增加音箱，并且总是加载在听众头部的两侧或前或后也证明了这一点。即影院还音系统的改良重点都是：以听众头部为中心的，调节对称前后和两边的声音，令影院还音环境更加完美。二画面空间效果的影响不幸的是，听众不是每次都处在影院还音系统的听觉中心位置，而是可能在声源的另一端（如图2）。例如：画面上有一匹马正对着听众由远及近地跑到听众面前，没有“跨越”，而是停了下来。对这种情况的马蹄声处理应该是中置音箱发音。但实际上，影片播放时还音系统只是简单地让马蹄出声，昂贵的还音设备对由远及近的声音的立体深度效果没有丝毫的帮助。如今在影视声音后期制作时对这种从正中袭来且“不跨越人脑”的声音一般有如下两种常用的处理方案：(1）当画面发声物体由远及近时，令声音近大远小。(2）当画面发声物体由远及近时，令声音的低频部分逐渐减小，高频部分逐渐增加。因为低频声波长，可产生声音的衍射效应，绕过一些障碍物；而高频声波短，指向性强，障碍物的通过性就差。所以，长期以来，人类逐渐有了这样的听觉经验：低频含量多的声源距离听众远；高频含量多的声源距离听众近。录音师常通过大量高频声令观众觉得与物体之间的距离更近了。但是这两种方案都有它们的局限性。首先，在没有障碍的平直路面上，由远及近的声音高低频衰减程度差不多，这样方案1可能就不适用了；同时，人耳在任何时刻都是以近处的声音作为参照声级去判断所听到的远处声音。所以，想令一个渐大的声音产生由远及近的效果，必须将它放进一个前景（近处）的声音环境声中，否则它会失去听众主观产生的空间深度感。其次，如果“前景安静”时方案2也不适用，因为它与一个始终处在人面前的、只是渐渐加大的声音没有任何区别。比如我们听到一个火车渐强鸣笛的素材时，只会觉得好像有人在旁边调整耳机或扩音器的音量而已。但如果将这个素材放进有着嘈杂的车站人群环境声的前景时，我们听起来立刻就会觉得火车从远处进站了。因此，当要在画面空间里表现这样一个由远及近的声音深度变化效果时，应该怎么办呢？总不能此时在银幕上打出一行字：请立刻和您旁边的人交谈，以帮助我们制造出一个“环境声”。这时，我们可能就需要制造出一种安静的“环境音”（一种令我们的耳膜有振幅而无振动的声音），来帮助产生出一种奇妙的声音深度感。三“耳膜正常情况”当你坐飞机旅行时，在飞机的起降过程中明明看到漂亮的空中小姐的双唇在一张一合，可她的声音听上去却好像隔了一层纱，因为此时我们的耳朵“耳鸣”了。医学上的“耳鸣”，是指人们在没有任何外界刺激条件下所产生的听声异常感觉。引起“耳鸣”的原因有很多，例如疾病引起的医学“耳鸣”或是过响的声音刺激造成的物理“耳鸣”等1。所发生的“耳鸣”部位也不相同，前、中、后耳都可能是发生场所。“耳鸣”会令人感觉耳内有蝉鸣声、嗡嗡声、嘶嘶声等单调或混杂的响声，轻微的表现是耳内“嗡嗡”作响，严重的会令人头痛恶心、精神不畅。实际上，疾病引起的“耳鸣”出现时，周围的环境中并无相应的声音出现，任何精密仪器也未检测到外界的异常响动。但是，物理引起的“耳鸣”虽然听不到声音，却可以像声压一样将“耳鸣”的程度进行量化计算，以数字的形式呈现出来。这类“耳鸣”就是“耳膜耳鸣”，当耳膜在一个较长的时间内向一边凸出时，可以感到一种有振幅但却无频率的“声音”。具体的情况是这样的2（参见图3）：耳膜靠近耳廓（就是我们在外部可见的、俗称“耳朵”的部分）的一侧是相对宽阔的外耳道，另一侧则是内部的中耳腔；中耳腔通过比耳道窄得多的耳咽管与口鼻相通。