1.4. Акустические системы

1.4.1. Эволюция акустических систем

Звук Dolby Digital впервые появился в кинотеатрах в 1992 году в фильме «Возвращение Бэтмена», с тех пор используется уже в тысячах фильмов по всему миру и является одной из самых современных разработок от компании Dolby Laboratories [38].

Но еще в конце 60-х и в начале 70-х годов компания Dolby произвела революцию в системах записи на магнитную ленту своей системой шумоподавления Dolby A (для профессионалов) и Dolby B (для обычных пользователей). Позже, в 70-х годах, компания Dolby своей аналоговой системой Dolby Stereo революционизировала звук в фильмах. Система Dolby Stereo впервые принесла в фильмы 4 звуковых канала: три спереди – фронтальные (левый и правый для музыки и эффектов и центральный для диалогов) и четвертый – тыловой «окружающий» (Surround) для создания общей звуковой атмосферы. Позже, в 80-х годах, благодаря системе спектральной записи (Spectral Recording, SR) Dolby SR, было значительно улучшено качество записи на ленту и звука в кинофильмах.

В конце 80-х – начале 90-х годов компания Dolby Laboratories также революционизировала бытовые устройства развлечений путем внедрения систем «домашнего театра» Dolby Surround, а позже и Dolby Pro Logic. В бытовых устройствах стала использоваться технология Dolby Stereo для воспроизведения с видеолент и «больших» лазерных видеодисков. Эти системы позволяли зрителям использовать дома ту же самую 4-х канальную конфигурацию, что и в кинотеатрах.

Современные системы Dolby Digital (AC-3) вышли на новый уровень, предоставляя уже 6 раздельных каналов кристально чистого объемного цифрового звука [38].

Каналы. В многоканальных акустических системах Dolby Digital сегодня используются 5 основных каналов:

• 3 фронтальных – левый (left), центральный (center), правый (right) – для более точного определения местоположения звуков;

• 2 тыловых – левый окружающий (left surround), правый окружающий (right surround) – для более натуральной, реалистичной передачи атмосферы и фона.

Все 5 основных каналов передают полный спектр частот (3-20000 Гц).

Система Dolby Surround Pro Logic имеет те же 3 фронтальных канала и предоставляет дополнительно еще один канал с ограниченной полосой частот (от 100 до 7000 Гц) для объемного (окружающего) звука, который обычно усиливается через два канала усилителя и подается на два динамика.

Кроме 5 основных каналов используется еще шестой басовый канал низкочастотных эффектов (Low Frequency Effects, LFE), который иногда содержит дополнительную низкочастотную информацию для усиления эффекта от некоторых сцен, таких как взрывы, катастрофы и т.д. Так как человеческое ухо не способно определить местоположение источника низкой частоты, достаточно именно одного такого канала. Из-за того, что этот канал сильно ограничен сверху по частоте (от 3 до 120Гц), его иногда называют каналом ".1". При его добавлении к полным 5 каналам Dolby Digital получаются так называемые системы 5.1 (рис.1.26) [39].

Таким образом, левый, центральный и правый фронтальные каналы позволяют точно определить позицию источника звука на экране. Отдельные «разделенные» левый и правый задние боковые каналы вовлекают вас в фильм своими окружающими и обтекающими звуками. А дополнительный низкочастотный канал добавляет накал действию на экране.

Все 6 каналов в системе Dolby Digital являются полностью цифровыми, из чего следует, что на всем пути от пульта звукооператора до домашней системы пользователя они передаются без потери качества. Но Dolby Digital еще и упаковывает их все в один канал, который занимает места меньше, чем один канал на CD. Именно это позволяет так легко добавлять звуковые дорожки Dolby Digital к обычным лазерным дискам, а также к целому множеству других источников.

