Объёмный звук

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Объёмный звук (от англ. Surround Sound«Сурра́унд Са́унд» — «объёмный, окружающий, приходящий со всех сторон звук», вариант: пространственное звучание) — воспроизведение многоканальных фонограмм через систему громкоговорителей, расположенных по окружности от слушателя, для увеличения пространственного звукового эффекта, с системой 5D, выражающегося в воссоздании акустической атмосферы в ограниченном пространстве кинозала или комнаты домашнего кинотеатра.

Сферы применения[править | править вики-текст]

Технологии многоканального пространственного звучания могут использоваться при производстве самого разнообразного содержимого: музыки, речи, натуральных или искусственных звуков для кино, телевидения, радиовещания или компьютерных игр и приложений. В музыкальных представлениях могут использоваться многоканальные технологии на открытых площадках, стадионах, концертных залах, в музыкальных театрах и для целей вещания. В кинематографе подобные технологии используются в кинотеатрах или дома (так называемый домашний кинотеатр). Помимо киноиндустрии объёмный звук может применяться на выставках, постановках в театрах и образовательных целях. Другая область применения включает игровые приставки, персональные компьютеры и другие платформы.

Типы средств аудиовизуальной информации и технологии[править | править вики-текст]

Объёмный звук широко представлен на коммерческих носителях и СМИ, таких как видеокассеты, DVD, и ТВЧ-трансляций, где он кодируется системами сжатия с потерями Dolby Digital и DTS, и форматами сжатия звука без потерь DTS HD Master Audio и Dolby TrueHD на Blu-ray Disc и HD DVD, которые идентичны студийным мастер записям [Примечание 1]. Другие коммерческие форматы — это конкурирующие DVD-Audio (DVD-A) и Super Audio CD (SACD), а также MP3 Surround. Звуковое многоканальное сопровождение к кинофильмам имеют целые семейства форматов от двух крупных конкурирующих компаний Digital Theater Systems Inc. — DTS и Dolby Laboratories Inc. — Dolby Digital. Sony Dynamic Digital Sound (SDDS) является 8-канальной кинотеатральной системой объёмного звука, которая имеет 5 независимых фронтальных звуковых каналов с двумя независимыми тыловыми каналами и канал низкочастотных эффектов. В традиционной 7.1 системе пространственного звучания введены два дополнительных тыловых громкоговорителя по сравнению с обычной конфигурацией 5.1. В общей сложности формат 7.1 содержит четыре тыловых канала и три фронтальных канала, чтобы создать 360° звуковое поле.

Большинство записей объёмного звучания создаются кинокомпаниями или производителями видеоигр, однако некоторые потребительские видеокамеры имеют подобные возможности по записи объёмного звука встроенными микрофонами или подключаемыми дополнительно. Технологии объёмного звука могут также использоваться в музыке для получения новых методов художественного выражения. После провала квадрофонических аудиоформатов в 1970-е годы, многоканальная музыка постепенно стала вновь популярна с 1999 года благодаря SACD и DVD-Audio форматам. Некоторые AV-ресиверы, стереофонические системы, и компьютерные звуковые карты содержат интегральные цифровые сигнальные процессоры и / или цифровые аудио процессоры для имитации объёмного звука от стереофонического источника.

В 1967 году рок-группа Pink Floyd проводит первый в мире концерт с объёмным звуком в зале Queen Elizabeth Hall в Лондоне под названием «Games for May», где группа дебютирует c квадрофонической акустической системой, сделанной специально на заказ. [1]

История[править | править вики-текст]

