Systemy dźwięku wielokanałowego

Spis Treści

• 1. Wstęp

• 2. Początki dźwięku surround

• 3. Stereofoniczne systemy domowe

• 4. Dźwięk filmowy Dolby Stereo

• 5. Dźwięk surround w domu

• 5.1. Układy przestrzennego odbioru dźwięku Dolby Surround i Dolby Surround Pro Logic

• 6. Nadejście ery dźwięku cyfrowego

• 6.1 DVD - nowe oblicze Dolby Surround Digital

• 7. THX czyli kino domowe

• 8. Dokonywanie nagrań w systemie Dolby Surround

• 9. Literatura.

1. Wstęp

W obiegu znajduje się dziś tak wiele systemów dźwięku otaczającego, że nawet inżynierowie akustycy mają trudności z rozróżnieniem i samych systemów, i rozmaitych standardów wielokanałowego sprzętu akustycznego. Spróbuję tu przedstawić dokładną historię dźwięku otaczającego wraz z przeglądem najnowszych konstrukcji oraz terminów stosowanych w przemyśle, jak AC-3, Virtual Surround, MPEG, Surround 5.1, a także innych związanych z nimi zagadnień.

2. Początki dźwięku surround

Pierwszy format dźwięku wielokanałowego, który odniósł sukces komercyjny, został opracowany we wczesnych latach pięćdziesiątych z przeznaczeniem do stosowania w kinach (rys. 1).

Format kinowy	Rok	Format konsumencki
Fanatasia	1941
Taśma magnetyczna 35/70mm (4...6 kan.)	1950
	1958	Dźwięk stereo na płytach długogrających (2 kanały)
	1961	Radio FM stereo (2 kanały)
	1970	Dolby B (redukcja szumów)
	1972	Kasety wideo (monofoniczne)
Dolby stereo 35 mm z zapisem optycznym (4 kanały matrycowane)	1976
Stereo surround (taśmy magnetyczne 70 mm)	1978	Kasety wideo stereo (2 kanały)
	1980	Dysk laserowy ( 2 kanały)
	1982	Dolby surround (3 kanały) Compact disc (2 kanały)
	1986	Telewizja stereo (2 kanały)
Dolby Stereo SR z zapisem optycznym (4 kan. matrycowane)	1987	Dolby Pro Logic 94 kanały)
Dolby Stereo Digital (zapis optyczny 5.1 kan.: 3/2/sub)	1992	Dolby Surround Digital (5.1 kan. : 3/2/sub)
	1993	Standard Dolby Digital dla cyfrowej TV w USA
	1994	Laser disc z dźwiękiem Dolby Surround Digital
	1995	Standard Dolby Digital dla DVD
	1996	Produkty DVD i PC z Dolby Digital w USA

Początkowo systemy wielokanałowe rozwijały się i były związane tylko z kinem. Wynikało to między innymi z tego, że kino czuło się zagrożone ze strony dynamicznie rozwijającej się telewizji. Kinowe systemy nagłaśniania w zasadzie od początku związane były z co najmniej trzema niezależnymi kanałami dźwiękowymi. Wynikało to z ograniczonej możliwości stosowania klasycznej stereofonii w kinie.

Stereofonia dwukanałowa posługując się dwoma głośnikami rozstawionymi w stosunkowo niewielkiej odległości (2...3m.) zapewnia stereofoniczny odbiór dźwięku tylko na dość wąskiej powierzchni. Słuchacze na widowni kina są rozmieszczeni na dużej powierzchni przed szerokim ekranem. Przy odtwarzaniu dwukanałowym dźwięku za pośrednictwem głośników rozstawionych w dużej odległości od siebie wystąpiłyby dalsze niekorzystne zjawiska. Gdyby źródło dźwięku przemieszczało się z jednej strony ekranu na drugą, występowałyby zauważalne przeskoki dźwięku z głośnika lewego do prawego i odwrotnie. W środku ekranu wystąpiłaby dziura dźwiękowa. Zdolność rozróżniania kierunku umiejscowienia źródeł dźwięku zależałaby w dużym stopniu od miejsca słuchacza na widowni. Dlatego w kinematografii wprowadzono system stereofonii trójkanałowej, który zwiększa obszar prawidłowej lokalizacji źródeł dźwięku.

W systemie stereofonii trójkanałowej wrażenie kierunkowego rozmieszczenia źródeł dźwięku uzyskuje się umieszczając przed słuchaczem trzy odpowiednio rozsunięte głośniki: lewy, środkowy i prawy. Głośniki zasilane są trzema sygnałami odczytywanymi z zapisów dźwięku na trzech ścieżkach magnetycznych na taśmie filmowej odpowiednio: sygnałem lewym L, środkowym M i prawym. Można stosować również tylko dwa zapisy: sygnału lewego L i sygnału prawego P. W tym przypadku sygnał środkowy M., do zasilania głośnika środkowego, uzyskuje się przy odczycie przez dodanie sygnałów L i P.

