Оборудование Surround Sound

Оборудование Surround Sound

Лев Орлов

О корректности терминологии

Строго говоря, термин Surround Sound – плод маркетологов. В начале 80-х годов компания Dolby Laboratories усовершенствовала технологию Dolby Stereo, что позволило получать некое подобие "киношного" звука в домашних условиях с помощью видеомагнитофона со стереофоническим звуковым трактом, декодера и многоканальной акустической системы. В то время у широкой публики слово "стерео" устойчиво ассоциировалось с двумя звуковыми каналами, поэтому для успешного продвижения новинки на рынке ей просто необходимо было дать броское, ранее не применявшееся название. Производством и "раскруткой" первых бытовых декодеров по лицензии Dolby Laboratories занялась фирма Surround Sound Inc., с тех пор словосочетание Surround Sound прочно вошло в обиход в значении "иллюзия расширения пространства при воспроизведении звука". Однако существуют и другое, сугубо техническое значение термина Surround Sound: "воспроизведение многоканальных фонограмм через систему громкоговорителей, расположенных по окружности от слушателя". Соответственно, процессорами Surround Sound можно называть аппараты, существенно различающиеся функционально.

Творцы иллюзий

Среди них главным и незаменимым является все-таки человеческий мозг. Пространственный слух, то есть способность определять положение источника звука в пространстве, удивителен: для коротких импульсов точность составляет 0,7°, для широкополосного шума – до 3,2°. При изменении спектра звука во времени у нас возникает ощущение, что источник перемещается. Я бы назвал это "иллюзией первого порядка"...

Удел человечества – создавать "иллюзии второго порядка". Расширение пространства при воспроизведении звукового сигнала через акустические системы (или наушники) – задача непростая, но решаемая. Достаточно вспомнить эксперименты Клемента Адера (Clement Ader, бинауральная система передачи звука, 1881 год), Харви Флетчера (Harvey Fletcher, передача сигнала с трех микрофонов на три громоковорителя, 1933-36 годы), Алана Блумляйна (Alan Dower Blumlein, принцип модуляции двух каналов 45°/45°, 1933 год) и т. д.

Историческую перспективу определил в 1953 году тот же Флетчер, заявивший буквально следующее: "Стереофоническая система – это не два, три или любое другое фиксированное число каналов. Их должно быть столько, чтобы создавалась иллюзия бесконечного количества". Спустя полвека, на одной из последних конвенций AES обсуждаются пути технической реализации чего-то подобного...

Заветная формула: два канала

В конце концов, именно формула системы воспроизведения определяет пространственные характеристики воспроизводимого звукового материала. Условно ее можно представить как NR ® NT ® NA, где: NR – количество каналов записи, NT – количество каналов передачи, а NA – количество каналов воспроизведения. Рассмотрим, что обусловливает применение (или неприменение) в этой цепочке процессоров, то есть дополнительной обработки, для создания Surround Sound, и их функции.

1R – 1T – 1A. Монофоническая система, при записи используется один или несколько микрофонов (или источников линейного сигнала), сигналы суммируются в один канал, воспроизводимый через один громкоговоритель. Очевидно, что при этом у "пространства" всего одно измерение. Процессоры Surround Sound не используются.

1R – 1T – NA. Монофоническая система, в которой для создания "второго измерения" применяют несколько разнесенных в пространстве громкоговорителей. Их нужно, по меньшей мере, три: основной в центре помещения для прослушивания, и дополнительные, расположенные на некотором расстоянии слева и справа от него. В данном случае процессорами Surround Sound можно считать частотные фильтры, разделяющие моносигнал на основной (только нижние и средние частоты) и дополнительные (только верхние частоты). Можно отметить также моноамбиофоническую систему с той же формулой громкоговорителей. Увеличение объема достигается путем увеличения времени реверберации в помещении для записи. Побочный эффект – большая гулкость звучания.

1R – 1T – 2A. Псевдостереофоническая система, моносигнал разделяется фильтрами на ВЧ- и НЧ-составляющие, и подается на два разнесенных в пространстве громкоговорителя.