В 1940 году в Нью-Йорке был продемонстрирован первый фильм с объёмным звучанием: «Фантазия» студии Уолта Диснея. Многоканальная система записи и воспроизведения была названа «Фантасаунд» (англ. Fantasound). Звук записывался на 8 дорожек оптической фонограммы переменной ширины: 6 дорожек содержали запись отдельных секций оркестра, седьмая — микс этих шести дорожек и восьмая — весь оркестр для записи реверберации. Эти дорожки позже микшировались на три оптические фонограммы удвоенной ширины, которые вместе с 4-мя управляющими дорожками печатались на отдельную 35-мм киноплёнку, которая синхронизировалась с цветной фильмокопией. В результате фильм демонстрировался в кинотеатрах, оборудованных от 30 до 80 отдельных громкоговорителей, установленных за экраном и по периметру кинозала, однако сигнал в последние подавался тот же, что и в заэкранные громкоговорители. «Фантасаунд» также отличал широкий динамический диапазон, в сравнении с обычными фильмами, представляющий более полный, энергичный звук. Достигалось это благодаря дополнительным управляющим дорожкам, которые содержали записи изменяющихся тонов, соответствовавших различным уровням звука. Эти сигналы при воспроизведении автоматически регулировали уровень громкости усилителей отдельных звуковых каналов. При этом также снижался уровень шума, таким образом тихие пассажи не заглушались шумами и могли быть усилены без искажений. Систему «Фантасаунд» демонстрировали как чудо техники.

По ряду причин эта технология не получила широкого развития. Затраты кинотеатров на оборудование для проигрывания «Фантасаунда» оказались слишком высоки, а транспортировка и установка всего комплекса занимали слишком много времени, что также было убыточно. К тому же начавшаяся Вторая мировая война приостановила исследования в области объёмного звука.

В сентябре 1952 года в Бродвейском театре Нью-Йорка с колоссальным успехом прошел показ демо-фильма «Это — „Синерама“» (англ. This Is Cinerama), представляющего новую панорамную кинематографическую систему с горизонтальным углом обзора 146° и 7-канальным звуком. В системе «Синерама» (англ. Cinerama) 5 каналов звука были отведены на панорамирование источников по экрану, а каналы эффектов создавали иллюзию окружающего звука из боковых и тыловых громкоговорителей. Однако, производство фильмов было слишком дорогим, так как для демонстрации фильма требовалось три 35-мм фильмокопии и отдельная 35-мм магнитная фонограмма с 7-ю дорожками.

Система «Синемаскоп» (англ. CinemaScope) (1953—1967 гг.) представленная компанией Двадцатый Век Фокс содержала 4 магнитных дорожки, наносимых на киноленту по специальной технологии. Для воспроизведения фонограммы в звукоблоке кинопроектора устанавливались магнитные головки, а в кинотеатрах устанавливались дополнительные громкоговорители. Три канала были фронтальными и один отвечал за окружающий звук. Однако, не все владельцы кинотеатров могли позволить себе дополнительное оборудование, и компания 20th Century-Fox пошла на уступки, добавив обычную оптическую дорожку к фильмокопии. Отечественный формат «Широкий экран» также содержал комбинацию из четырёхканальной магнитной фонограммы и оптической дорожки.

C 1955 года и более чем на 20 лет стандартом многоканальной записи звука к 70-мм кинофильмам стала система «Тодд-АО» (англ. Todd-AO), до появления разработок фирмы Dolby. Фильм «Оклахома!» стал первым в истории широкоформатным фильмом снятым по системе «Tодд-AO». Фильмокопия содержала, помимо изображения, 6 звуковых каналов на основе магнитных полос с каждой стороны изображения общей шириной 5 мм. Пять громкоговорителей размещались за экраном, а один канал «звуковых эффектов» передавал окружающий звук распределенный вдоль стен зала. В конце 1950-х годов аналогичные эксперименты были проведены в СССР. Первыми фильмами с 6-канальной стереофонограммой стали мосфильмовские «Поэма о море» и «Повести пламенных лет», снятые по отечественной широкоформатной системе НИКФИ. [2]

В 1950-е, немецкий композитор Карлхайнц Штокхаузен экспериментировал и представил электронные композиции, такие как Пение отроков (1955—1956) и Контакты для фортепиано, ударных инструментов и электронных звуков (1958—1960), последняя использовала полностью раздельный и вращающийся квадрофонический звук, создаваемый промышленнымм электронным оборудованием в студии электронной музыки WDR (Западно-Германское радио, Кёльн). «Электронная поэма» Эдгара Вареза совместно с Ксенакисом создана для павильона концерна Philips в 1958 году на Всемирной выставке в Брюсселе, где использовалось 425 громкоговорителей для создания пространственного эффекта перемещения звука по всей площади павильона. Многие другие композиторы создавали подобные работы в тот период времени.