Tak więc widać, że pierwsze prace na systemami wielokanałowymi były związane głównie z kinem.

W formatach Cinema Scope (4-kanałowy na taśmie 35 mm) i Todd-A0 (6-kanałowy na taśmie 70 mm) poszczególne kanały dźwiękowe zapisywane są na paskach materiału magnetycznego umieszczonego wzdłuż taśmy filmowej (rys. 2).

Charakterystyczną cechą filmowych formatów stereofonicznych jest występowanie co najmniej jednego kanału, którego sygnał zasila głośniki umieszczone z tyłu widowni. Początkowo kanał ten nazywany był kanałem efektowym, ponieważ zarezerwowano go do okazjonalnych efektów dramatycznych.

Mimo, że w latach sześćdziesiątych i wczesnych siedemdziesiątych filmowa technika stereo straciła swój impet z powodu dużego kosztu zapisu magnetycznego i krachu w przemyśle filmowym, realizatorzy dźwięku nie przerwali eksperymentów. Format 6-kanałowy na taśmie 70 mm zapewniał dość dobry stosunek sygnał/szum we wszystkich kanałach, postanowiono więc użyć kanału efektowego do pokrycia widowni silnie rozproszonym dźwiękiem i niskim poziomie. W wyniku doświadczeń okazało się, że kanał ten nadaje się nie tylko do prezentacji nielicznych efektów dźwiękowych, ale także znakomicie podnosi realizm akcji. Wykorzystanie dużej liczby głośników umieszczonych po bokach i z tylu widowni do wytwarzania silnie rozproszonego pola dźwiękowego zostało określone mianem dźwięku surround, a kanał efektowy przemianowano na kanał surround.

3. Stereofoniczne systemy domowe

W eksperymentach prowadzonych przez Bell Laboratories jeszcze w latach trzydziestych używano 3 odrębnych kanałów dźwiękowych, początki techniki stereofonicznej związane były z 4-7 kanałami, natomiast gdy w 1958 roku opracowano format stereofonii domowej, użyto tylko dwu kanałów. Dlaczego?

Dwa niezależne kanały (prawy i lewy) były po prostu wszystkim, co panująca powszechnie technika zapisu płytowego LP była w stanie osiągnąć. Stereofonia dwukanałowa przyjęła się bardzo szybko na rynku głównie z tego powodu, że stanowiła ogromny postęp wobec stosowanego wcześniej zapisu monofonicznego tak, że koszty związane z jej wprowadzeniem były nieduże. Kilka lat później wprowadzona została stereofoniczna radiofonia FM, co dodatkowo utrwaliło określenie ?stereo? jako synonim systemu dwukanałowego.

Wiadomo również, że dokonywano eksperymentów z urządzeniami czterokanałowymi (kwadrofonicznymi). Wymagał on dwóch dodatkowych głośników (tylnych). Aby zapewnić kompatybilność z systemem dwukanałowym opracowano wiele metod kodowania i dekodowania czterech kanałów na dwóch ścieżkach. Wiele z tych metod opierała się na technice matrycowania, w której sygnały kanałów tylnych dodawane są z różnymi fazami do kanałów głównych. Jednak ze względu na brak kompatybilności między systemem kodującym a systemem dekodującym, do czego dołączył się słaby marketing, ten system nie przetrwał długo. Przysłowiowym gwoździem do trumny była opinia użytkowników, którzy zauważali tylko niewielkie polepszenie odsłuchu w porównaniu z klasyczną stereofonia dwukanałową.

4. Dźwięk filmowy Dolby Stereo

W 1976 roku Dolby Laboratories wprowadziło nowa technologię zapisu dźwięku, przeznaczoną dla filmu 35-mm - Dolby Stereo. Dotychczasowy zapis na ścieżkach magnetycznych nie był kompatybilny z pierwszymi filmami monofonicznymi z lat trzydziestych gdzie zapis odbywał się na ścieżce optycznej. W celu zapewnienia kompatybilności z taśmami monofonicznymi konieczne było umieszczenie nowych śladów stereofonicznych w tym samym miejscu, co ślad monofoniczny. W wyniku eksperymentów okazało się, że z odpowiednią, wysoką jakością można zapisać w ten sposób tylko dwa kanały i to pod warunkiem użycia systemu redukcji szumów Dolby A.