Стереофоническая система

2R – 2T – 2A. То, что мы называем обычной стереофонической системой. Иллюзию объемности звучания создает сочетание истинных и фантомных звуковых образов. Процессорами Surround Sound можно считать любые эффекты реверберации, задержки, модуляции, применяемые на стадии записи и микширования.

2R – 1T – 2A. Квазистереофоническая система. Для создания определенной объемности звучания здесь применяется задержка, суммарно-разностные преобразователи и разнесенные в пространстве громкоговорители. Результат сильно отличается от исходного звучания.

Аппаратная база: 3D-Sound или "трехмерный позиционируемый звук "

Достаточно многочисленная группа устройств, в названии которых встречаются слова вроде 3D-Sound, 3D-Surround, Virtual Surround, Spatializer и т. д., предполагает использование только двух каналов передачи и воспроизведения, то есть стереофонию, псевдо- и квазистереофонию – и работает по принципу single end (обработка, не требующая последующего декодирования). Первые разработки в этом направлении по времени совпали с "гибелью" квадрофонии, и их авторы исходили из того, что коль скоро мозг человека ухитряется выполнять сферическую локализацию по сигналам всего от пары ушей, то можно найти способ формирования этих сигналов через пару громкоговорителей.

Квадрофоническая система (темные пятна - фантомы)

Первые простейшие аналоговые схемы не предусматривали возможности позиционирования источников звука, а только придавали исходному монофоническому или стереофоническому материалу иллюзию глубины и объемности.

По мере совершенствования (и удешевления) цифровой техники ставились новые цели – добиться более отчетливой локализации источников в стереофоническом поле; у концепции появилось более или менее официальное название – трехмерный позиционируемый звук (Interactive 3D Audio). Применяемые в настоящее время изощренные технологии учитывают как психоакустические особенности восприятия, так и физические закономерности. Например, эффект затенения и дифракции звуковых волн, изменение фазовых и частотных параметров в зависимости от времени прихода фронта волны к барабанным перепонкам левого и правого ушей, звукового давления в позиции слушателя при последовательном перемещении реальных громкоговорителей или источников звука и т. д.

В общем случае созданный на основе математических вычислений или реальных измерений алгоритм (программа для процессора обработки цифрового сигнала) воссоздает в зоне прослушивания структуру акустического поля, характерную для исследуемой модели. Не будет ошибкой сказать, что за "развлечение" приходится платить, например, нарушением исходного тонального баланса.

Процессор трехмерного позиционируемого звука может быть оформлен в виде специального прибора, в виде микросхемы, встроенной в тракт "универсального" процессора эффектов или микшерного пульта, а также в виде программного модуля. Разработчики и пользователи компьютерных игр с удовольствием используют предложенные корпорацией Microsoft в качестве базовой концепции интерфейс DirectSound 3D (DS3D) и программное обеспечение DirectX. При этом, собственно обработка звукового сигнала осуществляется звуковой платой или программой-эмулятором через интерфейс HEL (Hardware Emulation Layer).

Единую концепцию и промышленный стандарт для программно-аппаратных средств трехмерного позиционируемого звука пытается создать организация IASIG (International Audio Special Interest Group). В российских студиях звукозаписи процессоры трехмерного позиционируемого звука используются достаточно часто, что обусловлено относительной дешевизной и "сногсшибательным" впечатлением, которое производят результаты их работы на непритязательных клиентов.

Заветная формула: четыре канала

2R – 2T – 4A. Псевдоквадрофоническая система, в которой стереосигнал превращается в четырехканальный с помощью суммарно-разностного преобразователя. Это – первая формула расположения громкоговорителей, которую можно называть Surround.

4R – 4T – 4A. Дискретная квадрофоническая система: четыре звуковых сигнала передаются по четырем каналам и воспроизводятся четырьмя громкоговорителями.

