有没有注意到，当你深入游戏时，你会听到各种各样的声音，如脚步声、爆炸声和环境噪音，所有这些声音似乎都与你的行动完全吻合？这些声音大多是由才华横溢的音效设计师预先录制的音频样本。

这些音频小片段也有多种形式，包括单声道（如一声枪响）或循环（如飞船引擎持续的嗡嗡声）。不过，你可能不知道的是，并非所有视频游戏中的声音都来自预先录制的样本。有些声音是在你玩游戏时即时产生的。

这就是我们所说的程序化音频，我喜欢把它看作是游戏的个人小作曲家。有了它，我们就能在游戏过程中动态创建声音，而无需依赖预先渲染的音频文件。这意味着当角色踩在碎石上时，每次听到的声音都可能略有不同，从而让游戏更有身临其境的真实感。

在本指南中，我们将介绍有关程序音频的所有知识，包括其历史、工作原理以及在现代游戏中使用的一些很酷的示例。

因此，无论你是一名崭露头角的音效设计师，还是只是对你喜爱的游戏背后的技术感到好奇，都请继续关注我们！我们有很多内容要介绍。

什么是程序音频？

程序化音频是游戏声音设计的一个迷人方面。其理念是在运行时创建声音，或在您玩游戏时即时生成声音，而不是预先录制并回放。

通俗地说，程序音效设计是根据预先确定的行为来制作音效。把它想象成一个系统，当角色在不同的表面上行走时，它知道如何产生脚步声，而不需要为每一步预先录制样本。相反，它能实时合成声音，让每个脚步声都略显独特。

这种技术类似于游戏其他部分的程序生成，如环境艺术和关卡设计。就像每次玩游戏时，游戏可能会创建一个新的森林或地牢布局一样，程序音频也会根据游戏的当前状态和你的互动来创建你听到的音效。

通过使用程序化音频，音效设计师可以创造出深度整合的音效，以连贯可信的方式对玩家的操作和游戏环境做出反应。

不过，使用常见的程序化声音设计技术也有其利弊。

其中一个主要挑战是确保声音的高质量和逼真性的复杂性。与使用预先录制的样本相比，制作令人信服的程序音频对技术要求更高。此外，它可能需要更多的 CPU，这可能会影响游戏的性能，尤其是在低端系统上。

程序音效设计史

在早期的游戏中，程序化音效设计不仅仅是一种艺术形式。它是声音的必需品。早期游戏系统的内存有限，无法满足预先录制的音频样本的存储需求，而程序化音效则是另一种选择。这种限制促使开发人员在游戏过程中实时生成声音。

游戏音频始于 1972 年 Magnavox Odyssey 上的经典游戏《Pong》。有趣的是，最初的 Magnavox Odyssey 根本不带任何声音。是雅达利版本的 Pong 加入了声音，创造了历史。雅达利通过使用电视接口适配器（TIA）实现了这一目标，该硬件设计用于处理视频和音频输出。

TIA 可以使用两个振荡器产生声波。通过操纵这些振荡器，Atari 版的 Pong 可以产生简单而有效的音频，这标志着游戏中程序化声音设计的首次应用。

游戏中有三种主要声音，每种声音都是按程序生成的：

• 第一个声音是球击中球拍时发出的 "嘟嘟 "声，为球员提供了击球时的即时声音反馈
• 第二种声音是球与墙壁碰撞时发出的更低沉的乒乓声，与球拍击打的声音有所区别。
• 第三声是更高的得分声，表示得分成功。

虽然以今天的标准来看，这些声音是最基本的，但它们为游戏增添了一层新的参与感和反馈，这对于身临其境的游戏体验至关重要。

当然，随着技术的发展，程序音频的复杂性和质量也在不断提高。

程序音频的演变

20 世纪 70 年代末，程序音频开始在各种游戏机上出现。这个时代的三款著名游戏机分别是雅达利 2600、飞兆 F 频道和百利 Astrocade。这些游戏机都利用程序化音频在硬件限制的条件下增强了游戏体验。

20 世纪 80 年代的进步进一步推动了游戏音频的发展。

1983 年，Vectrex 将音频合成技术推向了一个新的高度，而任天堂则在 1985 年发布了任天堂娱乐系统（NES），取得了长足的进步。NES 使用五通道音频系统，支持从 54Hz 到 28kHz 的更宽频率范围，并可进行音调弯曲。超级马里奥兄弟》（Super Mario Bros.）等标志性游戏为程序音频树立了标杆，其硬币收集的 "乒乓 "声、电源启动的 "蘑菇 "声和 "跳跃 "效果等声音令人难忘。

到 1986 年，世嘉主系统（Sega Master System）为游戏音频带来了更大的发展。它采用了采样和电子合成技术，使用四个音频通道（三个用于音乐，一个用于音效）。主系统配备了雅马哈公司生产的 YM2413 芯片，该芯片与专业合成器中使用的芯片相同，大大提高了音质和音效的复杂性。

随着 1988 年世嘉巨型驱动器（Genesis）和 1990 年超级任天堂娱乐系统（SNES）的发布，音频技术继续发展。这两款游戏机都引入了更先进的音频功能，包括更高质量的采样和更多的声道，以获得更丰富的音效。

然而，直到 1994 年世嘉土星（Sega Saturn）的发布，我们才看到了游戏音频发展史上的另一个重要里程碑。它配备了音效芯片和音效处理器，能够支持高达 16 声道的音频和 44.1kHz 的 CD 音质，为我们所期待的现代游戏中的高品质音效奠定了基础。