Dwa kanały dla stereofonii kinowej to jak pisałem już wcześniej stanowczo za mało. Oprócz tego określenia ?stereo? i ?surround? stały się dla większości producentów filmowych synonimami i nikt nie wyobrażał sobie dobrego systemu dźwiękowego bez kanału surround. Firma Dolby Laboratories zdecydowała się wiec na kodowanie czterech kanałów informacji na dwu ścieżkach optycznych taśmy. Zapewniono w ten sposób kompatybilność i wysoka jakość odtwarzania.

Opracowana metoda kodowania wywodzi się z wykorzystywanej w systemach kwadrofonii domowej techniki matrycowania jednak z ta różnicą, że kodowane sygnały są zgodne z normą kinową czyli: lewy, prawy, centralny i surround (rys. 3,4)

System Dolby Stereo z zapisem optycznym okazał się niezwykle praktyczny i bardzo szybko zdobył uznanie na rynku. Obecnie na całym świecie znajduje się ponad 21000 sal kinowych wyposażonych w dekodery Dolby Stereo, a niemalże wszystkie filmy nagrywane są w tym formacie (ponad 4000 tytułów).

5. Dźwięk surround w domu

W 1958 roku, gdy wprowadzono płyty długogrające z zapisem stereofonicznym, dźwięk o jakości hifi był rarytasem. W latach osiemdziesiątych wysokiej klasy systemy stereofoniczne w domu stały się praktycznie normą. Technika audio, podobnie jak video, rozszerzała się obejmując nowe źródła sygnału (kasety magnetofonowe, Compact Disc), a także nowe sposoby odsłuchu muzyki (urządzenia przenośne, odtwarzacze samochodowe). Na tym tle w końcu 1982 roku zaprezentowany został system Dolby Surround, przeznaczony do użytku w domowych instalacjach video, płytach Laser Disc lub też transmitowanie w telewizji dwu kanałów kodowanych zgodnie z systemem Dolby Stereo. Specjalny dekoder Dolby Surround umożliwia zdekodowanie kanału surround, natomiast nowa wersja ProLogic daje dodatkowo możliwość uzyskania kanału centralnego (jej zaletą jest także rozwinięty układ sterowania identyczny, jak stosowany w kinach).

5.1. Układy przestrzennego odbioru dźwięku Dolby Surround i Dolby Surround Pro Logic.

Źródłem dźwięku w systemie Dolby Surround może być płyta kompaktowa CD., CD.-I, laserowa płyta wizyjna, taśma wideo, sygnał telewizyjny - satelitarny lub naziemny, oraz niektóre gry komputerowe CD-I.

Aby odtworzyć dźwięk w tym systemie jest niezbędne urządzenie z dekoderem Dolby Surround i zestaw głośników.

Dolby Surround czasami jest nazywany systemem 4-2-4, co wywodzi się z realizacji filmu kinowego 35 mm. Wówczas to dźwięk jest nagrywany dla czterech kanałów dźwiękowych lewego, prawego, centralnego i surround. W kanale centralnym zarejestrowane są dialogi, natomiast kanał surround przeznaczony jest dla efektów dźwięku wokół. Główną scenę dźwiękową tworzą dźwięki kanałów stereofonicznych lewego i prawego. Kiedy film jest kopiowany na nośnik jest on kodowany na dwa kanały. Sygnały foniczne kanału centralnego i surround są mieszane z sygnałami dla lewego i prawego kanału. Płytę zapisaną w systemie Dolby Surround można odtwarzać na urządzeniu stereofonicznym, ale bez wrażeń przestrzennych. Do uzyskania ich bowiem jest konieczny dekoder.

W pierwotnej wersji dekodera Dolby Surround dźwięk kanału centralnego wydzielonego dla ścieżki dialogowej był przesyłany razem z dźwiękiem dla prawego i lewego kanału. Wada tego systemu była niemożliwość lokalizacji źródeł dialogów. W nowej wersji dekodera - Dolby Surround Pro Logic kanał centralny jest wydzielony i dialogi wypowiadane przez aktorów mogą być dokładniej lokalizowane przez słuchaczy.

W obu przypadkach istnieje problem przesłuchów między kanałami, np. w głośnikach surround mogą być słyszalne dialogi. Przenikanie sygnałów redukuje się wprowadzając nieznaczne opóźnienie sygnału, filtry i system redukcji szumów Dolby B w kanale surround.

Czas opóźnienia dobiera się w zależności od usytuowania słuchacza względem głośników przednich i tylnych. Sygnał do głośników surround przechodzi przez filtr dolnoprzepustowy. Do głośników docierają tylko sygnały z pasma poniżej 7 kHz. Dodatkowo redukowane są szumy w układzie Dolby B i także przenikanie sygnałów wielkiej częstotliwości do tylnych głośników surround.