4R – 2T – 4A. Такая система называется квазиквадрофонической: четыре дискретных канала записи преобразуются перед передачей в два кодированных канала: а перед воспроизведением – снова в четыре дискретных канала.

Аппаратная база: аналоговые матрицы

Здесь уместно остановиться и подчеркнуть, что процесс кодирования/декодирования, по какому бы алгоритму он не выполнялся, является камнем преткновения многоканальных систем звукопередачи, а кодек (кодер-декодер) – один из важнейших типов процессоров Surround Sound.

Вспомним формулу NR ® NT ® NA. Если все сегменты системы находятся в одном помещении, допустим, в аппаратной студии звукозаписи, то все N (количество каналов) могут быть равны. Но, если необходимо (а это практически всегда так) разнести запись и прослушивание в пространстве, то конфигурация и стоимость сегмента NT (каналы передачи) приобретают принципиальное значение.

Возьмем такой пример, как Dolby Stereo, применяемый в кино с 1974 года, и его домашний аналог Dolby Surround. Необходимость кодирования обусловлена форматом носителей (кинопленки, видеокассеты, телерадиосигнала), где имеется место для хранения (передачи) только двух звуковых каналов. Применяемый метод преобразования известен как широкополосное матричное (4:2) кодирование/декодирование со сдвигом фазы.

На вход кодера подаются четыре дискретных сигнала: L, C, R и S (левый, правый, центральный и Surround), на выходе получается два – Lt и Rt (левый суммарный и правый суммарный). Сигналы L и R проходят на выходы Lt и Rt без изменений. Сигнал С, ослабленный на 3 дБ, делится поровну между каналами Lt и Rt. Сигнал S обрезается фильтрами до полосы 100 Гц... 7 кГц, подвергается компрессированию (первая фаза компандерного алгоритма шумоподавления Dolby B), сдвигается на +90° и -90° по фазе, после чего направляется на выходы Lt и Rt соответственно, с целью создания между ними фазового сдвига в 180° в части сигнала S.

В результате обратного процесса мы должны получить четыре дискретных канала, по возможности не отличающихся от исходных. При декодировании сигналы L и R остаются дискретными и не коррелируют, что не очевидно для сигналов C и S. Центральный сигнал, при кодировании наложенный на Lt и Rt, после декодирования будет локализован как фантомный образ между правым и левым фронтальными громкоговорителями (для зрителей, сидящих прямо в их фокусе

Surround-сигнал выделяется из Lt и Rt методом вычитания, обрабатывается обрезным фильтром 7 кГц, линией задержки и экспандером (вторая фаза алгоритма шумоподавления Dolby B). Его составляющие будут присутствовать и вправом, и в левом центральных каналах, но в противофазе, благодаря чему паразитный звуковой образ будет сильно размазан, но не исчезнет. Для обеспечения реальной дискретности центрального и Surround-каналов после декодирования необходима полная идентичность амплитудных и фазовых характеристик передающих цепей. Например, если компоненты сигнала С в канале Lt не идентичны компонентам того же сигнала в канале Rt, это приведет к тому, что компонент сигнала С появится на выходе Surround.

Описанная схема декодера – одна из простейших. Существуют активные аналоговые декодеры с цепью выборочного усиления, системой шумопонижения Dolby SR для Surround-канала и многоканальными выходными усилителями, управляемыми напряжением.

В некоторых случаях применяются дополнительные схемы вычитания по "концепции аннулирования", самые распространенные схемы реализуют "концепцию постоянного общего уровня" (Dolby Pro Logic).

Важно другое: пока существуют двухканальные носители, а даже в самых современных процессорах Dolby Digital обязательно имеется встроенный декодер Pro Logic, мы будет вынуждены мириться с тем, что звучание после декодирования существенно отличается от того, что мы слышим в аппаратной звукозаписи. Как бы звукорежиссер или продюсер к этому факту ни относился, наиболее практичным будет интеграция кодека в звуковой тракт аппаратной.

