Розвиток систем об'ємного звучання – від монофонії до 3D. Мистецтво аудіо

КНИГИ ТА СТАТТІ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Мистецтво аудіо

Розвиток систем об'ємного звучання – від монофонії до 3D

Мистецтво аудіо

В даний час двоканальна стереофонія стала вже класичним способом передачі та відтворення звуку. Метою стереофонічного звуковідтворення є точна передача звукового образу. Локалізація звуку при цьому є лише засобом, що дозволяє отримати більш багате та природне звучання. Проте передача просторової інформації найпоширенішими "класичними" двоканальними системами має низку недоліків, що спонукає конструкторів до створення різних систем об'ємного звучання.

Слухач, що знаходиться в концертному залі, чує не тільки прямий звук, що виходить від окремих інструментів оркестру, але й приходить з різних напрямків (у тому числі й ззаду) відбитий від стін і стелі приміщення розсіяний (дифузний) звук, який створює ефект простору та домальовує загальне. враження. Запізнення, з яким дифузний звук досягає вух слухача, та його спектральний склад залежать від розміру та акустичних властивостей приміщення. При двоканальній передачі інформація, створювана дифузним звуком, значною мірою втрачається, а разі студійного запису може бути відсутня спочатку.

Людське вухо найкраще локалізує джерела звуку горизонтальній площині. При цьому звуки, що приходять ззаду, за відсутності додаткової інформації локалізуються гірше. Зір, зокрема і периферійне, є основним почуттям визначення розташування об'єктів, тому без зорової інформації можливість оцінки становища звуку у вертикальній площині та її віддаленості від нас слабка і досить індивідуальна. Частково це можна пояснити індивідуальними анатомічними особливостями вушних раковин. При відтворенні записів зорова інформація відсутня, тому будь-яка звукова технологія для масового ринку, яка претендує на "об'ємне звучання", змушена створювати щось усереднене та свідомо компромісне.

Для відтворення або синтезу "ефекту залу" можна використовувати безліч способів. Ще в середині 50-х років фірмами Philips, Grundig, Telefunken були випробувані системи тривимірного відтворення 3D та Raumton. Передача звуку була монофонічною, але додаткові гучномовці (зазвичай вбудовані, рідше - виносні), що випромінюють звук убік або вгору, створювали за рахунок відбитого від стін та стелі звуку враження великого простору. Оскільки затримка ехо-сигналу в побутових приміщеннях досить мала, її збільшення пізніше використовувалися пружинні ревербератори в каналі посилення додаткових сигналів. Ці системи через значну для того часу технічну складність протрималися на ринку недовго і швидко зійшли зі сцени.

Надалі передачі дифузного звуку розробили амбіофонічні системи, які знайшли застосування, переважно, у кіно. Додатковий канал (або канали) для передачі дифузного звуку таких системах мають меншу потужність, ніж основні, які частотний діапазон відповідає смузі частот дифузного сигналу (приблизно 300...5000 Гц). Випромінювання додаткових динаміків має бути розсіяним, для чого вони спрямовані на стіни чи стелю приміщення прослуховування.

Розвиток систем об'ємного звучання – від монофонії до 3D

Складність стандартизації та технічні проблеми із записом та передачею сигналів трьох, чотирьох і більше каналів призвели до того, що основною системою запису та передачі звуку на довгі роки стала двоканальна стереофонія. Але спроби створення систем об'ємного звучання не припинялися. Розвитком амбіофонії стала квадрафонія (чотирьохканальне звуковідтворення), пік популярності якої припав на першу половину 70-х років. На відміну від амбіофонічної системи, тут усі канали відтворення звуку обладнані рівноцінно. Дискретна (повна) квадрафонія, що забезпечує максимальний ефект присутності, вимагає чотирьох каналів передачі звуку і через це виявилася несумісною з існуючими на той момент технічними засобами звукозапису та радіомовлення.

Розвиток систем об'ємного звучання – від монофонії до 3D

Для подолання цієї перешкоди було створено кілька систем матричної квадрафонії (за термінологією того часу - квазіквадрафонії), в яких вихідні сигнали чотирьох каналів матрицювалися для передачі двома каналами, а при відтворенні вихідні сигнали відновлювалися шляхом сумарно-різницевих перетворень, причому без декодера можна було відтворювати Звичайний стереосигнал. Оскільки жодна з цих систем не була ні повноцінно квадрафонічною, ні повністю сумісною з двоканальною стереофонією через велике проникнення сигналів з каналу в канал, практичне застосування їх було обмеженим і інтерес до них швидко згас.