但中耳腔和耳道的连接部在内部被耳膜隔断，在外部却和外部空气环境连通。所以，正常情况下耳道与中耳腔压力相等且耳膜处在中间位置。如果给耳道的一边施压（不是大气压）较中耳腔大时，那么，耳膜便会向中耳腔一面凸出，反之就会向耳道一面凸出。由于人类的耳膜似一个非常精密的仪器，在安静的环境中我们的耳膜甚至能和十几米远处用手摩挲书本发出的微小空气压力产生共振，因此，当这个能感觉微弱压力的仪器两边就出现了连皮肤都能感觉到的巨大气压差时就会产生巨大的形变位移。由此形成了令人难受的物理原因引发的“耳鸣”。经验表明，因物理原因作用在耳膜处而引发“耳鸣”的产生原因大概有四种：强制单方面的施压；中耳腔空气由于惯性产生的压力；耳膜自身惯性产生的压力；连接听小骨的肌肉过度紧张产生的痉挛。一般情况下，“耳鸣”是多种原因一起作用的结果。所以，我们利用其中的“耳鸣”或许可以制造出一种“前景环境声”，来帮助由远及近的声音产生深度的运动效果。在讨论“耳鸣”声前，我们先来讨论如何凭物体发出声音的大小（耳膜振幅的大小）来判断声源距我们距离。四“听起来，”听觉能评估距离吗？（一）．光栅入了或者在使用表面上说不像随时改变频率的声音，远处物体发出的（或反射的）光线一般总是以恒定的频率（波长）射入我们的双眼。所以，不能靠光线到达两只眼睛的先后顺序作判断的属性，而是靠光线与两眼之间的夹角来判断。因为，从一点发出的或反射的光线到达双眼之间的夹角越小时，物体距离我们的越远。所以，通过视觉判断光线夹角就可以决定我们与物体之间的大致距离。（二）视觉、接触等因素通常声音的频率是变化的。当声音以一个新的频率（音节）到达双耳的时间差、相位差和强度差不同时，我们就可以判断出这个声音的位置是在左边还是右边。由于无论哪个方向发出的声音都是从耳道迂回传入耳膜的，同时声音的频率相对于光线的波长更长，更容易发生衍射现象。因此，单凭听觉是不能得到传入双耳的声源夹角数值的，因此无法判断距离。那么，为什么我们可以经常做这样的判断：“她在我身后两步远走过”或者“一只蚊子在耳边飞”呢？因为在靠听觉做出对这些距离的判断前，我们已经至少依靠过视觉一次了。同样是40dB的声音，如果是蟋蟀叫声，那么凭经验它距离我们很近；如果是汽车行驶声音，那么凭经验它距离我们很远。因为我们都见过汽车，记忆中留有汽车在很近距离通过时的声音大小的经验。例如假设通常小汽车在距离我们20米远行驶时，我们听到的声音为70dB；那么当再次听到40dB的同样小汽车声时，根据每增加一倍距离声音衰减6dB来计算，它应该距离我们大约100米远。同理，我们把耳朵贴到蟋蟀旁边听它叫时，也只不过是40dB。当我们再次听到40dB的蟋蟀声时，它距离我们肯定很近了。所以，凭声音判断目标距离，首先至少要有一次视觉与听觉同时接触同类目标的体验。以后凭此经验，只要有视听任何单方面的信息就大概能补齐另一方的缺失。比如后天失明的盲人可以只靠听力来还原视觉距离；而失聪者可以单靠目测目标来补齐听觉上的缺失。要是哪天你不小心听到了“飞碟”发出的奇怪声音，那谁也判断不了与它的距离。因为我们谁也没听过“飞碟”在身边飞过时的声音大小。五那么，普通的“耳鸣”能给人深度的感觉吗？（一）爆炸声令耳膜的振动变化耳膜震动带动听小骨，再联动听小骨后面能产生听觉反应的两条小肌肉。因此，小肌肉的收缩与放松受到声压大小的影响。巨大的爆炸声令耳膜在一定时间内产生了震动形变位移，但两条小肌肉却可能因为瞬间受到强烈的刺激而长时间处于紧张收缩的状态3，使得耳膜长时间朝中耳腔一侧凸出。