Заветная формула: N+ каналов

Система 5.1

На сегодняшний день основной, но не единственной конфигурацией акустических систем Surround Sound является 5.1. Она определена стандартом ITU-R 775, согласно которому в помещении для прослушивания должны быть определенным образом, несколько различным для кинотеатров и домашних систем, расположены пять широкополосных громкоговорителей (каналы левый, правый и центральный фронтальные, левый и правый тыловые) и субвуфер ".1" с полосой воспроизведения 25 Гц...120 Гц (канал LFE, Low Frequency Effects).

Пятиканальная система Surround без сабвуфера

Есть и другиеsurround-конфигурации: три фронтальных и два тыловых, но без канала LFE (музыкальные записи), 5.1 плюс центральный тыловой громкоговоритель (формат Dolby Digital EX 6.1), восьмиканальные системы (конфигурация 7.1, предусмотренная форматомMPEG-2).

Том Юнг (Tom Jung), арт-директор компании DMP Records, выпускающей многоканальные музыкальные записи на дисках SACD, экспериментирует с дополнительным вертикальным каналом, подвешенным на высоте 2,5 м от центрального фронтального громкоговорителя. Том Холман (Tom Holman) – официальный "родитель" программы сертификации кинотеатров THX и "неофициальный" – конфигурации 5.1 – работает над системой 10.2, где тоже есть вертикальный и дополнительные боковые каналы.

Система 7.2 с четырьмя тыловыми каналами и двумя сабвуферами

Вообще, в академических кругах очень популярна теория о том, что впечатление от прослушивания драматическим образом расширяется при увеличении числа каналов воспроизведения (см. репортажи И. Алдошиной с конвенций AES в предыдущих номерах журнала "Звукорежиссер").

Но вернемся к формуле NR ® NT ® NA. Конфигурация 5.1, введенная в широкую практику с 1991 года, неразрывно связана с цифровыми методами обработки и передачи звуковых сигналов. А в цифровую эпоху корректно говорить не о количестве каналов передачи, а о скорости потока данных, так как цифровые методы обработки позволяют передавать множество сигналов в едином потоке данных по одному каналу.

Аппаратная база: цифровые кодеки

Началось все со стандартизации параметров телевидения высокой четкости (HDTV), проводимой в 1987 году в США (европейский аналог – стандарт MPEG-3, позже ставший частью MPEG-2). Согласно стандарту, в общем потоке цифровых данных 20…40 Мбит/с для четырех или более звуковых каналов выделялась квота 384 кбит/с. Это, как минимум, вдвое большее значение по сравнению со стандартным компакт-диском, но недостаточное для передачи нескольких звуковых каналов, оцифрованных методом линейной импульсно-кодовой модуляции с частотой дискретизации 48 кГц и разрешением 24 бит. Те же задачи представлялись актуальными для кино. Решить их, то есть уложить шесть каналов дискретного звука в поток данных, передаваемых в эфир или записываемых на кинопленку, можно было единственным способом – сжать данные до приемлемого объема.

В 1992 году вышел первый кинофильм "Возвращение Бэтмена" со звуковой дорожкой в формате Dolby Stereo Digital (разработчик – компания Dolby Lab., конфигурация громкоговорителей 5.1). Примерно в то же время на кинорынке появились конкуренты – форматы DTS (первый фильм – "Парк Юрского периода", 1993 год, компания Digital Theatre Systems, 5.1) и SDDS (первые фильмы – "На линии огня" и "Последний герой", 1994 год, компания Sony Cinema Products Corporation, пять фронтальных громкоговорителей и два тыловых).

У перечисленных форматов есть нечто общее – они используют метод "перцептуального кодирования", по-другому называемый "компрессией данных с потерями" (lossy data compression). Метод основан на психоакустическом феномене маскирования тихих звуков более громкими (sounds masking). Принимается во внимание только явно слышимая информация, а составляющие с низким уровнем громкости, близкие по своей частоте к составляющим высокого уровня, игнорируются. Грубо говоря, при компрессии звуки, которые человек не слышит на фоне других, удаляются и, что принципиально важно, после декомпрессии не могут быть восстановлены. Это и есть суть метода.

