все о профессиональном звуке

Как развивалась технология Surround Sound

Терминология

Surround Sound - термин американского происхождения. Означает он в русском переводе "объемный", "окружающий", "приходящий со всех сторон" звук. "Surround" стало словом настолько привычным, и так хорошо и полно передает сущность именно этого способа передачи звука, что в дальнейшем нашем изложении мы будем пользоваться им без перевода.

Прежде всего, немного истории.

Начало было положено изобретением стереофонии. По старому, но точному определению, сформулированному Сноу еще в 1953 году, этот термин является как бы родовым понятием для всех способов передачи звука с двумя или более каналами. Поэтому и Surround-звук - это не альтернатива стереофонии, но ее, так сказать, составная часть.

Первый опыт стереофонической передачи был предпринят Адером и Пускасом в 1881 году в Париже. Тогда, на всемирной выставке была осуществлена двухканальная передача звука из оперного театра по телефонным линиям (без усиления). Следующим вкладом в совершенствование методов стереофонической звукопередачи стали идеи британца Алана Блумлайна, сформулированные им в 1931 году.

А в 1956-58 годах в продаже появились уже первые стереофонические пластинки. Двухканальная стереофония, которая преимущественно и используется и по сей день, вне всякого сомнения, позволила значительно улучшить звучание по сравнению с монофоническим. У слушателя появилась возможность различать взаимное расположение элементов "звуковой картины" в пространстве (т.н. эффект локализации кажущихся источников), при стереофоническом прослушивании более верно передавались тембры голосов и инструментов, а также переходные процессы звучаний, что заметно улучшило, как говорят звукорежиссеры, "прозрачность" звучания. Кроме того, стала полнее ощущаться акустика помещения, где происходило исполнение. Однако все эти преимущества не были исчерпывающими, и не могли сделать передаваемый по двум каналам звук по-настоящему натуральным.

Традиционную двухканальную стереофонию было бы правильнее назвать бифонией, т.е. воспроизведением с двух громкоговорителей, стоящих в одной плоскости. А подлинный пространственный звук должен быть трехмерным, т.е. существовать в объеме, иметь ширину, глубину и высоту. Потому новые идеи в этом направлении не заставили себя ждать.

Еще в 1940-м году на экраны вышел полнометражный анимационный фильм «Фантазия» Уолта Диснея с участием великого дирижера и изобретателя Леопольда Стоковского и его оркестра. Саундтрек фильма был записан на три канала, что в то время было сенсацией. Для его показа в кинотеатрах была создана специальная многоканальная система воспроизведения. Первые показы производились с помощью передвижного усилительного комплекта, пока кинотеатры не были укомплектованы соответствующим оборудованием. Впоследствии фильм при переизданиях ремикшировался в разных форматах, последняя его версия выпущена в формате 7.1.

Затем, в развитие этой идеи, появилась многоканальная система Cinerama, включавшая семь каналов – пять заэкранных и два тыловых, а также несколько других, сходных по конструкции.

В 1956 году Фермойлен (Голландия) предложил схему озвучивания кинозала с использованием большого количества громкоговорителей, два из которых были установлены спереди, на портале, а остальные пятнадцать были развешаны на стенах помещения. Благодаря магнитофонной линии задержек звук с многократными запаздываниями в определенной временной последовательности излучался в виде некогерентных повторений, имитируя, таким образом, диффузное звуковое поле. Этой системе было присвоено наименование амбиофония, от ambience - окружение, укутывание, облегание. Схема, естественно, из-за своей громоздкости была пригодна для озвучивания залов, но ни в коем случае не для использования в домашних условиях.

В семидесятые годы была широко разрекламирована и стала активно внедряться на рынок бытовой радиоаппаратуры новая четырехканальная стереофоническая система под названием "Квадрафония". Правда здесь в наименовании была допущена лингвистическая неряшливость, в термине "квадрафония" произвольно латинский корень "квадро" (четыре) объединен с греческим "фон" (звук). Это представляется не очень корректным и французский синоним "квадрафонии" - "тетрафония" ("тетра", греч. - четыре) с этой точки зрения более удачен.

Для практической реализации идеи передачи и записи четырехканального звука в то время было разработано компромиссное матричное решение задачи. Сигналы от четырех микрофонов соответствующим образом преобразовывались в два комплексных сигнала, которые можно было передать и записать всего по двум каналам. А затем, после обратного матричного преобразования, вновь превратить в четыре сигнала для воспроизведения четырьмя раздельными громкоговорителями.