这种“耳鸣”应该是人类可能经历过的最严重的物理“耳鸣”。因为只要爆炸产生的压力没有将耳膜震破，那么两条小肌肉收缩令耳膜产生的形变将会超过人类的听阈上限，这实际上等同于耳聋了，一切声音都在无穷远处。（二）外耳道、耳膜变化对飞机发展的影响乘坐飞机上升和下降与乘坐电梯时的情况相仿，也能让人产生“耳鸣”（当然乘坐火箭也在这一类）。但往往我们面临着对其所作出的错误解释是：因为有高度的改变，所以飞机上升和下降总是伴随着空气压力的变化。当我们乘坐飞机上升时空气变稀薄，耳“内部”是地面的一个标准大气压，而“外部”却不是，所以耳膜内外压力不等，产生了被压迫的和疼痛感的“耳鸣”。虽然这种说法很普遍，但上述解释是完全错误的。首先，要记住的是任何时候耳膜的两边，即“耳内部”和“耳外部”都不可能维持一段长时间（长到可以产生“耳鸣”）的空气压力差。用耳聆听时，的确会有令耳膜震动的瞬时空气压力差，毕竟耳膜生来就是用来感受这种震动的，但同时在声源消失后也会立刻回到中间位置，普通的聆听不会令人产生”耳鸣”就证明了这一点。即使外界有很大的气压变化，由于耳膜的另一边有与口鼻相通的耳咽管存在，耳膜两边实际上是都与外界连通的。所以，外界的压力在耳膜两边总是会很快地保持平衡。其次，飞机在飞行过程中，机舱内的压力是不变的。也就是说从起飞到降落时，机舱内的压力和地面的压力是相同的一个标准大气压。我们只在飞机起降时“耳鸣”、平飞时不“耳鸣”也证明了这一点。平飞时高度较起降时更高，外界气压更低，但很少有人产生“耳鸣”。飞机的起降“耳鸣“是中耳腔空气由于惯性产生的压力和耳膜自身惯性产生的力共同作用的结果。耳膜受力也可以用图3来表示，中间的耳膜与外耳道底约成45-50度的夹角。当飞机在爬升时有一个上升的加速度，这时座椅向上推我们的身体使我们也获得了一样的加速度。同样，我们体内的空气也需要我们身体的内壁推动。耳膜就需要推动其上方中耳腔内的一小块空气，来加速耳膜质量所需要的力。这个耳膜承所受的力我们可以通过计算得出（下降时亦同）。在粗略计算前，对需要的数据作以下的估计和约等：1）耳膜与外耳道成45度夹角，外耳道水平。42）耳膜呈圆形直径10mm，平均面积约80mm2，厚度0.1mm。53）空气密度1.237kg/m3。4）所乘坐飞机是在国内最常见的空中客车A320，成45度夹角爬升，两台151千牛顿发动机，起飞质量70000kg。65）人体密度1.02×10-3kg/m3。7如以此为基础计算，那么：飞机爬升时在与水平成45度角爬升方向上的加速度=151×2×1000/70000≈4.31m/s2。耳膜表面所受压强=耳膜在垂直其表面所受的压力/耳膜面积≈18499.49837×10-6Pa。以20×10-6帕的压力作为0dB基准值对耳膜压力进行计算8，乘坐空中客车A320起飞时，耳膜大约经受了60dB的压力，大小仅相当于在普通室内正常交谈声音。虽然有这么大的声音，但实际上我们除了感觉恶心难受以外什么也听不到，因为这时的耳膜没有反复地震动，只是简单地被挤压凸向一侧，即只有振幅而没有频率。现在，你的耳膜在已经有了“60dB”形变的基础上“来回运动”。因此，只有大于60dB的声音才能使它回位到平衡，并向反方向凸出。这种情况使得飞机加速上升时我们需要呼喊着说话。正常情况下，一个人在相距3米处以66dB的声音和你谈话时的情况，当在飞机上升下降时，你却感觉他仿佛在6米以外和你说话。