[譯文]JOAL教程
原文地址：http://jogamp.org/joal-demos/www/devmaster/lesson7.html
原文作者：Athomas Goldberg
譯文：三向板磚
轉載請保留以上信息。
本節課程對應的學習筆記：http://blog.csdn.net/shuzhe66/article/details/40393371
第七課多普勒效應
本文是DevMaster.net(http://devmaster.net/)的OpenAL教程對應的JOAL版本。C語言版原文作者爲JesseMaurais
真實世界當中的聲學
我知道，讓大家複習高中學習的物理知識是非常無聊的，但還是遷就一下吧。多普勒效應對於某些人來講是一個非常複雜的概念，但它確實是一個合乎邏輯的過程，當你深究下去後會覺得裏面有些內容很有意思。爲了理解多普勒效應，我們首先需要正確的理解“聲音”到底是什麼。大體上講，聲音是你的大腦對空氣中傳過來的壓縮波所進行的解釋。當空氣受到擾動時會從擾動點開始產生壓縮空氣分子的球狀波動，並從產生點向外擴散。考慮下面的圖：
左圖中紅色的大寫S表示聲源位置，紅色大寫的L代表着你（你已經猜到了），也就是聽衆的位置。聲源與聽衆都未移動。聲源向外不斷髮射着壓縮波，它由藍色圓圈表示。聽衆正準確的聽到聲源所產生的聲音，就像圖中這樣。由於沒有移動，多普勒效應並沒有出現在這個例子中，它僅僅會在由於運動而造成聲波變形的情況下發生。
這裏你可以將圖片想象成一個動畫，聲源不斷產生聲波（也就是圓圈），並隨後由產生點沿半徑方向向外擴散。池塘裏德漣漪是一個與之相似的好例子。當你向平靜的水體投入一枚石子後，它會由落點向外發射一些波紋。無論你信不信，水波與聲波確實具有相同的物理性質。但這與多普勒效應有什麼關係呢？
請看右圖：哦，這裏發生了什麼？聲源開始移動了，這裏由紅色的箭頭來表示。實際上聲源正以一定的速度向聽衆移動。特別注意一下，新產生的波在之前波的內部移動，方向與產生它們的聲源運動路徑相同。這是多普勒效應的關鍵。本質上講，這裏發生的事情就是聲源在其運動路徑上發出多個波，但波自身不會隨着聲源移動，而是從發出點開始向外擴散運動。
那麼，這個效應是如何影響到聽衆的聽覺呢？再來看一下上面的圖，處於聲源與聽衆間的聲波被某種程度地壓縮了，這將使其一起到來而且聽上去就像播放的更快了。這裏討論的是聲音的頻率，聲波間的距離影響着聲音的頻率。當產生聲音的聲源處於移動當中時，會造成頻率的改變。你還會發現在空間中的不同點聲波間的距離也不同。例如，在聲源運動的反方向（之前運動的軌跡）聲波間的距離變得更廣了，這將導致頻率的降低（距離與頻率成反比）。這意味着，聽衆實際聽到的頻率取決於其具體位置。
聽衆的運動同樣會影響到頻率，但這樣的場景太難想象了。如果聲源不動而聽衆向其移動，那麼聽衆聽到的實際頻率與剛纔討論的聲源移動例子結果相同。
如果這些讓你感到困惑，不妨看看下面兩幅圖：
這兩幅圖以正弦波的形式表現出兩個不同的聲音。先來看第一個，將它的波峯想象成聲音實例。波形的最高點對應於之前兩圖中的藍色圓圈，波谷則對應於藍色圓圈之間的距離。第二個圖代表了壓縮波。當你比較兩圖時可以發現明顯的不同。在相同大小的空間中，第二幅圖顯然容納了更多的波。換種說法，它們出現的更多，更具規律性，而且更加頻繁。
給想知道更多的人的一點附加信息：波速代表着聲音的速度。如果聲源速度大於波速，它將突破音障。
OpenAL中的聲學
好了，現在你已經理解了上面那篇關於多普勒效應的長篇大論，或者你跳過了它，已經完全理解多普勒效應而僅僅想知道它是如何對OpenAl渲染管線起到作用的。我認爲開始這一部分的最好方式是直接引用OpenAL文檔中的話：
“多普勒效應的影響取與決介質中聲源與聽衆的的速度，以及聲音在介質中的對應傳播速度” ——第三章第七節。
我們可以把它理解爲有三種因素決定了聽衆最終聽到的聲源頻率。它們是聲源速度、聽衆速度以及定義好了的波速。當我們提及“介質”時，是指聽衆與聲源同時“處在”的材料。舉例來講，水中的聲音與空氣中的聲音聽上去差異很大。空氣與水就是不同介質的典型代表。聲音聽起來如此不同的原因在於不同介質的分子密度不同。就像我們之前所說的，聲音僅僅是空氣中分子的運動。分子密度高的介質其聲音出現明顯不同，原因在於其分子間的接觸更爲緊密，而這，將使聲音的傳播更加容易。另一個相反的例子，想象一下太空，這裏的分子密度極低，實際上只有零零散散的分子（主要是氫），這就解釋了太空中無法聽見聲音這一現象。
好了，回到我們的話題，OpenAL從本源上幫助我們計算多普勒效應，所以我們僅需提供一些參數來影響計算結果即可。這裏我們所做的也許並不是逼真的渲染，而是希望擴大或縮小多普勒效應所帶來的影響。計算公式是這樣的：
shift = DOPPLER_FACTOR * freq * (DOPPLER_VELOCITY - l.velocity) / (DOPPLER_VELOCITY + s.velocity)
使用大寫字母表示常數。“l”與“s”表示聽終於聲源。“freq”表示未發生頻移的波，而“shift”表示頻移後的波。術語“頻移”恰當的關聯了改變的頻率，我們從現在開始將使用它。最終頻率的改變將會由OpenAL採樣並應用到所有受影響的音頻流中。
我們早已學會使用‘AL_VELOCITY’作爲‘alListenerfv’及‘alSourcefv’函數的參數來定義聲源與聽衆的速度，當加載文件時‘freq’參數由緩衝區屬性直接獲得。一下函數則用來設置上面公式的常量：
public void alDopplerFactor(float factor);
public void alDopplerVelocity(float velocity);
對於‘alDopplerFactor’函數來講，任何非負數都被接受。送入任何負數將導致錯誤標記置爲‘AL_INVALID_VALUE’並忽略操作。0是一個合法的參數，這樣將會關閉多普勒效應並可能帶來性能的提升（但並不怎麼理想）。多普勒因子對等式帶來的直接影響非常大，1.0並不會改變等式，0到1的數值將會降低多普勒效應所帶來的影響，而大於1的任何數將會擴大影響。
對於‘alDopplerVelocity’來講，任何正數將被接受。送入0或負數均會導致錯誤標記置爲‘AL_INVALID_VALUE’並忽略操作。多普勒速度從本質上將應該是聲音的速度，這一參數好比設定聲音在介質中的速度。OpenAL並沒有介質的概念，但這個參數將給出與介質相同的影響。OpenAL中同樣沒有單位的概念（公里、英里、秒差距[長度單位，約和3.26光年——譯註]等），所以請記住設置的這些常數與你之前在應用中定義的長度單位相關。