Нет сомнения в том, что квадрафония расширила рамки возможностей двухканальной стереофонии, т.к. к восприятию расположения акустических источников по фронту, со стороны "звуковой сцены", добавилось ощущение прихода голосов, инструментов, а также акустических отражений от стен помещения, со всех четырех сторон.

Но квадрафония не получила широкого распространения. Концепция подобного четырехугольного расположения громкоговорителей (по углам комнаты) была непродуманной, а психоакустические закономерности восприятия пространственного звука недостаточно проработаны. Несовершенна была и технология матричной записи и декодирования четырехканальной фонограммы из двухканальной канавки грампластинки. Правда, были выпущены специальные четырехдорожечные катушечные магнитофоны, но они не получили распространения.

Четырехдорожечный магнитофон для квадрафонии

Фото статьи

Поэтому квадрафония просуществовала недолго: никто не хотел у себя дома иметь достаточно дорогую и сомнительную по эффекту аппаратуру. Действительно - "Кто же сидит в середине оркестра?" И квадрафония была очень быстро забыта, оставив нам, тем не менее, полезное технологическое наследство.

Идея применения матричной передачи с той поры прижилась и создала базу для создания впоследствии систем "Surround"-звука. Этот способ воспроизведения можно рассматривать и как дальнейший этап усовершенствования двухканальной стереофонии. Благодаря такому пространственному распределению громкоговорителей, как это принято в Surround-системах, звук ощущается приходящим к слушателю со всех сторон, т.е. становится истинно трехмерным.

Но обязательно ли для создания натурального слухового восприятия соотношений между прямыми и рассеянными, пространственными звуками в месте, где находится слушатель, иметь большое число распределенных по периметру помещения громкоговорителей?

Разрешить этот вопрос помогло обращение к простой модели. За ориентир выбирается некий зрительный образ, расположенный в области, находящейся в поле зрения наблюдателя. Если непосредственно в этой же области расположены источники звука, то их сигналы, разумеется, будут восприниматься слушателем как прямые, превалирующие звуки, определяющие местоположение изображения в пространстве.

Что же касается звуков, излучаемых боковыми или задними источниками, то они будут восприниматься "периферийным" слухом, создавая общую акустическую атмосферу и, более того, благодаря определенному психологическому эффекту, внесут свой заметный вклад в создание общего звукозрительного образа.

рис 1

Фото статьи

В соответствии с этой предпосылкой, в Surround-звуковых системах, в расчете на психоакустические закономерности слухового восприятия, можно ограничиться небольшим количеством громкоговорителей, например, 3 фронтальных + 1 или 2 задних (соответствующие стандартные обозначения: 3/1 или 3/2 и т.п.)

Так появились многочисленные модификации Surround-систем, отличающиеся лишь по форматам и способам матрицирования.

Способ матрицирования был на этом этапе развития техники многоканальной звукопередачи единственно приемлемым, т.к. наличие только двух каналов передачи и записи не требовало специальной аппаратуры звукозаписи, давало возможность использовать уже существующие двухканальные устройства, обеспечивало достаточно хорошую совместимость с обычными стереофоническими и монофоническими системами.

По данным ряда авторов, эксперты при сравнительном прослушивании звучания дискретных и лучших вариантов матричных систем разницы не замечали.

Однако математика упрямая вещь и из двух уравнений четыре неизвестных вычислить нельзя! Поэтому, несмотря на различные ухищрения, предпринимаемые при матрицировании (превращении, например, четырех сигналов в два, и вновь их разделении), каждый из восстановленных сигналов, строго говоря, несколько отличается от исходного.

Но с этим приходилось считаться и именно этим, очевидно и объясняется обилие разработок матричных Surround-систем.

Некоторые приведены в таблице.

Предназначение

Страна

Год

Разработчик-формат

Матрицирование

Кинематограф

США

1976

Dolby Stereo 3/1одноканальная система Surround

4-2-4

Домашний театр

США

1992

Dolby Surround (бытовой вариант) одноканальная система Surround

3-2-3

Домашний театр

США

1987

Dolby Pro Logic одноканальная система Surround 3/1

4-2-4

Кинематограф

США

1987

Dolby SR 3/1

4-2-4

Домашнее видео

США

1995

RSP (Circle Surround Processing System)

4-2-5

Практически, основные технические и эстетические характеристики, которыми достаточно точно описывалась сущность восприятия слушателем обычного двухканального стереофонического звука, оказались недостаточными для полного словесного описания слухового ощущения, тех звуковых соотношений, которые оказывали непосредственное воздействие на слуховой аппарат человека при Surround-звучании.