Наименьший коээфициент компрессии (3:1) применяется в формате SDDS (алгоритм ATRAC, идентичный применяемому в мини-дисках). DTS обеспечивает компрессию около 4:1 (скорость потока 1,4 Mбит/с), а Dolby AC-3 – до 12:1 (скорость потока 32…640 кбит/с). При этом считается всего лишь желательным, но не необходимым, осуществлять мониторинг после цифрового кодирования, в отличие от матричного, недискретного по своей природе.

Заветная формула: микширование и обработка

В идеале от звукорежиссера кино требуется перенести без изменений звучание из аппаратной озвучания в кинотеатр. Конечно, чем естественнее звучание, тем лучше. Однако приходится учитывать используемую в кинозале обработку, и уметь пользоваться приборами, позволяющими сделать звучание в аппаратной совместимым с акустическими параметрами кинозала. Например, применяемая в кино эквализация – непростая штука. Во-первых, имеется экран, который ослабляет проходящий через него звук; во-вторых, прежде чем достигнуть зрителя, звук проходит 20...30 метров, причем высокие частоты заметно приглушаются; и, наконец, на АЧХ влияет само помещение, поглощающее больше высоких, чем низких частот. Все эти нюансы должны быть компенсированы.

В зависимости от происходящего на экране, при озвучании должны быть созданы специфические задержки, отражения, реверберация. Отличный пример: пару лет назад вышел фильм под названием "Елизавета", об английской королеве, жившей в XVII веке. Нужно было создать акустику каменного зала, ощущение присутствия в старинном соборе с каменными стенами. Невозможно было сделать это в оригинальной записи, поскольку известно, что роскошные декорации строят из пластика. Великолепная акустика была создана благодаря цифровой реверберации. Сидя в кинотеатре, зритель действительно ощущал себя в огромном замке.

Это мастерство. Но не большее, чем создание музыкальных Surround-записей. Сегодня имеются три формата носителей, где они сделаны в многоканальном варианте: DVD-Video, DVD-Audio и Super Audio-CD (SACD). Звуковая часть DVD-Video реализована средствами алгоритма Dolby AC-3, так как делит ограниченную емкость носителя с видеоданными. Настоящие меломаны, народ искушенный, предпочитают два последних формата, и вот почему.

Формат DVD-Audio основан на традиционной линейной импульсно-кодовой модуляции (LPCM) с применением одного из двух типов дискретизации: с частотами, кратными 44,1 кГц (88,2/176,4 кГц) и кратными 48 кГц (96/192 кГц). В каждом из этих типов может быть использовано 16-, 20- и 24-битовое разрешение. На наивысшей частоте дискретизации в каждом из типов поддерживается только монофоническое или двухканальное воспроизведение; на всех остальных частотах обеспечивается воспроизведение от одного до шести каналов.

DVD-Audio имеет ограничения – как в скорости передачи данных (9,6 Мбит/с), так и в емкости (4,7 ГБ для одностороннего одноуровневого диска). Напомним, что шести звуковым каналам LPCM 24 бит/96 Гц требуется скорость 13,8 Мбит/с и емкость 7,67 ГБ при суммарном времени звучания 74 минуты. Для экономии места в DVD-Audio применяются непростые методики, в том числе – использование нелинейного квантования и алгоритм компрессии без потерь, разработанный фирмой Meridian Audio (Meridian Lossless Packing, MLP). "Без потерь" в данном случае означает, что декодированный поток данных с точностью до бита идентичен потоку до кодирования. За счет MLP полоса пропускания и емкость диска уменьшаются в степени, зависящей от содержания и разрешения кодируемого материала, в среднем на 25...55%.

