§ 5.8. Запись и воспроизведение звука в кино

Определения и обозначения

Звуковая фонограмма — запись звука на носителе, в кино обычно оптическая дорожка на киноплёнке. Её прозрачность или ширина меняется вдоль плёнки согласно звуковому сигналу. Фонограмма нужна, чтобы изображение и звук можно было переносить и воспроизводить при одном движении плёнки.

Модуляция света — управляемое изменение яркости светового потока под действием электрического сигнала. При записи она превращает колебания тока в чередование более светлых и тёмных участков дорожки. При чтении обратное изменение освещённости позволяет восстановить исходный сигнал.

Фотоэлемент — прибор, преобразующий свет в электрический ток. В звуковом тракте он считывает фонограмму: затемнение или осветление дорожки вызывает изменение тока. Обозначим скорость движения плёнки через v, расстояние между кадром и соответствующей записью через l, а задержку между ними через τ; тогда τ = l/v.

Как это устроено

Сначала звуковая волна действует на мембрану микрофона. Мембрана колеблется с той же частотой, что и звук, а микрофон создаёт электрический сигнал, меняющийся по форме и времени так же, как звуковое давление. Поэтому электрический сигнал можно использовать как удобный переносчик информации о речи, музыке или шуме.

При оптической записи электрический сигнал управляет источником света или специальным оптическим затвором. Чем сильнее сигнал в данный момент, тем заметнее изменяется световой поток, попадающий на движущуюся плёнку. После химической обработки на ней возникает дорожка, параметры которой повторяют форму сигнала, а не сам звук в виде механических колебаний.

Звуковая дорожка находится рядом с кадрами, но не обязана располагаться напротив соответствующего изображения. Такое размещение связано с устройством кинопроектора: кадр должен остановиться или быстро смениться в кадровом окне, а звук должен непрерывно проходить через считывающую систему. Поэтому между изображением и фонограммой заранее задают расстояние l и учитывают его при монтаже.

Во время показа плёнка движется с постоянной скоростью мимо узкой световой щели. Свет, прошедший через фонограмму, попадает на фотоэлемент и превращается в изменяющийся электрический сигнал. После усиления этот сигнал подаётся на громкоговоритель, где катушка и диффузор создают колебания воздуха; так электрическая запись снова становится слышимым звуком.

Синхронность сохраняется только при согласованном движении изображения и фонограммы. Если плёнка движется быстрее, частота воспроизводимого звука увеличивается, а его длительность уменьшается; при замедлении происходят обратные изменения. Кроме того, смещение плёнки или ошибка монтажа вызывают заметное запаздывание голоса относительно движения губ.

Этапы работы звуковой системы

Таблицу удобно читать слева направо: каждый этап передаёт информацию следующему преобразователю. Форма сигнала должна сохраняться, хотя его физический носитель меняется. Если нарушен хотя бы один этап, звук становится слабым, искажённым или несинхронным с изображением.

Разбор задач

Задача. Определение задержки фонограммы

Звуковая дорожка расположена на расстоянии l = 0,72 м от соответствующего кадра. Плёнка движется со скоростью v = 0,24 м/с. Определим, через какое время после прохождения кадра считывающая система воспроизведёт связанный с ним звук.

1. Запишем физический смысл величин. Пока кадр проходит кадровое окно, соответствующий участок фонограммы находится на расстоянии 0,72 м от считывающей щели. Значит, ему нужно пройти это расстояние вместе с плёнкой.

2. Используем связь пути, скорости и времени: τ = l/v. Подставим значения: τ = 0,72 м / 0,24 м/с = 3 с. Единицы сокращаются, потому что метр делится на метр в секунду.

3. Проверим результат по смыслу. При скорости около четверти метра в секунду участок длиной почти три четверти метра действительно проходит примерно за несколько секунд. Следовательно, при монтаже фонограмму располагают заранее так, чтобы эта задержка компенсировалась конструкцией аппарата.

Ответ: τ = 3 с. Это не означает, что зритель заметит трёхсекундную ошибку: в исправной системе расстояние между кадром и дорожкой специально учитывается, поэтому звук воспринимается синхронно с изображением.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Фонограмму принимают за сам звук. Звук существует как колебание воздуха, а фонограмма хранит информацию о нём в виде изменения оптических свойств плёнки. Проверка проста: спросите себя, может ли участок плёнки звучать без фотоэлемента и громкоговорителя.

Ошибка 2. Считают, что микрофон сразу записывает звук на киноплёнку. На самом деле сначала возникает электрический сигнал, затем он управляет светом и только после этого формируется фотографическая дорожка. Проверьте рассуждение, перечислив цепочку: звук, микрофон, электрический сигнал, свет, фонограмма.

Ошибка 3. Забывают о расстоянии между кадром и звуковой дорожкой. Из-за этого считают, что звук должен считываться напротив своего кадра, хотя плёнка движется и фонограмма проходит считыватель позже. Для проверки используйте формулу τ = l/v и следите за направлением движения плёнки.

Связь с другими темами

Тема связана с волновой природой звука: частота определяет высоту тона, амплитуда связана с громкостью, а форма сигнала влияет на тембр. Она также опирается на электромагнитные явления и фотоэффект, поскольку свет преобразуется в электрический сигнал фотоэлементом.

С цифровой записью сравнение показывает общий принцип: информацию сначала преобразуют в электрический сигнал, сохраняют, а затем восстанавливают. В цифровой системе сигнал кодируется числами, а в оптической фонограмме форма записи непрерывно изменяется вдоль плёнки.

Что запомнить

• Звуковая фонограмма — оптическая запись звукового сигнала на киноплёнке.
• Микрофон преобразует звуковые колебания в электрический сигнал.
• При записи электрический сигнал управляет светом и формирует дорожку на плёнке.
• Фотоэлемент превращает изменения освещённости фонограммы обратно в электрический сигнал.
• Усилитель и громкоговоритель преобразуют сигнал в слышимый звук.
• Задержка между кадром и фонограммой определяется формулой τ = l/v.
• Синхронность требует постоянной скорости плёнки и точного учёта расстояния между изображением и звуковой дорожкой.