Konfiguracje odsłuchowe :

W obecnie produkowanym sprzęcie montowany jest już dekoder Dolby Surround Pro Logic. Do wyboru jest kilka propozycji rozdziałów sygnałów w poszczególnych torach.

W konfiguracji Phantom, która odpowiada wersji Dolby Surround bez centralnego głośnika, sygnał kanału centralnego jest dodawany do sygnału do lewego i prawego głośnika przedniego, a sygnał kanału surround jest doprowadzony do dwóch głośników tylnych. Aby słyszeć dialogi ze środka należy siedzieć w środku między głośnikami. W przeciwnym bowiem wypadku dźwięki będą dochodzić, np. tylko z lewego lub prawego głośnika bocznego i tylnego.

W trybie Wide (szeroki) sygnały dla głośników lewego, prawego i centralnego mają równy poziom basów.

W trybie Normal (normalny) głośnik centralny ma obniżony poziom basów w porównaniu do lewego i prawego głośnika. Dochodzą do niego tylko sygnały powyżej 100 Hz.

W trybie Dolby 3 nie są wykorzystywane głośniki tylne.

Kodowanie:

System kodowania dźwięku według standardu Dolby Stereo (rys. 5) jest identyczny dla Dolby Surround i Dolby Surround Pro Logic. Układy redukujące amplitudę o 3 dB są niezbędne do uzyskania po dekodowaniu tych samych mocy kanału centralnego i surround. Sygnał kanału surround przechodzi dodatkowo przez filtr środkowoprzepustowy (100 Hz - 7 kHz), który redukuje pasmo sygnałów o zbyt małych częstotliwościach, gdyż one nie wpływają na kierunkowość źródła dźwięku. Składowe o zbyt dużych częstotliwościach są eliminowane ze względu na konieczność minimalizacji przesłuchów. Nie osłabia to efektu przestrzennego,

ograniczenie pasma byłoby rozpoznawalne jedynie wówczas, gdy sygnał o pełnym paśmie przenoszenia byłby transmitowany wyłącznie przez głośniki surround.

Podstawowa konfiguracja dekodera Dolby Surround (rys. 6) umożliwia wyodrębnienie sygnałów lewego i prawego oraz sygnału monofonicznego surround, doprowadzanego do obu tylnych głośników. Sygnał kanału centralnego jest tworzony przez sygnały o identycznej amplitudzie i fazie, z kanałów lewego i prawego.

Separacja między kanałami:

Dolby Surround wykorzystuje właściwości psychoakustyczne człowieka, polegające na centralnej lokalizacji źródła dźwięku (kanał Phantom) pochodzącego z dwu kanałów, przy rozsuniętych głośnikach przednich. Efekt ten zakłócają przesłuchy między przednimi a tylnymi głośnikami surround.

Elektryczna separacja sygnałów kanału lewego lub prawego i kanału surround daje jedynie 3 dB, gdyż do obu kanałów jest dodawany, osłabiony o 3 dB sygnał kanału centralnego.

Subiektywną lokalizację źródła odbieranego dźwięku umożliwiają trzy elementy zastosowane w układzie dekodera:

układ opóźniający sygnał surround o 20 ms

Przy opóźnianiu sygnału wykorzystuje się tzw. efekt Haasa polegający na możliwości zlokalizowania źródła dźwięku, jeśli dźwięk z tyłu dociera z opóźnieniem. Podobnie przy jednoczesnym oglądaniu dwóch nieznacznie przesuniętych obrazów okiem lewym i prawym. Uzyskuje się obraz przestrzenny.

filtr dolnoprzepustowy 7 kHz

Amplituda sygnału przesłuchu rośnie z częstotliwością. Ograniczenie częstotliwości zmniejsza przesłuchy, dodatkowo powoduje efekt pozornego odsunięcia głośników tylnych, co jest korzystne dla słuchaczy siedzących w pobliżu głośników kanału surround.

układ redukcji szumów Dolby

Układ zbliżony do standardu redukcji szumów Dolby B zmniejsza zarówno szumy, jak i przesłuchy kanałów przednich.

Pasywny dekoder Dolby Surround, bazując na sygnałach lewego i prawego kanału, symulowanego kanału Phantom oraz surround umożliwia uzyskanie całkiem dobrych efektów przestrzennych. Niektóre dekodery Dolby Surround mają wyjście kanału centralnego do odtwarzania dialogów, ta korzyść ze względu na przesłuchy kanałów, lewego i prawego w kanale centralnym okupiona jest jednak zawężeniem bazy odsłuchu przestrzennego.