Для обеспечения обратной совместимости со стереофоническими системами в DVD-Audio предложено два варианта. Можно продублировать многоканальные миксы стереофоническими, что увеличит емкость диска. Второй вариант – довериться алгоритму автоматического сведения (downmix) под названием System Managed Audio Resource Technique, SMART, встроенному в домашнюю технику. В этом случае звукорежиссеру или продюсеру проекта остается только установить параметры, определяющие относительный уровень, панораму и фазу каждого канала при микшировании в стерео. Тем не менее, если емкость диска позволяет, предпочтительнее первый вариант.

Отметим, что для DVD-Audio не существует проблемы совместимости с оборудованием для записи, микширования и обработки.

В основе SACD лежит алгоритм Direct Stream Digital компании Sony – это алгоритм однобитного 2,822 МГц Дельта-Сигма-преобразования. Для обеспечения обратной совместимости с CD-проигрывателями в SACD используется двухслойная физическая структура. DSD-данные хранятся на одном слое (4,7 ГБ), а отдельный стереофонический микс в формате CD-Audio – на другом (700 МБ). Для уменьшения объема используется алгоритм компрессии без потерь Direct Stream Transfer, разработанный компанией Philips, что позволяет хранить 74 минуты стереофонического DSD и 74 минуты многоканального (до шести каналов) DSD-материала на одном диске.

Оборудования, осуществляющего запись, микширование и обработку в этом формате, выпускается пока очень мало: Direct Stream Digital – это "вещь в себе", к тому же очень дорогая. Поэтому многие независимые звукорежиссеры и продюсеры, предпочитающие издавать свои многоканальные проекты на SACD (а это джаз, этно, классика – в общем, серьезная акустическая музыка), делают исходные записи на оборудовании, работающем в формате LPCM, а затем перекодируют их в DSD.

С точки зрения микширования основные различия между кино и музыкой связаны с центральным и LFE каналами. В музыке – как инструмент для устранения фантомов, упрочения звуковой картины. Некоторые звукорежиссеры пытаются с помощью центрального громкоговорителя создать "вертикаль", или вообще его не используют. В кино центральный канал абсолютно необходим, так как через него воспроизводятся диалоги.

То же и с каналом LFE. История его появления примечательна: случилось это в Голливуде в 1974 году, на премьере фильма "Earthquake" в кинотеатре Chinese Theater. Чтобы заставить зрителей попереживать, кадры землетрясения и пр. сопровождались воспроизведением качающихся тонов частотой 5...40 Гц, излучаемых четырьмя рупорами, работающими от усилителей 1000 Вт каждый.

В кинотеатре различные звуковые образы – от мельчайшего шороха до оглушающих взрывов – воспроизводятся в одном и том же помещении, через одну и ту же звуковую систему, а зритель слышит все с одной и той же точки. Зритель воспринимает иллюзию тихого звука, шепота или шагов босых ног – и десять секунд спустя слушает рок-группу на громкости 120 дБ. Кино как раз и отличается от многоканальных музыкальных записей большими перепадами в динамике. Понятно, что без LFE здесь не обойтись, но этот канал надо откалибровать не менее тщательно, чем фронтальные и тыловые. При этом не надо забывать, что для канала LFE предусмотрен дополнительный запас по перегрузке 10 дБ, необходимый для корректного, неискаженного воспроизведения мощных низких частот.

Если говорить только о музыке, многие считают, что и с помощью пяти каналов (без LFE) можно создать прекрасный Surround Sound. А все, что хорошо звучит в пяти основных каналах, без проблем можно воспроизвести через систему с субвуфером. Кроме того, следует учитывать следующее: при сведении в стерео многоканальной записи с информационно насыщенным каналом LFE в стереоверсии совсем исчезнут инструменты, сигнал которых был направлен на канал LFE. Вот почему и проще, и желательней микшировать музыкальные многоканальные записи без канала ".1".

Замечено, что звукорежиссеры, делающие музыкальные записи в Surround-форматах, применяют меньше эквализации, осторожнее обращаются с эффектами, и объясняют это тем, что в звуковом ландшафте, формируемом пятью громкоговорителями (субвуфер – не в счет), и так достаточно просторно. Чтобы передать ощущение движения, пространства, иногда даже ощущение времени – так можно охарактеризовать задачу звукорежиссера, работающего в форматах Surround Sound – нужны не только опыт использования различных техник звукозаписи и обработки, но и специальное аппаратное обеспечение. Например, многоканальные процессоры обработки.

