из электронной библиотеки / 891749245347456.pdf

ки, расположенных в одном месте, т. е. разновидность современной системы XY, которая сейчас называется системой Блюмлайна;

•система записи стереозвука на разные стороны одной дорожки на диске, расположенные под углами 45 град. (стереотехника 45/45). Этот способ записи еще несколько раз потом изобретался, пока ни стал широко применяться в промышленном производстве;

•система стереорадиовещания, в частности использование АМ и ЧМ с одной несущей для передачи двух звуковых каналов;

•суммарно-разностное матрицирование для совместимости с моноси-

стемой;

•дополнительное матрицирование звука в левый-правый, переднийзадний канал.

Кроме этих в патенте содержались и многие другие технические решения, которые примерно на 20 лет опережали время и не были восприняты современниками. В 1935 году Блюмлайн создал первый фильм с оптической стереозаписью звука. В "награду" за это кампания EMI, где он работал, перепрофилировала его аудиогруппу в подразделение по разработке радаров. Во время испытаний радарной системы на самолете он погиб в авиакатастрофе.

Работы Блюмлайна долгое время оставались неизвестными (только недавно появилась книга о нем (рис. 5), а вот работы, проводившиеся в Bell Labs, активно развивались и широко демонстрировались.

В 1933 году Флетчер и другие сотрудники лаборатории Bell Labs, пытаясь расширить зону стереоэффекта, добавили третий громкоговоритель в центре. Они продемонстрировали запись и проводную передачу звука по такой системе из Национальной академии наук в зал онституции в Вашингтоне. В этом же году были выполнены и продемонстрированы в Чикагском выставочном центре первые бинауральные записи на "искусственной голове".

Интересно, что A.Келлер из лаборатории Bell Labs в 1936 году заново открыл систему стереозаписи на диске 45/45, однако и тогда руководство лаборатории не углядело в открытии практического применения. Только в 1950-е годы фирма Westrex Corporation в третий раз запатентовала принцип стереозаписи на диске 45/45.

В 1936 году была предложена Philips-Miller система для записи двухканального звука на специальной дорожке кинопленки, причем система была способна записывать стереозвук достаточно высокого качества.

Решающим для пространственного звука стал 1940 год, когда Флетчер и знаменитый дирижер Стоковский продемонстрировали в концертном зале Карнеги-холла новую трехканальную систему записи. Звук записывался оп-

178

тическим способом на три трэка пленки, четвертый трэк использовался для записи контрольных сигналов. В системе был применен широкополосный компандер, что позволяло передавать широкий динамический диапазон.

В этом же году на экраны вышел фильм "Fantasia" (музыкальное сопровождение записал оркестр под руководством Стоковского), в котором была использована система пространственного звука, получившая название Fantasound. В системе звук записывался оптически на четыре трэка, из них контрольный трэк позволял панорамировать звук на любой из десяти громкоговорителей в зале: левый, центральный, правый, боковые и задние. Однако система Fantasound не вызвала интереса.

Во время войны в 1942 году на германском радио в Берлине впервые была продемонстрирована только что созданная система магнитной стереозаписи.

В 1948 году произошли три события, имевшие большое значение для будущего развития пространственного звука: введен новый формат для бытовой звукозаписи на 331/3 оборота, создано общество Аудиоинженеров (AES) и изобретен транзистор (W. Shockly из все той же лаборатории Bell

Labs).

Второй период – расцвет стереозвука.

В1950-е годы стереозвук окончательно пришел в аудиотехнику. Передовым звеном использования пространственного звука стало кино. В 1952 году была впервые продемонстрирована новая система "Синерама", использующая семь звуковых трэков, из них один контрольный. В системе применены пять экранных громкоговорителей и большая группа громкоговорителей, распределенных в зале, на которые могли подаваться различные комбинации сигналов из разных каналов. -истема создавала различные пространственные звуковые эффекты при демонстрации кинофильмов, но в силу своей дороговизны была вытеснена более дешевой системой Cinemascope, которая использовала четыре звуковых трэка для левого, правого, центрального громкоговорителей плюс один моноканал. Эта система использовалась в нескольких фильмах, в основном, правда, для создания отдельных эффектов, например, пролета самолетов и др. Понадобилось еще два десятилетия, чтобы в кино пришел полноценный пространственный звук.