Koncepcja dekodera aktywnego - Dolby Surround Pro Logic

Projektowanie nowej generacji dekodera - Dolby Surround Pro Logic miało na celu stworzenie układu z lepszą separacją kanałów, co przyczyniałoby się do łatwej lokalizacji źródła dźwięku. Idea dekodera Dolby Surround Pro Logic polega na detekcji sygnału dominującego w danej chwili i jednoczesnym eliminowaniu przesłuchów w pozostałych kanałach, które nie biorą udziału w transmisji sygnału dominującego.

Sygnał dominujący może być przedstawiony w postaci wektora na osi współrzędnych (rys. 7). Wektory sygnału kanału lewego i prawego tworzą oś poziomą, wektory sygnału centralnego i surround oś pionową. Amplituda i kąt nachylenia wektora sygnału dominującego wynikają ze składowych tego sygnału, transmitowanych przez kanały (w przypadku przedstawionym na rysunku przez kanał prawy i kanał centralny). Dekoder w sposób ciągły analizuje sygnał P - L oraz C - S, aby wyodrębnić sygnał dominujący.

Pozostaje jeszcze eliminacja przesłuchów.

Składowa przesłuchu kanału centralnego jest dodawana do lewego kanału w fazie przeciwnej, przez co kanał ten pozbawiony przesłuchu.

Aby składowa przesłuchu była całkowicie wyeliminowana, amplitudy sygnału tych składowych muszą być jednakowe. Realizuje to sterowany wzmacniacz.

Podsumowując, dekoder Pro Logic stale bada ścieżkę dźwiękową wyszukując sygnał dominujący, uwypukla go i tłumi przesłuch. Efektem ubocznym jest zmniejszenie zdolności rozróżniania kierunkowości w stosunku do pozostałych, słabszych sygnałów, najczęściej stanowiących tło. Może się również zdarzyć, że dekoder, przy braku dominującego sygnału, zmieni się na jakiś czas w pasywny dekoder; ma to miejsce przy odtwarzaniu deszczu czy wiatru, ale wówczas dokładna identyfikacja kierunku kierunku nie jest niezbędna.

Schemat blokowy i działanie dekodera Dolby Surround Pro Logic

Schemat blokowy dekodera Dolby Surround Pro Logic jest przedstawiony na (rys. 8).

Układ dekodera analizuje, czy występuje sygnał dominujący, odejmując składowe P - L oraz C - S we wzmacniaczach różnicowych o charakterystyce logarytmicznej.

Komparator poziomu sygnału porównuje składowe z określonym sygnałem odniesienia, aby stwierdzić istnienie składowej dominującej. Jeśli taka składowa występuje, komparator przełącza stałą czasową układu, umożliwiając śledzenie przez detektor amplitudy sygnału dominującego. Dwie składowe C - S oraz P - L (mogące mieć polaryzację ujemną jak i dodatnią) zamieniane są w cztery napięcia sterujące: EL, EP, EC, ES, decydujące o wzmocnieniu ośmiu wzmacniaczy. Sygnały wyjść (8 wyjść wzmacniaczy), LP i PC są dodawane (i odejmowane) w układzie symulującym, dając w rezultacie sygnały L, P, C, S. Sumowanie odbywa się według określonych wag, założonych w układzie symulującym, aby m.in. wyeliminować wahania całkowitej mocy akustycznej, której poziom musi zostać zachowany. Pozostałe bloki układu spełniają takie funkcje jak w dekoderze pasywnym Dolby Surround.

Przedstawiony układ dekodera zapewnia teoretycznie separację między kanałami na poziomie 37 dB, a praktycznie osiąga się 30 dB. Jest to dużo zważywszy, że pasywny dekoder umożliwia uzyskanie 3 dB izolacji sygnału między kanałami.

Porównanie dekoderów:

System odbioru dźwięku	Dolby Surround	Dolby Surround Pro Logic
Dekoder	dekoder pasywny (I generacja dekoderów)	dekoder aktywny (II generacja dekoderów)
Liczba kanałów kodowanych	4	4
Liczba kanałów odbieranych	3 lub 4	4
Równoważnik kanału centralnego	ręczna regulacja eliminująca przesłuchy	automatyczna regulacja
Dźwięk surround	mono, 100 Hz - 7 kHz	mono, 100 Hz - 7 kHz
poziom przesłuchów miedzy kanałami	duży, rzędu 3 dB	znacznie zredukowany ok. 30 dB
Generator sygnału testowego	-	wbudowany
metody eliminacji przesłuchów	- ograniczenie pasma surround - redukcja szumów Dolby - opóźnienie kanału surround	- ograniczenie pasma surround - redukcja szumów Dolby - opóźnienie kanału surround - aktywna ekspozycja sygnału dominującego i tłumienie przesłuchów w układzie dekodera
Odbiór sygnału z kanału centralnego	możliwy jedynie dokładnie między głośnikami dla ograniczonej liczby słuchaczy	wyodrębniony kanał centralny umożliwia pełny odbiór przestrzenny szerszemu audytorium