Аппаратная база: многоканальные процессоры эффектов

В нашем журнале многоканальные процессоры уже упоминались, когда темой обзора были контроллеры для систем звукоусиления. Функционально специализированные приборы и компьютерные программы, такие как многоканальные эквалайзеры и динамические процессоры, были описаны исчерпывающе.

Совсем другое дело – многоканальные универсальные процессоры. Это относительно новая группа звукового оборудования или программ, в которых, наряду с обычными, применяются алгоритмы обработки, созданные специально для работы в Surround Sound.

Основные задачи, которые должны быть выполнены их разработчиками (а они являются и первыми пользователями), – правильная локализация источников в диффузном звуковом поле, создаваемом пятью громкоговорителями и представленном двумя полями – фронтальным (Front) и тыловым (Rear), обеспечение консистентности эффекта в этих полях, а также совместимость суммарного выхода с моно-, стереофонией и другими Surround-форматами. Поэтому внутренняя маршрутизация сигналов и математика взаимного влияния параметров в многоканальных процессорах существенно отличается от таковых в одно- и двухканальных – один восьмиканальный процессор не равен четырем двухканальным.

В каких случаях должны применяться исключительно многоканальные универсальные процессоры обработки? Во-первых, если требуется обработать (добавить эффект, изменить спектральный баланс или динамику) готовый микс в формате 5.1. Во-вторых, если требуется осуществить динамическое перемещение источников вместе с эффектами в звуковом поле 5.1. В-третьих, если требуется максимально точно позиционировать один или несколько источников в поле Surround.

В связи с этим Surround-алгоритмы должны быть оптимизированы для работы с несколькими форматами контрольного мониторинга. Известно, что различные варианты установки громкоговорителей звучат по-разному, поэтому пользователю необходимо предоставить инструменты, позволяющие быстро достичь примерно одинакового звучания (тембра и пространственного ощущения) в типичных конфигурациях мониторных громкоговорителей. Вот минимальные конфигурации: для музыкальных записей – комплект из пяти идентичных по типу громкоговорителей, расположенных относительно слушателя под углами ±30°/110° по азимуту (рекомендация ITU 775), для кино – комплект из нескольких surround-громкоговорителей с удвоенным левым каналом, для стереомикса – в правом и левом фронтальных громкоговорителях. Соответственно, должна существовать возможность включения/выключения центрального и LFE-каналов.

Рассмотрим несколько примеров, обобщенно описывающих алгоритмы, типичные для обработки многоканального микса (без учета регулировок уровней, фазы и других системных параметров).

Динамическая обработка:

- лимитеры типа brickwall на выходах 1...5 с раздельными или объединяемыми в группы регулировками;

- отдельные экспандер и компрессор для канала LFE (выход 6); - произвольно назначаемые (внутренние) точки подключения к цепи управления Side Chain для пяти основных каналов с раздельными или объединяемыми регулировками.

Панорамирование:

- индивидуальное позиционирование пяти дискретных необработанных сигналов (входы 1...5 на выходы 1...5); - позиционирование отдельного источника внутри создаваемого алгоритмом реверберации звукового поля; - динамическое (в том числе с использованием автоматизации) перемещение источников по кругу surround-поля; - параметры настройки интерфейса коммутации с системой surround-панорамирования микшерной консоли.

Реверберация:

- назначение эффекта на пять основных каналов индивидуально и по группам (канал LFE не обрабатывается);
- настройка общего рисунка ранних отражений в каждом канале или по группам; - настройка начала ранних отражений (этот параметр более всего влияет на окраску звучания источника и акустически более точен, чем предварительная задержка Predelay); - настройка конца ранних отражений; - выбор типа реверберации независимо для каждого канала или по группам; - общая или по принципу "фронт-тыл" регулировка диффузности (более широкий диапазон изменений, чем дает время спада "хвоста" реверберации Decay time); - изменение времени реверберации (Decay time) для всех пяти "хвостов" одновременно или индивидуально; - регулировки тембровой окраски каждого сегмента реверберации каждого канала.