Но сегодня термин Surround Sound часто применяется для определения только отраженного, диффузного звука ("канала амбиенции").

Это вызывает путаницу в понятиях и приводит к ошибочному толкованию термина Surround Sound, под которым, если говорить строго, понимается не часть звуковой информации, не "заднебоковой" звук, но полная целостная объемная звуковая картина, воссозданная электроакустическими средствами в месте расположения слушателя.

Предназначение

Страна

Год

Разработчик-формат

Распределение AC

Кинематограф

США

1984

Imax/Omnimax (6 6.1) линейный

3/2 или 4/2

Кинематограф

США

1991

Dolby-Stereo-Digital (5.1) (AC3: 320-640 кбит/с)

3/2/1

Радио/кино/быт

ITU быв. (CCIR)

1992/4

Рекомендованный международный стандарт по ITU-R BS.775-1

3/2/1 + 7 доп. каналов

Бытовая техника

США

1992

DSD Dolby Surround Digital (5.1) + AC-3:384 кбит/с

3/2/1

Кино/бытовая техника

Япония, США

1994

sdds Sony Dynamic Digital Sound (7.1) (+ATRAC = 2 Мбит/с)

5/2/1

Бытовая техника

США/ЕС

1996

Европа: DVD + MPEG-2 (Video:3.5 Мбит/с, Audio: 3x384 кбит/с + 4x10 кбит/с (1,2 Мбит/с) или 6x960 кбит/с США - АС-3

3/2/1 + 4 доп. канала

Радиовещание

ЕС

1996

DAB (Digital Audio Broadcasting) ETCI/Euroteka 147/ITU/CCIR

3/2

Телевидение

ITU

1996

DVB (Digital Video Broadcasting) ITU/CCIR. EC - MPEG-2 CША - АС-3

3/2

К сожалению, упомянутое словесное недоразумение уже вошло в торговую терминологию, и с этим приходится мириться, хотя это, разумеется, вносит известное разночтение и осложняет ясность понимания терминов.

Приведение Stereo-Surround методов в единую систему

Большое разнообразие звуковых систем под общим названием "Surround-Sound" потребовало приведения их в некую стройную систему.

Рис 2

Фото статьи

"Рекомендация ITU-R. (бывш. CCIR) BS 775-1", является стандартом, устанавливающим для многоканальной звуковой техники основные эталонные параметры:

- минимальное число дискретных каналов передачи и воспроизведения;

- минимальное число громкоговорителей и их типовое расположение.

Здесь же создается единая база для дальнейшего совершенствования системы:

- улучшения технологии микрофонного звукосъема;

- выбора более эффективных методов цифрового кодирования для передачи и записи сигнала (линейно или с цифровым сжатием);

- разработки оптимальных методов воспроизведения, обеспечивающих правильные звуковые соотношения у слушателя, расположенного в достаточно широкой зоне прослушивания;

- использования дополнительных каналов для передачи вспомогательных данных.

Для универсального, экономически приемлемого для всех потребителей (радиовещания, видеотехники, кинопродукции) стандарта "настоящая" Surround-система была бы слишком накладна.

Поэтому международная организация ITU на основании совместной работы с экспертной комиссией по кино (MPEG) и специалистами по обмену программами пришла к рациональному компромиссу. В качестве единого стандарта воспроизведения озвученных кинофильмов в домашних условиях предлагается ориентироваться на приведенное изображение. При таком фронтальном расположении зрительного и звукового образов они хорошо взаимодействуют между собой, создавая единый звукозрительный ряд. Спереди устанавливаются громкоговорители, от которых к слушателю должны приходить преимущественно прямые сигналы непосредственно с мест расположения источников звука.

Они-то и содействуют локализации звукового образа, создают ощущение сцены. Напротив, с двух сторон, или сзади слушателя должны быть установлены громкоговорители, излучающие отраженные звуки, воспринимаемые в качестве пространственной информации, создающей ощущение акустической атмосферы. Для этого служат два т.н. Surround-громкоговорителя (в кино - две группы громкоговорителей)

Рекомендация допускает также установку четырех боковых или задних Surround-излучателей (для двух Surround-сигналов) для того, чтобы улучшить "эффект присутствия".

Если фонограмма фильма требует, система предоставляет также возможность одновременного или поочередного воспроизведения раздельных звуковых компонентов с разных излучателей, лишь бы это не привело к возникновению "звуковой каши", но это уже целиком зависит от квалификации звукорежиссера. Система может быть дополнена "суббасканалом", или каналом LFE (Low Frequency Effects) (0.1 канал), т.е. "канал низкочастотных эффектов".