6. Nadejście ery dźwięku cyfrowego

W lipcu 1992 roku po raz pierwszy został zaprezentowany nowy format dźwiękowy dla filmu 35mm Dolby Stereo Surround Digital. Charakterystyczną cechą tego systemu jest to, że pomiędzy otworkami taśmy filmowej zlokalizowano cyfrową ścieżkę optyczną nowego systemu sześciokanałowego (rys. 9). Ścieżka analogowa, także optyczna, umieszczona jest w tradycyjnym miejscu wzdłuż taśmy, umożliwiając odtworzenie filmu w dowolnie wyposażonym kinie (stereo, mono).

Dolby Stereo Digital dostarcza sygnał dla pięciu pełnopasmowych kanałów: 3 głównych - lewy, centralny, prawy, oraz dwóch surround (prawy i lewy) zasilających zespół głośników z tyłu i po bokach widowni; szósty kanał przenosi tylko najniższe częstotliwości przeznaczone dla subwoofera. Całkowitą liczbę kanałów tego systemu określa się jako 5.1.

W ciągu dwu lat od chwili wprowadzenia na rynek nagrano w Dolby Stereo Digital ponad 50 nowych filmów, a niemal 600 sal kinowych w 27 krajach zostało wyposażonych w odpowiednią aparaturę przystosowaną do pracy w tym systemie. Opracowanie Dolby Stereo Digital stało się możliwe dzięki technice kodowania oznaczonej Dolby AC-3. Umożliwia ona zapisywanie wysokiej jakości dźwięku wielokanałowego (5.1 kanałów) przy mniejszym zapotrzebowaniu na nośnik niż jeden kanał Compact Disc. Kompresja AC-3 została użyta także w opracowanym amerykańskim systemie telewizji HDTV oraz w telewizji cyfrowej w transmisjach satelitarnych.

Naturalną konsekwencją wprowadzenia do kin formatu Dolby SR-D było opracowanie domowej odmiany tego systemu. Dolby Surround Digital, bo tak nazywano wersję domową, zapewnia przeniesienie kanałów: lewego, prawego, centralnego, dwu niezależnych surround i opcjonalnie kanału subwoofera. Zastosowanie dwu kanałów surround daje większą głębię dźwięku, dokładną lokalizację i przede wszystkim podnosi realizm wrażeń. Duża separacja kanałów związana z zastosowaniem techniki cyfrowej daje możliwość użycia Dolby Surround Digital do reprodukcji zwykłej muzyki, audycji radiowych oraz różnorodnych formatów video. Materiał dźwiękowy zakodowany w Dolby Surround Digital może być dekodowany na wiele sposobów, w zależności od osobistych preferencji, wielkości przestrzeni odsłuchowej i możliwości finansowych użytkownika (rys. 10).

W chwili obecnej Dolby Surround Digital prezentowany jest z płyt Laser Disc oraz coraz powszechniejszego DVD. Dużą zaletą Dolby Surround Digital jest pełna kompatybilność z poprzednim Dolby Surround. Przede wszystkim wykorzystywana jest ta sama konfiguracja głośników, nie ma więc potrzeby zakupu dodatkowego sprzętu, oprócz tego nagrania zapisane w starszym systemie są niejako automatycznie dekodowane zgodnie ze standardem Pro Logic.

6.1. DVD - nowe oblicze Dolby Surround Digital

Jak dotąd największą rewolucję na rynku związaną z techniką cyfrową wywołało wprowadzenie płyty CD., dziś zresztą już nikt nie wątpi w wyższość tego zapisu nad analogowym Wielokanałowy dźwięk cyfrowy ma natomiast szansę zrewolucjonizować sposób reprodukcji dźwięku w domu i wnieść nowy składnik do oceny jakości dźwięku - wrażenie przestrzenne.

Obecnie coraz większą karierę robi DVD. Jest to niejako następca płyt CD. Odtwarzacze tych płyt w swoim założeniu mają być kompatybilne z płytą CD. Wyglądem płyta ta nie różni się prawie od płyty CD ale możliwy jest na niej zapis o wiele większej ilości informacji. Dzięki temu możliwy jest na niej zapis dźwięku wielokanałowego w systemie Dolby Surround Digital bez kodowania pogarszającego jakość dźwięku jak miało to miejsce na płycie CD. Dodatkową zaletą jest zwiększenie częstotliwości próbkowania do 96 kHz i zastosowanie przetwornika 24 bitowego co ma na celu dalszą poprawę jakości dźwięku. Jak można się zorientować, obserwując działania różnych firm zajmujących się wprowadzaniem na rynek standardu DVD, nadal stosuje się system 6 kanałowy (5.1 kanałów), mimo możliwości zapisu o wiele większej ilości kanałów. Jest to podyktowane kosztami (zwiększenie liczby kanałów to oczywiście większa liczba głośników droższy dekoder itd.) oraz trudności w realizacji takich nagrań (obecnie stoły mikserskie są już standardowo wyposażane w panel do nagrywania dźwięków dla systemów 6-cio kanałowych).

