前言
我是一名在心动网络从事音频相关工作的技术人员，有的人称我们为音频程序员，有的人称我们为技术音频，也有的称我们为TA（TechAudio）。这些对我来说，没有明显的不同——说到底，我们的存在都是为了解决项目中声音方面的问题，在尽可能满足声音设计师需求的同时，提升声音的生产效率及其在游戏中的使用表现。今天，我想站在一个技术的视角，与大家分享声音在游戏引擎中的工作原理与优化思路，以下都是个人之见，如果有说的不对或者模糊的地方，欢迎随时私信与我交流。
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首先，我想谈一谈声音，什么是声音，这个词对我们来说熟悉又陌生——熟悉，因为我们几乎每时每刻都在与它打交道，当你用键盘打字，与人沟通，都会发出声音；陌生，是因为我们很难用简要的文字去描述声音到底是什么。
图1什么是声音
在我的理解中，声音的本质是振动，声源运动对空气分子产生挤压，使其形成疏密相间的纵波，纵波以声源为中心向外逐渐扩散并逐渐衰减，直至彻底消失。在这个过程中，若震动被我们的耳朵捕获，由外耳道到达鼓膜，振动传播介质转换为固体，进而传达至听神经， 以神经脉冲的形式到达我们的大脑，并经由大脑对信息的处理、统合，形成听觉。
图2声音通过人耳传达至大脑
对人类来说，并不是所有频段的声音都能被感知到，一般情况下，人耳可以识别的声音频段处于20–Hz之间，不排除有些人可以听到这个频段以外的声音，人耳对于Hz至Hz的频率最敏感，在此频段之下或之上，便需要更高的声强才能产生相同的“响度”感知。说到频段，不得不提到一个名词，分贝，它是一个对数单位，用于表示两值之比，通常我们习惯用分贝（dB）来描述声音强弱，当然我们也可以使用帕斯卡，前者是声压级的测量单位，后者是声压的测量单位，从某种程度上来说，使用分贝可以更方便对声音的强弱进行观测，本质并没有区别。
图3等响曲线图
简单了解了什么是声音之后，我们再来看一下它在空气中传播的一些规律，以点声源为例，我会将它归纳为吸收、反射与衍射三种。
声音的吸收，指点声源是呈球形扩散，在传播过程中，遇到物体表面后部分被吸收。
图4声音传播到达障壁发生吸收与反射
此外，在空间中的传播受到大气的吸收也会导致其能量产生衰减，但是大气的吸收对声音整个频段的影响不是均匀的，越高的频率受到吸收的效果越大。这也是为什么，远处的声音往往听起来更低沉浑浊，近处的更丰富饱满。
声音的反射，当传播遇到物体表面以后，部分声音被吸收，一部分声音将被反射，如果声音发出后直接到达聆听者，我们称作直达声。当声音发出后并非直接到达聆听者，而是经过物体表面部分吸收之后，经一到两次反射到达聆听者的声音，我们称之为早期反射，早期反射的时间范围通常是取直达声以后50ms-ms；声音发出后，经过表面反射数次，主要指早期反射之后的反射声，相互干涉后再到达聆听者的声音，为后期反射，也叫后期混响。这里再介绍两个在录音行业出现频率比较高的名词，干声与湿声，其中，干声是指从拾音设备到声音记录设备的原始声音信号，中间没有经过任何后期处理（如添加混响效果器等）或硬件串联；湿声是指从拾音设备到声音记录设备的过程中，经过后期处理或串联了其他设备得到的声音信号。
图5直达声、早期反射、后期反射
声音的衍射，是指当声音在传播过程中遇到障碍物或空隙时，传播方向发生变化而绕过障碍物的一种现象。
图6声音的衍射
除了声音在传播中会发生吸收、反射、衍射等现象，声音与声音之间会出现相位干涉，多种声波发生重叠时，同频段的声音波幅会发生叠加。简单解释一下，相位是指声波在它的一个周期里某一时刻所在的位置，拿最容易理解的正弦波举例，现在有两个频率一样、振幅相同的正弦波，如果它们相位处处一致，那么它们叠加后的声波振幅会得到加强，声音听起来变得更响；如果它们相位处处相反，由于它们频率与振幅相同，叠加后彼此抵消，声音被消除； 一种情况是相位干涉，如果它们相位既不完全相同，也不完全相反，这种情况下，在同频段的波幅会发声叠加。
图7同相、异相、相位干涉
我们一般在搭建录音棚时，经常需要考虑到用不规则的表面以及吸音性能良好的材质来进行内壁的设计，这是为了防止声音经过反射与原来的声波相互干涉，产生驻波或梳妆滤波现象，影响室内采集的效果及聆听者的听感体验。
图8录音棚图示
此外，我们所使用的降噪耳机，也是使用声音之间相互干涉的特性，制造一种与环境噪声相位相反，频率、波幅相同的声波与其相互抵消。
图9降噪
讲完静止的声源，我们再来看看动态的声源，当声源与聆听者都处于相互运动的状态时，聆听者接收到的波的频率与声源实际发出的频率是不相同的，这种现象，我们称之为多普勒效应。在日常生活中，多普勒效应随处可见：当汽车从远处驶过来，由于波长相对变短，频率变高；反之则由于波长相对变长，频率降低。
图10多普勒效应图示
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前面我们介绍了声音在自然界中的一些特性，那么游戏中的声音又是什么呢？当我们将采集到的声音信号制作成声音资源，放到游戏里，它尚不具备在自然界中声音的全部特性，这个时候我们需要声音引擎——通常在游戏追求声音表现的真实性时，它的职责是在人耳可感知的范围内，尽可能对声音在自然界中的听感进行还原。那么游戏中的声音引擎，到底做了些什么？
图11
首先是声音的生成与播放，我们游戏的声音资源哪里来——由设计师进行采集加工制作而成。放到游戏中以后，它虽然只是一个的音频文件，但是本质上，它代表着这个声音样本的 品质，后期的一切处理都是对它的约束与限制。声音引擎在这个阶段要做的就是当在游戏中触发了某些事件以后，生成这些事件对应的声音，过程包括解码、渲染声音，或是通过DSP算法实时合成出声音。
解决了基本发声问题以后，我们便需要开始