Вэтот же период стереозвук начал активно внедряться в бытовую технику: в 1961 году началось стереорадиовещание, впервые продемонстрированное фирмой WEFM в Чикаго. В 1963 году фирма Philips выпустила первую компакт-кассету. Применение с 1969 года системы шумоподавления фирмы Dolby (В-тип) позволило значительно улучшить качество записи.

Исследования в области улучшения локализации и панорамирования стереобраза привели уже в конце 1960-х годов к ряду новых результатов.

179

Например, Гольдмарк и Голливуд из CBS Labs доказали, что использование низкочастотных блоков и небольших средне-высокочастотных акустических систем позволяет создать звуковой образ практически такой же, как и у двух полнодиапазонных больших систем. Эта идея нашла широчайшее применение в наше время (в суббвуферах и саттелитах) (рис. 6). Для расширения зоны стереоэффекта в это же время было предложено использование добавочного центрального громкоговорителя. В 1963 году Шредер и Атал предложили схемы для подавления перекрестных акустических связей, что нашло применение при последующем развитии бинауральной стреофонии и в современных системах виртуальной реальности.

На 1970-е годы пришелся взлет, а затем падение квадростереофонии. Все началось с опытов Р. Берковица, работавшего в фирме Acoustic Research Corporation, который экспериментировал с расстановкой передних и тыловых пар громкоговорителей. Но вскоре его идеи нашли коммерческую поддержку, поскольку позволяли добавить к переднему стереообразу определенное ощущение акустического окружения. Перед инженерами встала проблема, как передать через каналы радиовещания и звукозаписи иноформацию о четырех каналах. Одной из первых была матричная квадрофоническая система, предложенная Р. Шайбером, который установил принципы построения таких систем. На основе его идей были созданы такие матричные системы, как -BS SQ и Sansui QS, а также система Д. Хафлера фирмы Electro-Voice, которые использовали четыре громкоговорителя – два передних и два тыловых. Исключение составляла система Окамото и Купера, где использовалась другая конфигурация: центральный, левый, правый громкоговорители и один моноканал для заднего громкоговорителя (позднее она была использована в Dolby М--матричной системе).

Каждая из этих систем использовала кодер, чтобы "упаковать" четыре канала в два. Обычно это был пассивный микшер, использующий суммарноразностное взвешенное сочетание сигналов, иногда с некоторым фазовым сдвигом. Эта система имела определенные ограничения, связанные с плохой разделимостью каналов, в связи с чем были добавлены некоторые активные логические подсистемы с целью лучшего выделения основных сигналов. роме того, системы были очень чувствительны к фазовым и амплитудным сдвигам между каналами. Однако несмотря на это были созданы декодеры, отработана технология квадрозаписи на диски (система RCA/JVC CD-4-hbc (рис. 7), был предложен формат квадрозаписи на кассеты и т. д. и в продаже появились коммерческие квадрофонические записи.

Особое место в это время заняла система пространственного звука Ambisonics, изобретенная М. Герценом, которая пыталась воспроизвести пространственное звуковое поле методами, получившими ВОследствии название "волновой синтез". Однако с малым числом громкоговорителей она

180

имела очень ограниченную зону пространственного эффекта. Попытки использовать большое количество громкоговорителей были предложены в системе Накаямы в 1971 году четыре фронтальных плюс два боковых плюс два тыловых. Все эти эксперименты подготовили базу для последующего создания наиболее оптимальной конфигурации громкоговорителей, например, системы 5.1.

Вто время как в бытовой аппаратуре делались попытки, не всегда успешные, приспособить стереоканалы для передачи квадроинформации, в профессиональной технике для кино был достигнут значительный прогресс.