Розвиток систем об'ємного звучання – від монофонії до 3D

У "війні стандартів" квадрафонічних систем переможців не було, ідея померла, принципи забулися, а термін залишився. Тому зараз мало кого бентежить той факт, що "щось", що має чотири канали посилення та чотири колонки гордо іменується "квадрафонічною системою". Однак це докорінно неправильно, оскільки джерело сигналу залишається двоканальним, а сигнали фронтальних і тилових каналів при такій побудові системи відрізняються один від одного лише рівнем, тобто принцип панорамування.

Панорамування під час виробництва стереозаписів широко застосовувалося вже з середини 50-х для розташування монофонічних звукових сигналів "зліва/справа/всередині" звукового поля. При панорамуванні не виявляється жодного впливу на частоту і фазу сигналу, змінюється лише рівень монофонічного сигналу, що підводиться кожному зі стереоканалів. Панорамування на кілька каналів (у разі багатоканальних записів) здійснюється аналогічно. Однак при визначенні напрямку на джерело звуку наш слуховий апарат використовує не тільки різницю інтенсивності звукових сигналів, але і фазовий зсув між ними, причому вплив фазового зсуву на точність локалізації джерела звуку найбільш яскраво виражено в частотах приблизно від 500 до 3000 Гц. (Знову діапазон частот дифузного звуку!).

Тому просте панорамування не забезпечує необхідної достовірності звучання. Стереоефекти ( " бігаючий звук " , прив'язка звуку " ліворуч- праворуч " і т.д.) перших стереозаписів досить швидко набридли. Тому найкращі записи електронних інструментів у студії у 60-ті роки проводилися з використанням мікрофонної техніки, що пояснює "живий" характер звучання: Впровадження багатоканального повністю електронного (без використання мікрофонів) запису інструментів з подальшою зведенням, полегшивши роботу звукорежисера, одночасно знищило атмосферу зали. Надалі цей факт став враховуватися під час проведення студійних записів, хоча повного повернення мікрофонної техніки не сталося.

При використанні двоканальної схеми відтворення основна зона ефективного розташування здається джерел звуку (КІЗ) знаходиться спереду від слухача і покриває простір близько 180 градусів в горизонтальній площині. Два фронтальні канали не в змозі адекватно відтворити звуки, джерела яких в реальності розташовані ззаду і вертикальній площині, якщо немає підтримки у вигляді додаткових сигналів. Застосування тилових акустичних систем у поєднанні з панорамуванням звуку добре справляється з розташуванням джерел звуку спереду та ззаду від слухача та слабше з бічним розташуванням. Однак саме собою панорамування звуку ніколи зможе забезпечити прийнятне позиціонування джерел звуку у вертикальній площині.

У ході розробки матричних систем з'ясувалося, що значна частина просторової інформації міститься в різницевому сигналі (сигнал стереоінформації), який можна подати на гучномовці тилових каналів або в чистому вигляді, або в суміші з деякою часткою фронтальних сигналів. У найпростішому випадку для цього навіть не потрібні додаткові канали посилення, а матриця сигналів можна провести на виході підсилювача:

Розвиток систем об'ємного звучання – від монофонії до 3D

Так з'явилися на світ кілька псевдоквадрафонічних систем, які повністю витіснили "справжніх арійців" з ринку в середині 70-х. Вони відрізнялися один від одного тільки способами одержання сигналу різниці. Втім, їхній тріумф теж був недовгим, що пояснювалося недоліками носія сигналу - вінілового диска та магнітної стрічки. Некорельовані шуми лівого та правого каналів не віднімали, що у поєднанні з відносно невисоким рівнем різницевого сигналу сильно погіршувало відношення сигнал/шум у тилових каналах.

Інший, щонайменше істотний недолік подібних систем - відсутність залежності рівня тилового сигналу від характеру фонограми. При малому рівні тилового сигналу просторовий ефект мало помітний, при збільшенні рівня з'являється розрив звукової сцени та переміщення її фрагментів назад (ефект "оточення оркестром", що не відповідає дійсності).

При відтворенні "живих" записів (що мають природний розподіл сумарних, різницевих та фазових складових) цей недолік виявлявся незначно, але на більшості студійних фонограм тилові канали вносили значні помилки в положення КІЗ. Для усунення цього недоліку у ранніх системах об'ємного звучання намагалися застосувати автоматичне панорамування. Керуючі сигнали отримували з рівня просторової інформації - зростання рівня різницевих сигналів призводило до посилення посилення в тилових каналах. Проте прийнята модель панорамування була дуже грубою, у результаті помилки регулювання експандера призводили до хаотичного зміни рівня тилових сигналів (ефект " важкого дихання " ).