这样的“耳膜耳鸣”听感在影院还音时是可以被我们所用的，以产生一种声音的深度感。但如此之大的加速度却是哪个影院也提供不了的。除非制作一些专门在飞机升降时播放的电影，当然还要准确地掌握起降时间和画面的对应关系，因为在飞机平飞时是没有这种“耳膜耳鸣”效果的。（三）电梯上升时人耳膜受压力的变化我国国标规定，额定速度2.5m/s的电梯的加速度要大于0.65m/s2，小于1m/s29。我们取其平均值0.8m/s2，可以计算出电梯上升时人耳膜所受压强等于2428.4169×10-6Pa。以20×10-6Pa的压力作为0dB基准值对耳膜压力进行计算10，大约是38dB的压力。如果将其转化成“振动的”声压，那么它比“在图书馆2米内的低语”的声音还小。所以，乘坐电梯时的“耳鸣”反应并不强烈，几乎只对一些听觉灵敏或身体不好的人起作用。因此，在上升或下降的电梯里交谈并不会感觉对方变远了。（四）耳膜处的压力潜水的情况比较简单。只要知道水深就可以得到相应的耳膜压力。一般来讲，不借助抗压头盔，普通人的裸潜深度大约在100米上下。这个了不起的记录在19世纪就被创造了。但是2000年1月，古巴人弗朗西斯科·费里拉在墨西哥湾创下了裸潜162米的最深纪录○11。潜到160米以下不戴抗压头盔，常人要实现是不太可能的。因为，耳膜是承受不了如此巨大的水压的。在粗略计算前，我们对需要的数据作以下的估计和约等：(2）地球重力加速度≈9.8m/s2。那么，我们便可计算出海洋160米深处的压强=1607200000×10-6Pa。以20×10-6Pa的压力作为0dB基准值对耳膜压力进行计算○12，这个深度的海水大约可以对耳膜产生令人吃惊的相当于158dB的压力。如果是来回震动的声音，这种压强可以瞬间震碎汽车窗玻璃！而人类的听阈上限在120-130dB，仅对应10米深的海水压力，即普通人在海水中潜水到10米就会感觉到耳朵刺痛难受。所以，我们很难想象那个叫弗朗西斯科的人能顶着158dB的巨大压力完成潜泳动作。除非他耳朵塞有东西，否则回到陆地时他一定什么也听不见了！现在我们假设正常人在3米处交谈时产生的声音为66dB。为了将这个讲话的人“推远”到100处，大概需要增加5倍的距离（因为3米×25=96米）。由于每增加一倍距离声音将衰减6dB。所以，在5倍距离远处的声音将衰减5×6dB=30dB。即从66dB减小到36dB。所以，为了将这个人“推远”到100处，则需要在我们的耳膜处产生大约65.9957dB的“耳膜耳鸣”。由于65.9957dB对应的压强值约为20000×10-6Pa，因此，这大概相当于滋出1.991cm高的水柱时所产生的压力。所以，只要在听众的耳道上加载大约两厘米左右的水柱就可以令电影画面近处的人听上去好像是在100米外和你讲话。由此我们只需要通过调节这个水柱的高度大小，就能令声源产生靠近或远离的深度感效果。当然，这种情况在生活中也是常见的。例如，游完泳或洗澡后耳道残留的积水厚度就在1-2厘米，这时面对你交谈的朋友仿佛离你很远。因此，水压可以被应用在影院的还音系统中来增加声音的深度感。六“耳套”的未来综上所述，为了在无环境声的情况下调节声音的远近深度，我们可以让观众带上一个左右各能滋出小水注的耳套，联到前面的座椅靠背上。根据画面声音的需要，同步抽取或注入几滴水滴以产生“耳膜耳鸣”来营造一种“环境声”和深度感。这时观众听到的声音与平时相比就会截然不同。它不仅推翻了