Из описания видно, что в целях упрощения настройки в алгоритмах многоканальной обработки строго соблюдается правило объединения параметров. Насколько мне известно, за этой "простотой" (с точки зрения пользователя) кроются сложнейшие математические вычисления, дающие совсем непростые результаты, выраженные в динамичных, прекрасно локализованных даже за пределами зоны действия акустических систем звуковых образах. В частности, изменение одного параметра упомянутой тембровой окраски реверберированного сигнала может влиять более чем на 100 функций, которые обычно выполняют фильтры и частотно-зависимые линии задержки. Пожалуй, сложность алгоритмов многоканальной обработки и является основной причиной достаточно высокой стоимости процессоров такого типа.

Коммутация:

передача сигналов в многоканальных surround-процессорах обеспечивается с помощью стандартных встроенных интерфейсов (для компьютерных программ – внешнего блока ввода/вывода) AES3, ADAT, TDIF и других, предусматривающих восемь цифровых звуковых каналов. Обязательным условием является способность работать с частотами дискретизации 32/44,1/48/88,2/96 кГц, по возможности наиболее широкий набор функций синхронизации. Для обеспечения аппаратной совместимости процессоров между собой, а также с контрольными акустическими системами, входы/выходы имеют следующую конфигурацию: канал №1 – левый фронтальный сигнал (Left), №2 – правый фронтальный сигнал (Right), №3 – центральный фронтальный (Center), №4 – низкочастотный (LFE), №5 – левый тыловой (Left Surround), №6 – правый тыловой (Right Surround).

Следует отметить, что, в целях логичной поканальной индикации уровней, "бортовые" индикаторы могут отображать уровни в другом порядке, например, Left – Center – Right – Left Sr – Right Sr – LFE. Данный порядок соответствует физическому расположению контрольных мониторов типичной системы 5.1.

Два оставшихся канала могут использоваться произвольно: как разрывы для обработки стереофонической версии, как входы для подключения к цепи управления (Side-chain), перенаправляемые на любой внутренний канал и т.д.

Описанная канальная структура определена несколькими международными стандартами, в том числе ITU-R BR.1384 (параметры для международного обмена многоканальными звуковыми записями), ITU-R BS.775-1 (распространение многоканального звука в системах цифрового ТВ-вещания), SMPTE 320M-1999 (конфигурация каналов и уровни сигналов на многоканальных звуковых носителях), SSF-02/1-E-2 (форматы многоканальной звукозаписи, параметры для обмена и архивирования программ, настройки оборудования для воспроизведения).

Заслуживает внимания тот факт, что в многоканальных процессорах всегда предусмотрена возможность гибкого программного перераспределения физических входов/выходов и внутренних шин.

Заключение

Surround Sound – это не просто спецэффекты. Образно говоря, это увлекательное путешествие в иное пространство – видимое, если это – кино, или виртуальное, если это – музыкальный проект. И, во всяком случае, вполне осязаемое.

Если у вас есть соответствующее оборудование – с Surround не будет проблем, запись оригинального звука – задача, куда более творческая. Но результат будет действительно хорош только, если обе части работы выполнены удачно.

Литература:

Peter Harrison, Broadcasting in Surround Sound, International Broadcasting Engineering magazine;

Steve La Cerra, Get A Feel For Surround, Surround Professional magazine;

Bobby Owsinski, Surround FAQ, DVD Forum Conference;

Department of Recording Industry RIM 456, Concepts and Development of Multichannel Sound;

Super Audio CD Technical Proposal, Sony/Philips;

DVD-Audio Briefing Paper, WG-4;

Александр Новосельский, "Технологии трехмерного звука";

Интервью автора с Энди Монро (Andy Monro).

Дата добавления: 2015-11-05