预录音效和音乐

1994 年，随着索尼 PlayStation 的发布，游戏世界发生了巨大的变化。这款游戏机的音频功能大幅升级，提供 44.1kHz 采样率和 24 声道立体声音频。PlayStation 的音效芯片改变了游戏规则，可实现混响效果和循环播放。

有了新发现的灵活性，作曲家和音效设计师可以创造更复杂、更身临其境的音频景观，丰富每个玩家的体验。

在 PlayStation 时代之前，为游戏制作音频需要对音频编程和程序音频有深入的了解。制作音效的人需要精通复杂的编码和信号处理，才能生成和实现音效和音乐。这使得制作过程非常耗费人力，而且往往限制了那些对音乐有兴趣但技术不那么熟练的人的创造力。

在许多方面，PlayStation 通过将预先录制的音效和音乐轻松地应用到游戏中，彻底改变了这一过程。作曲家和音效设计师不再需要担心程序音效的复杂性。取而代之的是，他们可以专注于创造高质量的音效和音乐，然后将其交给开发人员整合到游戏中。

程序音频过时了吗？

尽管预录音效和音乐的兴起，程序音频还远未过时。许多后 PlayStation 时代的游戏继续利用程序音频的数学模型。让我们来看看其中最受欢迎的几款游戏。

使用程序音频的现代游戏

孢子

在 2008 年的开创性游戏《孢子》中，音频程序员亚伦-麦克莱伦（Aaron McLeran）和肯-乔利（Ken Jolly）采用了先进的程序音频技术，创造出了动态的、身临其境的听觉体验。

他们使用了名为 libpd 的 Pure Data 改进版，这是一个可嵌入的音频合成库，旨在将 Pure Data 的强大功能集成到其他应用程序中。Pure Data 是一种用于多媒体的开源可视化编程语言，广泛应用于交互式计算机音乐和音频创作。

Libpd 允许团队根据游戏中无限变化的变量生成音乐和环境音效。例如，当玩家创造和进化自己的生物时，这些生物发出的声音就会实时生成，反映出它们的独特特征和行为。

程序音频的使用确保了每位玩家都能在游戏中获得独特的个人体验。

无主的天空

无人驾驶的天空》（No Man's Sky）是程序化音效设计如何创造丰富而动态的游戏世界的又一个典型例子。开发团队面临着一个独特的挑战，那就是如何制作能适应游戏程序生成宇宙的配乐。由于游戏中的大部分资产，包括行星、生态系统甚至生物，都是通过算法生成的，因此传统的预录配乐无法满足需要。

为了应对这一挑战，Hello Games 的团队采用了 Wwise 音频中间件，特别是名为 VocAlien 的定制插件。该工具对于合成游戏中各种独特生物的声音至关重要。VocAlien 可根据每种生物的特征（如大小和类型）生成声音，确保每种声音都合适而独特。

游戏中的程序化音频系统还允许创作者 "表演 "声音。这意味着所创建的音景不是静态录音，而是根据生物的基本动画和行为实时变化的动态音频片段。

因此，您在探索过程中听到的声音与屏幕上的操作和环境条件密切相关。

精英危险

2014 年大火的科幻太空探索在线游戏《危险边缘》（Elite Dangerous）采用了程序化音效设计，为身临其境的游戏音效设定了很高的标准。该游戏的开发人员采用程序化技术来创建动态和自适应的声音，尤其是飞船引擎和图形界面的声音。

迷你地铁

迷你地铁》（Mini Metro）是 2015 年推出的一款极简地铁模拟游戏，它使用程序化音频创建了一个自适应的、引人入胜的配乐，增强了游戏性。开发商 Dino Polo Club 希望从一开始就融入程序化音乐，利用程序化技术的优势来配合游戏的动态性质。

作曲家 Rich Vreeland 使用了一个程序化音乐系统，该系统会对玩家的操作和不断变化的地铁系统做出响应。游戏中的每个城市都有自己的音乐特质，如节奏和和声选择，这些特质会根据玩家如何建造和改变地铁线路而动态变化。

正义事业 4

在《正当防卫 4》中，当玩家在车流中经过 NPC 车辆时产生的 "嗖 "的声音效果，开发人员使用了程序化声音设计。这种效果是通过 FMOD 音频中间件的运行时合成创建的。

这种 "嗖 "的声音效果是用白色和棕色噪音混合合成的。白噪声在不同频率下具有相同的强度，可产生一致的嘶嘶声，而棕色噪声在较低频率下具有更强的能量，可产生更深沉、柔和的声音。

通过以不同比例混合这两种噪音，该团队能够根据游戏中的几个变量（如与 NPC 车辆的距离、这些车辆的速度以及玩家车辆的速度）来改变组合声音的输出。

通过这种方法，游戏引擎中的音效能够动态地适应玩家的操作和环境。

最后的思考--展望程序化声音设计的未来

程序音效为现代游戏提供了极大的灵活性。音效设计师可以创建动态和自适应的音效，实时响应玩家的操作和环境变化，确保每个玩家的体验都是独一无二的，同时通过提供适合特定游戏环境的音效来增强沉浸感和参与感。

不过，尽管程序化音频具有诸多优势，但采样音频仍是实现最高保真度和真实性的黄金标准。预先录制的采样能捕捉真实世界声音的细微差别和自然特征，提供无与伦比的音频质量。为什么不从采样库中的数百万首名曲采样中选择一些进行编程，而要自己合成呢？

展望未来，程序技术可能会继续发展，并增强传统的声音设计方法。通过将程序音效设计与采样音效相结合，游戏创作者将能利用这两种方法的优势，创造出更加动态和逼真的音效。