7. THX czyli kino domowe

Okazuje się, że najwyższej jakości sprzęt i mnogość kanałów nie gwarantują jeszcze przeniesienia akustyki kina do domu. Konieczne były dalsze badania i określenie specyficznych wymagań, jakie spełniać powinien sprzęt ?kina domowego?. Potrzebna jest radykalna korekcja tonalnego zrównoważenia i przestrzenności dźwięku, aby uzyskać właściwy odbiór ścieżki dźwiękowej, tworzonej w studiu pierwotnie na użytek kin. Oczywista jest różnica w wielkości pokoju i sali kinowej, różna jest akustyka wnętrz, właściwości stosowanych głośników. Aby ostateczne brzmienie upodobnić do siebie, wiele elementów typowego systemu Hi-Fi trzeba było zmodyfikować.

Sercem systemu THX jest dekoder Dolby Pro Logic lub Dolby Digital, za pomocą którego odpowiednio z dwóch (w pierwszym przypadku z nich) albo z jednego sygnału (w drugim) uzyskujemy cztery (w pierwszym z nich) bądź sześć (w drugim) niezależnych sygnałów.

Tak działa zarówno domowy, jak i kinowy system THX. Jednak domowy system musi zostać rozbudowany o kolejne funkcje, które upodobnią dźwięk uzyskiwany w ?kinie domowym? do dźwięku w prawdziwym kinie, jak również wezmą pod uwagę inne własności stosowanych głośników (rys. 11).

Pierwszą z tych funkcji jest podział częstotliwości w zwrotnicy (THX crossover). Głośniki główne (lewy, centralny, prawy) zostają odciążone od najniższych częstotliwości, które skumulowane są w kanale subwoofera. W systemie Dolby Pro Logic kanał basowy powstaje dopiero w zwrotnicy częstotliwościowej, czerpiąc sygnał dla siebie z trzech pierwotnych kanałów głównych, w systemie Dolby Digital kanał basowy występuje już na wyjściu dekodera, a w zwrotnicy jest poddawany tylko dodatkowej obróbce częstotliwościowej. W systemie Dolby Pro Logic wspólny dla obydwu głośników surround sygnał jest już w dekoderze pozbawiony najniższych tonów, dalej biegnie omijając zwrotnicę częstotliwościową, natomiast w systemie Dolby Digital niezależne sygnały surround lewy i prawy filtrowane są w zwrotnicy tak jak pozostałe.

W jednym i drugim systemie głośniki główne, nie przetwarzające najniższych częstotliwości, nie muzą być w związku z tym bardzo duże. Bez straty dla pasma przenoszenia całego systemu, jego mocy i dynamiki, mogą być głośniki średniej wielkości, co ułatwia ich ustawienie i obniża koszty. Widać jednak również, że subwoofer w systemie THX nie jest dodatkiem, ale jego niezbędną, integralną częścią.

Drugą funkcją obwodu THX jest taka korekcja charakterystyki częstotliwościowej sygnałów do głośników głównych, aby upodobnić brzmienie do otrzymywanego w studiu realizacyjnym i salach kinowych (THX RE-Equalization). Stwierdzono, że bez odpowiedniej korekcji dźwięk w mały pomieszczeniu jest zbyt ?jasny?. Znajduje to swoje wytłumaczenie m.in. w tym, że sala kinowa jest silnie wytłumiona widownią, która pochłania dużą część promieniowania wysokich tonów. W pokoju odsłuchowym duża powierzchnia płaszczyzn odbijających, a nie absorbujących (ściany, sufit), daje zupełnie inną akustykę i równowagę brzmienia. Korekcja polega więc na kilkudecybelowym obniżeniu poziomu wysokich częstotliwości.

Innym zabiegom poddawany zostaje sygnał do kanałów surround. Najpierw następuje zestrojenie brzmienia z kanałami głównymi (Timbre Matching). W dużej sali kinowej głośniki kanału surround umieszczone są w wielu miejscach. W ?kinie domowym? tylko w dwóch. Charakterystyka częstotliwościowa kanału surround jest więc poddawana odpowiedniej korekcji, upodabniając tonalne zrównoważenie wszystkich kanałów odbierane przez słuchacza.