Рис. 1.26. Система 5.1

Но со временем создатели фильмов поняли, что два канала окружающего звука в зале не могли передать все задуманные эффекты, и зрители на боковых местах оказывались в невыгодном положении. Чтобы реализовать творческую фантазию авторов, нужны были эффекты пролета звука над головами зрителей от экрана к задней стене кинозала и обратно. Акустические эксперименты показали, что при выделении заднего центрального канала, эффект значительно усиливается, а качество звука выравнивается по всей площади кинозала [40]. В системах 6.1 (DTS ES) образуется дополнительный задний окружающий (back surround) канал, который в системах 7.1 (THX EX) заменяется на два канала – левый задний окружающий (left back surround) и правый задний окружающий (right back surround) [38].

Появление формата Blue Ray можно считать следующей ступенью в развитии DVD. Основное его преимущество - возросшая информационная емкость, давшая возможность перейти к видео высокого разрешения Full HD. Так же произошла коррекция звуковых форматов – появились Dolby TrueHD и DTS HD Master Audio. Основное их отличие – меньшая степень компрессии звука и, соответственно более высокое качество. Диск Blu Ray может содержать в 5 раз больше звуковой и видео информации чем DVD – как результат - увеличилось разрешение, качество видеосигнала. Тоже можно сказать и про звук, с одной оговоркой – качество звука приблизилось к своему потенциальному пределу. Дальнейшее наращивание характеристик не имеет особого смысла - новые форматы звука практически не используют компрессию сигнала [39].

Развитие многоканальных систем продолжается. Появились системы .2 (например, 7.2), число каналов и вариантов их использования продолжает увеличиваться (например, системы до 12.4), уточняются их названия. В Приложениях 2 и 3 представлены схемы и конфигурации громкоговорителей многоканальных аудиосистем на основе [39, 41].

Колонки. В современной звуковоспроизводящей системе сегодня имеются 5-7 основных спикеров и низкочастотный динамик – сабвуфер (subwoofer, буквально – «подвыватель»). Разница между системами 5.1, 6.1 и 7.1 состоит в числе surround-колонок, что отражает рис.1.27.

Рис.1.27. Системы 5.1, 6.1 и 7.1

Очевидно, что звуковая дорожка в формате 5.1 с успехом воспроизводится 5.1-акустикой. Но она также может быть воспроизведена на 6.1- или 7.1-колоночной системе. Чтобы сделать это, два surround-канала в 5.1-дорожке распределяются между тремя или четырьмя surround-колонками. Это можно осуществить с использованием декодера Dolby Digital EX, THX Surround EX или другого подходящего, реализованного производителем оборудования. То есть название формата (5.1, 6.1, 7.1), описывающего звуковую дорожку, совсем не означает, что он может быть воспроизведён только на точно такой же конфигурации колонок. Возможно даже воспроизведение традиционного двухканального стереоконтента через многоканальную акустику, используя матричный декодер Dolby Pro Logic II. Таким образом, формат источника и конфигурация колонок – независимые факторы, а правильно распорядиться имеющимся оборудованием – обязанность декодера [38].

Статистические исследования показывают, что акустическая система центрального канала воспроизводит ~ 52 % всей звуковой информации при просмотре кинофильмов, в том числе почти все диалоги и дублирующий голос переводчика. Левая и правая фронтальные акустические системы воспроизводят по 20 % оставшейся звуковой информации каждая, а на долю тыловых громкоговорителей приходится всего 8 %. Поэтому хорошая акустическая система центрального канала должна с минимальными искажениями воспроизводить широкую полосу частот, как минимум 50-20000 Гц. К качеству звучания акустических систем тыловых каналов, которые используются в основном для воспроизведения звуковых эффектов и отраженных звуков, особых требований обычно не предъявляется.

Поскольку к идеальному громкоговорителю, воспроизводящему полную полосу частот 20-20000 Гц, предъявляют различные и часто взаимоисключающие требования при его работе в разных полосах частот, изготовить его за приемлемую цену практически невозможно. Поэтому подавляющее большинство современных акустических систем имеет по 2, 3, 4 и более головок, работающих в различных полосах частот. Конечно, многополосные акустические системы не лишены своих специфичных конструктивных проблем (эффективности схем разделительных фильтров полос, фазовых и временных искажений, разделения полос в зоне наивысшей чувствительности слуха человека и др.).