Інтерес до систем об'ємного звучання знову виник з появою цифрових носіїв інформації, рівень власних шумів яких дуже малий і навіть аналогова обробка сигналу практично не погіршить динамічний діапазон системи. Розвиток цифрових методів обробки сигналу спричинило створення цифрових звукових процесорів (Digital Sound Processor - DSP).

Розроблені спочатку для систем домашнього театру процесори об'ємного звучання останнім часом почали активно використовуватися і в автомобільних аудіосистемах. Їхнє застосування дозволяє значно покращити звучання в салоні автомобіля, тому вони випускаються не тільки у вигляді окремих DSP-пристроїв, але й входять до складу відносно недорогих магнітол. Налаштування процесорів дозволяють вибрати оптимальні параметри для вибраного місця прослуховування.

Існує ряд методів, що дозволяють апаратурі відтворювати звук, що локалізується у просторі, при обмеженій кількості акустичних систем. Різні методи реалізації мають сильні та слабкі сторони, тому важливо розуміти принципові різницю між основними методами обробки сигналу. У основі сучасних систем просторового звучання (Dolby Surround, Dolby Pro-Logic, Q-Sound, Curcle Surround та інших) лежить та сама ідея сумарно-разностного перетворення, доповнена " фірмовими " методами обробки сигналів (як аналоговими, і цифровими). Часто їх поєднують загальною назвою "3D-системи" ("друге народження" терміну сорокарічної давності!).

Перш ніж розглядати принципи, що використовуються для обробки звукових сигналів у системах об'ємного звучання, згадаємо типовий процес створення запису. Спочатку проводиться запис, що має багато індивідуальних каналів - інструменти, голоси, звукові ефекти і т.д. Під час мікшування для кожної звукової доріжки контролюється рівень гучності та розташування джерела звуку для досягнення необхідного результату. У разі стереозапису результатом мікшування є два канали, для surround-систем число каналів більше (наприклад, 6 каналів для формату "5.1" Dolby Digital/AC-3). У будь-якому випадку кожен канал складається з сигналів, які призначені для направлення в окремі колонки при прослуховуванні користувачем. Кожен із цих сигналів є результатом складного мікшування сигналів вихідних джерел.

Далі відбувається процес кодування каналів, отриманих після мікшування і в результаті виходить один цифровий потік (bitstream). Під час програвання декодер обробляє цифровий потік, поділяючи його на індивідуальні канали та передаючи їх для відтворення на акустичні системи. Для багатоканальних (дискретних) систем об'ємного звучання можливий режим імітації реально відсутніх акустичних систем (Phantom mode). Якщо у вас всього дві колонки, тоді канал сабвуфера (низькочастотний) та центральний (діалогів) просто додаються одночасно до обох вихідних каналів. Задній лівий канал додається до лівого вихідного каналу, задній правий до правого вихідного каналу.

Згадаймо, що панорамування впливає лише на амплітуду звукового сигналу. Перетворення звуку в сучасних 3D-системах включає в звуковий потік додаткову інформацію про амплітуд і різниці фаз/затримки між вихідними каналами. Зазвичай рівень обробки залежить від частоти сигналу, хоча деякі ефекти створюються з використанням простих затримок за часом.

Які методи використовуються для обробки звукового сигналу? Насамперед це розширення стереобази (Stereo Expansion), яке виробляється шляхом впливу на різницевий стереосигнал фронтальних каналів. Цей метод вважатимуться класичним і він застосовується насамперед звичайним стереозаписам.

Обробка сигналу може бути як аналоговим, так і цифровим. По-друге, Positional 3D Audio (локалізований 3D звук). Цей метод оперує з безліччю окремих звукових каналів і намагається визначити місце розташування кожного сигналу в просторі. По-третє, Virtual Surround (віртуальний навколишній звук) – метод відтворення багатоканального запису з використанням обмеженого числа джерел звуку, наприклад, відтворення п'ятиканального звуку на двох акустичних колонках. Очевидно, що два останні методи можна застосовувати лише до багатоканальних звукових носіїв (записи у форматі DVD, AC-3), що поки що для автомобільних систем не дуже актуально.

Замикають список різних методів штучної реверберації. Коли звук розповсюджується в просторі, він може відображатись або поглинатися різними об'єктами. Відбиті звуки у великому просторі можуть у реальності створювати ясно помітне відлуння, але у обмеженому просторі відбувається поєднання безлічі відбитих звуків отже ми чуємо їх як єдину послідовність, яка слідує за вихідним звуком і згасає, причому ступінь згасання різна щодо різних частот і безпосередньо залежить від властивостей навколишнього простору.