В1976 году лаборатория Dolby разработала специальную аппаратуру кодирования и декодирования для четырехканальной матричной системы для кино, при этом на тыловые громкоговорителе подавался один моносигнал. Система была усовершенствована в 1978 году . К.Тоддомом из этой же лаборатории за счет введения дополнительных фазовых сдвигов для тыловых каналов. В 1983 году Д. Манделл из лаборатории Dolby предложил новый алгоритм Pro-Logic, использующий динамическую систему матрицирования. Успешная демонстрация систем пространственного звука при создании ряда кинофильмов подтолкнула развитие домашних систем.

В1975 году с введением Sony Betamax VCR произошла видеореволюция. Позднее был введен VHS формат VCR, первоначально с линейным аналоговым монофоническим звуковым трэком, затем, после 1980 года, с аналоговым стереотрэком и наконец в 1983 году с отдельно компандированным FM стереотрэком VHS HI-FI, что обеспечило возможность передачи двухканального звукового сигнала с достаточно хорошим качеством и послужило базой для внедрения системы Dolby Pro-Logic в бытовую технику. В 1980 году был принят формат для лазерных дисков.

Как обычно, успехи в звукозаписи подтолкнули внедрение матричной стереофонии в радиовещание, различные системы суммарно-разностного матрицирования (например, BTSC стереосистема) начали использоваться в коммерческом радиовещании в Америке и Европе.

Третий период – цифровой звук и системы Surround Sound.

Появление цифрового звука, которое было, по существу, революцией

ваудиотехнике, началось в 1970-годы спокойно в отличие от большого шума

вэто же время, связанного с квадрофонией. Появление этой технологии было подготовлено развитием транзисторной техники. Использование большого числа транзисторов оказалось недостаточным для решения многих логических задач, что привело к созданию цифровых интегральных схем с аналогоцифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями и средствами для записи и хранения цифрового звука. Аудиоинженеры начали осваивать эту технику, пытаясь сначала перенести операции, которые они делали с аналоговым звуком на транзисторах, и только потом поняли, какие огромные воз-

181

можности открывает им эта техника. Впервые на конгрессе AES в 1976 году в Нью-Йорке Т.Стокман продемонстрировал первые цифровые записи на рекордере фирмы Hewlett-Packard. В 1970 году была создана первая цифровая линия задержки Lexicon Delta –T 101. В 1975 году фирма EMT разработала первый цифровой ревербератор, а в 1981 году появился лазерный компактдиск. Появление CD позволило решить традиционные проблемы в технике звукозаписи: уменьшить шумы, треск, флаттера, искажения и др.

Дальнейшим шагом вперед по отношению к используемой в то время четырехканальной матричной системе фирмы Dolby была предложенная Т.Хольманом из Lucasfilm пространственная система 5.1 с двумя дополнительными тыловыми громкоговорителями и одним низкочастотным блоком (суббвуфером). Эта система в 1991 году была внесена в стандарт ITU-R Rec. BS 775-1.

В 1978 году в фильме Супермен впервые были использованы звуковые трэки с 5.1 каналами на 70-миллиметровой пленке с использованием Dolby шестиканального магнитного формата, созданного Ш. Алленом, в котором комбинировались два тыловых канала с двумя фронтальными каналами. В дальнейшем пространственные системы для кино и для дома стали развиваться отдельно. Система для кино получила название THX, в ней обычно использовались рупорные системы, новые типы разделительных фильтров Линквитца-Рили четвертого порядка и специальные программы для согласования системы с разными условиями помещения. Для домашних систем использовалась модифицированная система EQ со специальным декоррелятором для тыловых систем, чтобы улучшить пространственное восприятие звука.

Использование Dolby матричных систем для передачи пространственного звука продолжалось до начала 1990-х, пока не появилась цифровая запись звука на 35-миллиметровой пленке. Заслуга внедрения цифровой записи звука принадлежит прежде всего фирме Kodak и корпорации "Optical Radiation", которые в 1990 году ввели систему CDS (Cinema digital soundtrack). Эта система использовала 5.1 каналы с 12 бит АЦП, цифровые данные записывались оптически на пленке в том месте, где обычно был записан аналоговый стереотрэк. сожалению, не всегда можно было воспроизводить цифровой звук в кинотеатрах и приходилось выпускать фильмы в двух модификациях – аналоговом и цифровом. В 1992 году фирма Dolby ввела новую SR-D цифровую систему пространственной звукозаписи, которая впервые была использована в фильме "Бэтмен возвращается". Система оставляла аналоговые звуковые трэки на пленке (с использованием Dolby SRшумоподавления) и размещала цифровую информацию на необычном месте между боковыми отверстиями на краю пленки. Чтобы преодолеть ограниченность площади размещения, в системе применялся специальный многока-

182

нальный кодер, который обрабатывал все каналы как ансамбль, а не каждый отдельно.

Позднее была предпринята попытка, например, в фильме "Парк юрского периода", записывать цифровые аудиоданные на отдельный CD-ROM и синхронизировать его с видео.

В 1993 году фирма Sony ввела новую 7.1-канальную систему SDDS, где два дополнительных канала использовались для пяти экранных громкоговорителей. В этой системе аудиоданные записывались на двух внешних краях пленки (за пределами боковых отверстий). Система работала со специальным Sony ATRAC кодером. Все эти системы используются и поныне.

Стремление к увеличению числа передаваемых каналов привело к созданию в 1990-е годы нового поколения многоканальных кодеров: Dolby

Digital (AC-3), Musicam Surround, AAC, WMA, MLP и MPAC. Некоторые ко-

деры использовали отдельные блоки для общей обработки всех каналов, в частности, для решения таких проблем, как межканальное маскирование, межканальное предсказание и др.

В 1993 году система 5.1-канального пространственного звука была выбрана для телевидения, где начал использоваться кодер ATSC Dolby Digital (AC-3) для передачи звука в системе HDTV. Этот кодер был выбран также в 1997 году для обеспечения звука на DVD-Video (c DTS-кодером как альтернатива). В 1999 году был введен формат DVD-Audio с очень высоким качеством пространственного звука (24-бит).

За последние годы происходит быстрое развитие систем передачи звука по Интернету с широким использованием формата MP3 для компрессированного стереозвука и введением различных форматов для передачи звука по сетям Real Networks, Microsoft, Apple и др.

В настоящее время 5.1-формат принят для пространственных звуковых систем в DVD, HDTV, кино и Интернете (рис. 8). Однако уже появляются предложения о введении SDDS 7.1-формата, о различных системах с тремя или четырьмя тыловыми громкоговорителями, IMAX-канальной конфигурации и новой системе Е. Хольмана с 10.2-каналами. Были сделаны попытки создания систем с использованием дополнительных каналов для вертикальных потолочных громкоговорителей, увеличенного числа боковых и экранных громкоговорителей и т. д.

Однако обычный стереоформат продолжает еще активно использоваться в аудио-CD, MP3, аудиокассетах и радиовещании. Попытки извлечь пространственную эстетическую информацию из стереозвука с помощью специальных пространственных синтезаторов были предприняты в ряде си-

стем: Dolby Pro-Logic II, DTS Neo6, Lexicon Logic 7 и др. Фактически эти си-

183

стемы являются своего рода мостом между стереосистемами и 5.1 дискретными системами.

Таким образом, к настоящему времени для передачи пространственного ощущения звука используется много различных способов: бинауральная стереофония, 4:2:4 и 5:2:5 матричные пространственные системы; цифровые пространственные системы в формате 5.1 с низкобитовыми кодерами и др.

Будущее пространственных систем.

Создание систем формата 5.1 потребовало коллективного труда многих фирм и разработчиков на протяжении нескольких лет. Естественно, что разработка следующего поколения пространственных систем потребует не меньших усилий.

Ближайшая задача, требующая решения, это расширение зоны стереоэффекта: современные системы формата 5.1 обеспечивают достаточно хороший пространственный эффект для центральной зоны расположения слушателей. Для боковых зон происходит расщепление восприятия на отдельные каналы. С увеличением числа каналов зона пространственного эффекта может быть расширена, но вопрос состоит в том, какое количество каналов является оптимальным. Современные средства передачи звуковой информации могут поддерживать большое число каналов. Например, для отрезка музыкального сигнала 60 мин. и скорости 32 кбит/канал стандарт DVD может обеспечить 400 каналов, однако пока неясно, что с ними делать.

Если строго использовать теорему пространственного сэмплирования, то громкоговорители в зале надо размещать на каждые 3/16 дюйма, что потребует около миллиона каналов. С другой стороны, Блауерт доказал, что для формирования пространственного впечатления порядка двух десятков каналов ВОлне достаточно. Однако работать в реальном времени с большим количеством каналов звукорежиссеру будет практически невозможно, поэтому вопрос должен стоять следующим образом: как из ограниченного числа передающих каналов автоматически восстановить оптимальное число воспроизводящих каналов? Это задача будущих систем пространственной звукопередачи. Проблема состоит также и в том, как воспроизвести большое число каналов с помощью громкоговорителей, размещенных в многочисленных точках пространства: на потолке, боковых стенах и т. д.

Однако если общую проблему ставить таким образом, чтобы с помощью дискретного числа каналов передать информацию о непрерывном распределении звукового поля в первичном трехмерном пространстве, то такая задача практически нерешаема.

Тема 3.2 Принципы и основы цифровой звукозаписи

184

На современном этапе развития техники, компьютерная студия на базе РС, превосходит по своим возможностям профессиональные студии Лондона и Лос-Анжелеса пятнадцатилетней давности.

Современные профессиональные студии отличаются от домашних в большинстве своем возможностями производства многоканального и hi-res- звука (аудио высокого разрешения), продуманной акустикой контрольных помещений, сложной мониторинговой системой и наличием специалистов высокого класса.

Но, согласитесь, сейчас простой аудио-компакт диск (CDDA) является основным пользовательским стандартом и уйдет он очень не скоро. А это 16 бит, 44.1 КГц…

Массовое производство CD началось в конце 80-х, и тогда это подразумевало очень сложный производственный процесс, а сегодня ведь совсем нет проблем в записи, сведении и мастеринге собственного CD в домашних условиях. Это основное отличие 2003 года от начала 90-х.

Я могу немного "приоткрыть тайну" и сказать, что половина той музыки, которую вы слышите по радио или ТВ, производилось на РС, технические характеристики которых соизмеримы с вашим домашним компьютером.

Задачей этого материала является освещение основных вопросов по комплектации домашней профессиональной студии, "на выходе" которой вы сможете получить качественный продукт, который могут принять в ротацию.

Тракты

Современный тракт студии звукозаписи состоит из двух основных частей: аналогового и цифрового. Раньше все записывалось на аналоговые носители. Поэтому были очень большие потери при копировании с одного накопителя информации на другой.

Другой минус чисто аналоговых трактов состоит в погрешностях в управлении. Например, мой по сей день любимый синтезатор Roland Jupiter-8 (начало 80-х), не мог позволить точную настройку звучания. Все зависело от многих параметров: степени "нагретости" и т.п. Даже один раз крутанув ручку потенциометра, вы потом не сможете точно зафиксировать ее в исходное положение.

С приходом цифровых технологий все существенно изменилось и упростилось. Во-первых, стало доступно копирование цифрового звукового сигнала без потерь в качестве. То есть вы можете копировать аудио-CD "один к одному".

185

Партии музыкантов стало возможным редактировать, копировать отдельные куски, собирать свои партии на их базе без потерь в качестве. Но и позиции музыкантов немного поменялись, так как теперь главный человек в студии - это звукорежиссер.

Во-вторых, найдя нужную настройку для эффект-процессора/плагина (пресет), вы сможете потом воспроизвести ее с той же точностью в любой момент.

Плюсы цифровых трактов стоит рассматривать и из физических соображений, поскольку теорема Нейквиста-Котельникова подверждает, что дискретный цифровой сигнал с частотой дискретизации 44100 Гц воспринимается человеческим ухом как непрерывный во всем слышимом частотном диапазоне.

Цифровые тракты не стоят на месте и развиваются таким же темпом как и раньше. Если посмотреть на все со стороны, то пользователю, нужно одно - выпустить компакт-диск со стандартными значениями 16 бит, 44.1 КГц.

Если видеть ситуацию именно с таких позиций, то все вопросы с су- пер-технологиями отпадают. Мы не выбрали и 50% от того арсенала, который сейчас доступен в диапазоне $200-500 (аппарат) и $400-800 (ПО).

Поэтому основное золотое правило домашней студии: соразмерность аппаратной части и программного обеспечения. Если она будет найдена, то на выпуск продукции вы будете тратить намного меньше времени. По собственному опыту могу сказать, что по отлаженной рабочей схеме можно выпускать по одной-две композиции в неделю (начиная от записи и заканчивая профессиональным мастерингом).

И, в принципе, не важно делаете вы это на базе Celeron-300 или Pentium-4, главное - это соразмерность аппарата и ПО.

Если говорить о современных трактах звукозаписи, то они просты: микрофон/инструмент - предусилитель - (АЦП-(компьютер)-ЦАП) - микшер - усилитель - акустические системы. На современном этапе вся обработка идет в компьютере за счет программно-аппаратного обеспечения.

Соответственно, "аналог" сейчас используется по минимуму - только микрофоны, звукосниматели, кабели, предусилители, микшеры и акустические системы (колонки). Все остальное возлагается на плечи компьютера.

Аналоговые тракты

Звуковая волна, распространяющаяся в воздухе, может быть преобразована в электрический (или как его еще называют, аналоговый) сигнал. То

186

есть, изменения давления в воздухе должны быть пропорциональными изменениям напряжения или силы тока. Частота пульсации воздушной волны должна быть равна частоте пульсации напряжения или тока. Таким образом, мы переносим всю звуковую информацию в электрическое поле, и передаем ее посредством электрического сигнала. Устройства, которые позволяют произвести преобразования акустическая среда > аналоговый сигнал, называются микрофонами и звукоснимателями. Вот как раз на микрофонах мы и остановимся несколько подробнее, поскольку это одни из самых важных элементов студии.

Сейчас идет очень много споров об объективности оценок звукового оборудования. Как это провести наилучшим образом.

Я приведу пример, который стал уже классическим. Когда в 90-х фирма AKG задалась целью поставить в производство свою легендарную модель микрофона C12, то разработчики столкнулись с неожиданной проблемой - все прототипы, взятые для новой серии, отличались друг от друга. Объяснялось это тем, что в 60-х и 70-х производственный процесс не отличался цифровой точностью. И, в результате, каждый AKG C12, выпущенный в то время имел свое звучание. Выход нашли очень простой - взяли десять лучших прототипов, усреднили параметры и поставили в производство. Название поменялось на C12R. На сегодня это один из самых дорогих микрофонов.

Предусилители, микшеры, аналоговые устройства обработки

Предусилистели - это специальный класс устройств, позволяющих поднять уровень микрофонного сигнала до уровня линейного. В большинстве случаев современные предусилители имеют на борту дополнительно встроенные устройства динамической обработки (компрессор/гейт/лимитер) и частотной коррекции (эквалайзер). В некоторых моделях предусмотрены дополнительные возможности по удалению артефактов, например, такие как "де-эссер" (исправляет свистящие и шипящие). В предусилителе обязательно должно быть предусмотрено фантомное питание для подключения конденсаторных микрофонов.

Некоторые начинающие специалисты, которые уже сталкивались с подобным типом устройств, часто спрашивают, зачем там стоит разделение на микрофонные и линейные входы? Я объясню: дело в том, что модули динамической обработки и частотной коррекции в одном приборе - это очень удобно для первоначальной обработки сигнала.

Предусилители могут быть встроены и в микшеры - сложные коммутационные устройства, предназначенные для смешивания сигналов. Микшеры подразделяются по предназначению: студийные, концертные, эфирные, и по типу коммутируемых трактов: аналоговые и цифровые. Цифровые микшеры используются большей частью в студийных условиях, хотя сейчас можно говорить и о цифровой революции в сферах теле- и радиовещания.

187