А сейчас возвратимся к терминологии.

Как уже указывалось выше, обозначение "Surround-громкоговорители" только для боковых излучателей пространственного звука вряд ли можно признать правомерным: ведь все 5 или более громкоговорителей вносят в слуховую зону Surround-звука свой вклад. А уж если такое понятие привилось и бытует, то, строго говоря, для приведенного выше расположения громкоговорителей более уместно наименование Stereo-Surround-Sound, аналог стереоамбиофонии.

Для удобства пользователя существуют стандартные обозначения числа каналов системы. Например, соотношения "Прямых" и "Surround"-каналов обозначаются: 3/2, 3/2/1 или 3/4/1 и т.д.

Стерео-Surround-фонограмма должен быть совместимой, т.е. пригодной для воспроизведения как в обычном стерео, так и в монорежимах. Точно так же и системы 5/2, 5/4, 5/2/1 должны быть совместимы с 3/2 системой. Это всегда предусматривается, хотя и не является специальным требованием рекомендации.

Требованиям "Рекомендации 775-1" отвечает целый ряд подобных систем. Это, например, Dolby Stereo Digital System (с 5.1 каналами), ее товарные версии DSD (Dolby Surround Digital) или DST (Digital Theater Sound System) (5.1).

Формата 3/2 придерживаются также цифровые аудио- и видеосистемы: DAB (Digital Audio Broadcasting) - для радиовещания, DVB (Digital Video Broadcasting) - для ТВ-вещания и DVD. В этом же ряду стоят также используемый в кинематографе способ передачи звука в формате DTS и более сложная система SDDS, разработанная фирмой Sony и напоминающая старую (50 годов) американскую 6-канальную систему озвучания кинотеатров - Cinerama, Todd-A-O (5.1). Однако острая конкуренция на ниве кинопроизводства и кинопроката привела к вытеснению форматов DTS и SDDS и практически монопольному воцарению технологий от компании Dolby.

Приведенный нами перечень систем, разумеется, не целиком может быть принят, как стандарт для всех без исключения потребителей: ведь, если 5 и более фронтальных громкоговорителей вполне доступны и желательны в кинотеатрах, то для любителей в домашних условиях их установка требует большой комнаты, большого экрана и специальной работы по прокладке акустических проводов по всей комнате. Требуется также настройка всей систмы по специальных тестовым сигналам.

На сегодняшний день DVD специфицирован как формат 5.1. существовавший еще с 1984 года для Imax/Omnimax-кинотеатров. Он уже тогда завоевал репутацию наиболее высококачественного способа дискретной техники передачи звука в кино. В нем используется стандарт 3/2, т.е. 3 фронтальных громкоговорителя (Левый-центральный-правый) + двухканальный Surround-звук. В принципе DVD может использоваться и для записи звука формата 7.1.

Разумеется, в такой сложной системе возможное смещение кажущихся источников в зависимости от месторасположения зрителя, его удается иногда избежать только с помощью сдвоенного панорамного регулятора ("Double-Quad-Panner") в виде джойстика

Как видно, такой обширный перечень существующих ныне и порой вступающих друг с другом в жесткую конкуренцию звуковых многоканальных систем затрудняет их выбор. Но жизнь все расставляет по своим местам и рынок постепенно сам определяет, какие из форматов Surround Sound наиболее универсальны, экономически целесообразны и потому предпочтительны.

19 сентября 2015

Борис Меерзон

Пока никто еще не оставлял комментарии. Вы можете быть первым.

Возможность оставлять комментарии доступна только для зарегистрированных пользователей.

Новые статьи

144 Конгресс AES - научные результаты

01 сентября 2018

Результаты XVI Всероссийского Конкурса творческих работ студентов-звукорежиссеров им. Виктора Бабушкина

01 мая 2018

Участники XVI Конкурса студентов-звукорежиссеров им. В. Бабушкина

23 марта 2018

Конкурс творческих работ студентов-звукорежиссеров имени В.Б. Бабушкина-2018

27 февраля 2018

143 конгресс AES - научные результаты

28 января 2018

Церемония награждения лауреатов

16 декабря 2017

Конкурс концертных звукорежиссеров - репортаж

13 декабря 2017

Московский Конкурс молодых концертных звукорежиссеров - итоги

06 декабря 2017

Видеотрансляция Конкурса концертных звукорежиссеров

02 декабря 2017

Внимание, конкурс!

29 ноября 2017