У цифрових звукових процесорах використовується узагальнена модель реверберації, що зводить управління процесом реверберації завдання ключових параметрів (час затримки, кількість відображень, швидкість загасання, зміна спектрального складу відбитих сигналів). Таким чином реалізуються режими hall, live, stadium і т.д. Імітація виходить досить реалістичною. У аналогових процесорах цієї мети використовуються лінії затримки сигналу. Управління параметрами реверберації у разі значно складніше, тому зазвичай є лише один фіксований режим роботи.

Звісно, викласти особливості будови всіх існуючих систем об'ємного звучання важко, та його робота полягає в розглянутих принципах - відмінність лише у деталях алгоритмів і наборі режимів (предустановок). Тому найкращий порадник при виборі звукового процесора – власний слух.

Публікація: www.bluesmobil.com/shikhman

Рекомендуємо цікаві статті розділу Мистецтво аудіо:

▪ Розвиток систем об'ємного звучання – від монофонії до 3D

▪ Пасивні регулятори тембру

▪ Про помітність спотворень

Дивіться інші статті розділу Мистецтво аудіо.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву

Запущено гібридний літак 05.01.2015

Проміжною ланкою для адаптації водіїв та зміни пріоритетів автовиробників для плавного переходу світової індустрії від суто бензинових та дизельних авто до транспортних засобів з електричною установкою можна назвати так звані "гібриди", що поєднують у собі відразу два силові агрегати. Однак у такому разі електромотор часто виконує допоміжну функцію, включаючись у роботу замість ДВЗ у режимі малих навантажень. Крім того, економити паливо допомагає і система рекуперативного гальмування, що застосовується в гібридних автомобілях, дозволяючи заповнювати заряд акумулятора при гальмуванні для живлення електромотора безкоштовною енергією.

За аналогічним принципом дослідники з Кембриджського університету спільно з фахівцями корпорації Boeing розробили першу у світі гібридну версію літака, представивши світові більш екологічну модифікацію компактного одномісного літального апарату зі зменшеною витратою палива.

Випробувальні польоти дітища Boeing та британських конструкторів успішно завершилися кілька днів тому. Обрана для проекту концепція функціонує за тією ж схемою, якою працює електромотор в машинах-гібридах. Конструкція літака передбачає встановлення одного поршневого авіаційного двигуна та електромотора, який активізується та забезпечує додаткову тягу лише у певних випадках. До них відносяться зліт, набір висоти, а також різного роду критичні ситуації, коли виникає необхідність додаткової потужності.

Під час польоту в штатному режимі здійснюється заряджання батарей від поршневого двигуна. За рахунок вибору максимально збалансованого режиму роботи основної силової установки та наявності додаткової електричної тяги інженери зуміли досягти до 30% економії пального. На даному етапі технологія далека від серійного впровадження на комерційних лайнерах, але вже зараз вона демонструє непогані результати. Тестові польоти гібридного літака проходили у повітряному просторі Великобританії, проте висота польотів літака обмежилася скромними 500 м-кодом.

"Незважаючи на те, що гібридні авто стали доступними ще десять років тому, розвиток гібридної авіації стримувався технологіями виготовлення сучасних акумуляторів. До недавнього часу батареї були занадто важкими, громіздкими і не володіли при таких габаритних розмірах належною ємністю. ситуація змінилася, що дозволило втілити концепцію невеликого гібридного літака у реальність вже сьогодні", - поділився своїм баченням ситуації керівник проекту Доктор Пол Робертсон (Dr. Paul Robertson) із Кембриджського університету.

Інші цікаві новини:

▪ Мікрочіпи 3D TLC NAND 32 Гбайт

▪ Бронежилет із наноструктурованого вуглецевого матеріалу

▪ Відеокарта GeForce GTX 760 iChill HerculeZ 3000 від Inno3D

▪ 64-мп фотосенсор OmniVision для камер смартфонів

▪ Харчування дідуся впливає на онуків

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Попередні підсилювачі. Добірка статей

▪ стаття Екологія. Конспект лекцій

▪ стаття Чому одним із символів ку-клукс-клану став хрест, що горить? Детальна відповідь

▪ стаття Обов'язки працівників та роботодавця при нещасному випадку

▪ стаття Визначення струму насичення котушок індуктивності з магнітопроводами. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Стабілізатор живлення для портативної радіостанції Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт