Цель любой системы объёмного звучания – максимально точная передача звукового образа. Локализация источника звука при этом является лишь средством, позволяющим получить более богатое и естественное звучание. Двухканальная стереофония – классический способ передачи и воспроизведения звука, но её возможности ограничены, многоканальные системы справляются с локализацией намного лучше. Но тема этой публикации – пространственные возможности именно обычного стерео.
Слушатель, находящийся в концертном зале, слышит не только прямой звук, исходящий от отдельных инструментов оркестра, но и приходящий с различных направлений (в том числе и сзади) отраженный от стен и потолка помещения рассеянный (диффузный) звук, который создает эффект пространства и дорисовывает общее впечатление. При двухканальной передаче информация, создаваемая диффузным звуком, в значительной степени теряется, а в случае студийной записи может отсутствовать изначально.
Человеческое ухо лучше всего локализует источники звука в горизонтальной плоскости спереди. Приходящие сзади звуки локализуются хуже, и в основном дополняют картину. Зрение, в том числе и периферийное, облегчает локализацию звуков – попробуйте послушать саундтрек к фильму без картинки, и убедитесь в весьма условном распределении звуковых эффектов.
При определении направления на источник звука наш слуховой аппарат использует не только разность интенсивности звуковых сигналов, но и фазовый сдвиг между ними, причем влияние фазового сдвига на точность локализации источника звука наиболее ярко выражено в области частот приблизительно от 500 до 3000 Гц. Лучшие записи электронных инструментов в студии в 60-е годы проводились с использованием микрофонной техники, что объясняет "живой" характер звучания.
Запаздывание, с которым диффузный звук достигает ушей слушателя, и его спектральный состав зависят от размера и акустических свойств помещения – именно так мы оцениваем «звуковое пространство», основываясь на собственном слуховом опыте. Эти соображения послужили отправной точкой для первых систем «объёмного звучания». В кавычках – потому что источники сигнала были одноканальные (монофонические).
Еще в середине 50-х годов фирмами Philips, Grundig, Telefunken были опробованы системы трехмерного воспроизведения 3D и Raumton. Передача звука была монофонической, но дополнительные громкоговорители (обычно встроенные, реже - выносные), излучающие звук вбок или вверх, создавали за счет отраженного от стен и потолка звука впечатление большого пространства. Поскольку задержка эхо-сигнала в бытовых помещениях достаточно мала, для ее увеличения позднее использовались пружинные ревербераторы в канале усиления дополнительных сигналов. Эти системы ввиду значительной для того времени технической сложности продержались на рынке недолго и быстро сошли со сцены.
В дальнейшем для передачи диффузного звука были разработаны амбиофонические системы, нашедшие применение, главным образом, в кино. Дополнительный канал (или каналы) для передачи диффузного звука в таких системах имели меньшую мощность, чем основные, а их частотный диапазон соответствовал полосе частот диффузного сигнала (примерно 300...5000 Гц). Для получения рассеянного звука динамики тыловых каналов направлялись на стены или потолок помещения.
Развитием амбиофонии стала квадрафония (четырехканальное звуковоспроизведение), пик популярности которой пришелся на первую половину 70-х годов. В отличие от амбиофонической системы здесь все каналы воспроизведения звука оборудованы равноценно. Дискретная (полная) квадрафония, обеспечивающая максимальный эффект присутствия, требует четырех каналов передачи звука, и в силу этого оказалась несовместимой с существовавшими в тот момент техническими средствами звукозаписи и радиовещания. Технические проблемы с передачей сигналов нескольких каналов (в том числе с кодированием/декодированием) привели к тому, что основной системой записи и передачи звука на долгие годы стала двухканальная стереофония.
Четыре канала – ещё не «квадра»
В "войне стандартов" квадрафонических систем победителей не было, идея благополучно скончалась, принципы позабылись, а термин остался. Поэтому сейчас мало кого смущает тот факт, что "нечто", имеющее четыре канала усиления и четыре колонки гордо именуется "квадрафонической системой". Однако это в корне неправильно, поскольку источник сигнала остается двухканальным, а сигналы фронтальных и тыловых каналов при таком построении системы отличаются друг от друга только уровнем – но не временнЫми и фазовыми соотношениями.
При микрофонной записи значительная часть пространственной информации содержится в разностном сигнале – он не содержит звуки, соответствующие «центру» звуковой картины. Этот сигнал можно подать на громкоговорители тыловых каналов или в чистом виде, или в смеси с некоторой долей фронтальных сигналов. В простейшем случае для этого даже не нужны дополнительные каналы усиления, а вычитание сигналов можно провести на выходе усилителя:
Но система хорошо работала только с записями, сделанными в микрофонной технике – потому что основной эффект присутствия создавали именно диффузные звуки, именно они формируют разностные сигналы малого уровня. Внедрение многоканальной полностью электронной записи инструментов с последующим сведением, облегчив работу звукорежиссера, одновременно уничтожило атмосферу зала. В последующем этот факт стал учитываться при проведении студийных записей, хотя полного возврата к микрофонной технике не произошло. Ну и бочка дёгтя на эту ложку мёда – сигналы аналоговых источников при разностной обработке изрядно прирастают шумами. Так что идея была отложена на полку до появления цифровых носителей, которым и аналоговая обработка нипочём.
В основе уже забытых систем пространственного звучания первого поколения (Dolby Surround, Dolby Pro-Logic, Q-Sound, Curcle Surround и других) лежала все та же идея суммарно-разностного преобразования, дополненная "фирменными" методами обработки сигналов (как аналоговыми, так и цифровыми). Часто их объединяют общим названием "3D-системы" ("второе рождение" термина из 50-х!). Современные многоканальные системы уже не требуют извлечения пространственной информации из имеющегося двухканального сигнала, дополнительные преобразования не требуются – поскольку каждому сигналу уже отведён свой канал: 5.1, 7.1, а в Dolby Atmos уже есть и каналы вертикального позиционирования.
Разработанные для систем "домашнего театра" процессоры объемного звучания помимо работы с многоканальным источником звука имели ряд имитационных режимов для преобразования обычного стереосигнала в многоканальный. Для этого в звуковой поток вводится дополнительная информация о амплитуде и разности фаз/задержке между выходными каналами. Обычно степень обработки зависит от частоты сигнала, хотя некоторые эффекты создаются с использованием простых задержек по времени. Кроме того, в арсенале обработки есть расширение стереобазы (Stereo Expansion), которое производится путем воздействия на разностный стереосигнал фронтальных каналов. Замыкают список различные методы искусственной реверберации. В цифровых звуковых процессорах используется обобщенная модель реверберации, что сводит управление процессом реверберации к заданию ключевых параметров (время задержки, количество отражений, скорость затухания, изменение спектрального состава отраженных сигналов). Таким образом реализуются режимы hall, live, stadium, и т.д. Имитация получается достаточно реалистичной, эмоциональное воздействие объёмного звучания даже с недорогой широкополосной акустикой намного сильнее.
Применение такой обработки могло бы значительно улучшить звучание в салоне автомобиля, тем более, что для этого не требуются какие-то особенные DSP – но почему-то внимание разработчиков нацелено исключительно на многополосное усиление («поканалка») и характеристики кроссоверов и эквалайзеров. А ввести режим 3D для тыловых каналов в процессорную магнитолу технически вполне реально.
О том, как УРАЛ дважды выиграл патентный спор у правообладателя JBL, читайте в статье
О продукции УРАЛ можно узнать здесь
О новом АК - подробно - тут
Внимание! Продукция УРАЛ теперь не только в DNS, но и на OZON)
Наши соцсети:
VK - https://vk.com/ural_auto
YouTube - https://www.youtube.com/channel/UCLzzLfBqwvyz9WTfUWITRAg
OK - https://ok.ru/group/57850130727085
TELEGRAM - https://t.me/chezvuk
RUTUBE - https://rutube.ru/channel/23872366/playlists/
Понравилась статья? Ставьте лайк, делайте репост)
Подписывайтесь на канал! Все самое интересное - впереди.
Всем добра!
#3d, #аудио, #объёмныйзвук