W systemie Dolby Pro Logic na wyjściu dekodera otrzymujemy tylko jeden sygnał surround. Ponieważ w salach kinowych stosuje się w tym kanale wiele głośników, które znajdują się w różnej odległości od widza, powstające stad przesunięcia fazowe w korzystny sposób uniemożliwiają rozpoznanie monofonicznego źródła dźwięku. W ?kinie domowym? są tylko głośniki surround, znajdujący się dokładnie między nimi słuchacz odbierałby pozorne źródło dźwięku jako zlokalizowane dokładnie pomiędzy nimi. Aby uprzestrzenić dźwięk, sygnał surround musi zostać zróżnicowany. Dzieje się to w kolejnym obwodzie systemu (Decorrelation). Zmieniana jest faza jednego głośnika surround względem drugiego, co rozbija monofonię sygnału surround.

W systemie Dolby Digital już na wyjściu dekodera otrzymujemy zróżnicowane sygnały surround, o ile tak zostały zakodowane. Działający w systemie Dolby Digital układ Adaptive Decorrelation jest ?inteligentny? - gdy docierają do niego sygnały różniące się, nie ingeruje - gdy są identyczne, działa w taki sam sposób jak w systemie Dolby Pro Logic różnicując sygnały.

Ostatecznie na wyjściu układu THX, czy to zrealizowanego na podstawie Dolby Pro Logic, czy Dolby Digital, otrzymujemy sześć różnych sygnałów - trzy kanałów głównych (lewy, centralny, prawy), dwa surround i jeden subwoofer.

8. Dokonywanie nagrań w systemie Dolby Surround

Podstawowe wymagania przy nagraniach Dolby Surround to to, że konsoleta mikserska musi mieć co najmniej 4 szyny wyjściowe, na które miksowane są poszczególne kanały. Reżyserka powinna być zasilana dźwiękiem surround w celu bieżącego odsłuchu nagrywanego materiału muzycznego.

W skład niezbędnego sprzętu do dobrego nagrania dźwięku w systemie surround wchodzą:

• koder surround SEU 4 kodujący 4 sygnały wejściowe L, R, C, S w dwa sygnały wyjściowe L, R,

• dekoder surround SDU 4 dekodujący dwa wejściowe sygnały L, R na 4 sygnały L, P, C, S, używając technologii Dolby Pro Logic Surround,

• systemy monitoringu sygnału surround wraz z systemem odsłuchowym,

• konsoleta mikserska z wymaganiem posiadania co najmniej 4 kanałów wyjściowych. Najczęściej mają tu zastosowanie konsolety zaopatrzone w co najmniej 4 podgrupy z niezależnymi wyjściami ze stołu. Zalecane jest również posiadanie czterech pokręteł panoramy.

Moduły SEU 4 i SDU 4 posiadają gniazda typu XLR, regulację poziomu -10 do +8 dBV (0 dBV = 0,775 VRMS).

Wszystkie głośniki powinny być wysokiej klasy, ponieważ odsłuch dla reżysera jest ważny i ma wpływ na całokształt dzieła muzycznego. Dotyczy to również wzmacniaczy zasilających. Głośniki L, P, C powinny być podłączone w tej samej fazie. Natomiast głośniki S podłącza się w przeciwnej fazie (uprzestrzennienie dźwięku) Mogą to być dwa głośniki surround bądź 4 w zależności od kształtu i wymiarów pomieszczenia oraz od ustawienia głośników. Pasmo dla surroundu - 100 Hz - 7 kHz, a pozostałe zasilane są pełnym pasmem (20 Hz - 20 kHz). Głośniki surround ustawia się kilkadziesiąt cm powyżej uszu reżysera i nie powinny one być zwrócone bezpośrednio w jego stronę.

Rys. 12 Miksowanie w Dolby Surround.

9. Literatura

Kovalgin "Wybrane zagadnienia stereofonii"
B. Urbański "Elektroakustyka" Warszawa: WNT 1993
P. Pruchnicki SAT - Audio - Video 10/1995 str. 22-25
J. Samuła Radioelektronik Audio HiFi - Video 3/1996 str. 43-44
J. Samuła Radioelektronik Audio HiFi - Video 8/1997 str. 51-53
Elektor 10/97 str. 20-24
SAT - Audio - Video 11/1997 str. 79-80
P. Pruchnicki SAT - Audio - Video 12/1995 str. 22-25
P. Pruchnicki SAT - Audio - Video 3/1997 str. 70-73
J. Auerbach SAT - Audio - Video 11/1996 str. 13-18
Audio 12/96 str. 18-25

---