Создание объёмного звука[править | править вики-текст]

Существует несколько путей создания объёмного звука:

  • многоканальная стереофония (в том числе системы Surround Sound)
  • бинауральная стереофония
  • системы синтеза звукового поля вокруг слушателя

Первый и самый простейший метод — это использование микрофонных систем для пространственной звукозаписи и/или сведение объёмного звука для систем громкоговорителей, окружающих слушателя при воспроизведении звука с разных сторон. Вторая технология — преобразование звука с учетом психоакустических методов локализации звука для моделирования двухмерного звукового поля при помощи наушников. Третья технология, основанная на принципе Гюйгенса, представляет собой попытку восстановить записанное звуковое поле в пространстве помещения слушателя, в форме так называемой «голофонии». Одна из систем, основанная на синтезе звукового поля (англ. Wave field synthesis (WFS)), воспроизводит виртуальное акустическое поле за счет акустического фронта, созданного системой распределенных на поверхности громкоговорителей. Коммерческие системы WFS, представленные в настоящее время на рынке компаниями Sonic emotion и Iosono, требуют большое количество громкоговорителей и значительные вычислительные мощности. Амбиофонические системы (англ. Ambisonics), также основанные на принципе Гюйгенса, позволяют получить точное воссоздание звука в центральной точке, но менее точное при удалении от центра. Также пространственное звучание может быть достигнуто изменением уровней из стереофонического источника звука с использованием цифровой обработки сигнала, анализируя стереозапись на предмет положения отдельных звуков в панораме, затем смещая их, соответственно, в пятиканальном поле. Однако, лучших результатов можно достигнуть, если такое преобразование делается из квадрофонической записи.

Системы кодирования[править | править вики-текст]

Канал низкочастотных эффектов[править | править вики-текст]

В связи с тем, что канал низкочастотных эффектов требует лишь часть от пропускной способности других каналов, он обозначается как «.1» канал, например, «5.1» или «7.1».

Канал низкочастотных эффектов изначально был разработан для передачи сверхнизких басовых кинематографических эффектов (в коммерческих сабвуферах иногда достигает 30 Гц, например, громкий грохот грома или взрыва). Это позволило кинотеатрам контролировать громкость подобных эффектов в соответствии с передаваемой акустической средой конкретного кино и возможностями систем воспроизведения звука. Раздельный контроль басовых эффектов также позволил снизить интермодуляционные искажения в аналоговом звуковом сопровождении фильма.

В кинотеатрах канал низкочастотных эффектов был отдельно выделенным каналом, который подавался на один или несколько сабвуферов. Однако, в домашних системах воспроизведения может и вовсе отсутствовать сабвуфер, так современные декодеры и системы пространственного звука часто включают систему управления басом, что позволяет подать бас на любые громкоговорители (главные или низкочастотные), которые способны воспроизводить низкочастотные сигналы. Ключевой момент в том, что канал низкочастотных эффектов, это не «канал сабвуфера», сабвуфера может вовсе и не быть в системе, но если он есть, то его возможности гораздо больше, чем воспроизведение только эффектов.

Некоторые звукозаписывающие компании, такие как Telarc и Chesky утверждают, что каналы низкочастотных эффектов не нужны в современной цифровой многоканальной развлекательной системе. Они утверждают, что все доступные каналы имеют полный диапазон частот и, как таковой, нет никакой необходимости в канале низкочастотных эффектов для производства пространственной музыки, потому что все частоты доступны во всех основных каналах.

Спецификации объёмного звука[править | править вики-текст]

Пример системы SDDS 5/2.1

В техническом описании объёмного звука следует разделять число отдельных каналов, закодированных в оригинальном сигнале, и число каналов, используемых для воспроизведения. С помощью матричного декодера количество каналов воспроизведения может быть изменено. Также следует отличать понятия: число воспроизводимых каналов и число громкоговорителей (каждый канал может быть направлен на группу громкоговорителей). Графически в технических описаниях правильно отображать число каналов, но не громкоговорителей.

Система обозначений[править | править вики-текст]

Обозначения, такие как «5.1», отражают количество полнодиапазонных каналов, включая «.1» канал с ограниченным диапазоном низких частот (канал низкочастотных эффектов).

Например, 2.0 — обыкновенная стереопара без низкочастотного выделенного канала.

5 полнодиапазонных канала + 1 канал низкочастотных эффектов = 5.1

Также применяют обозначение фронтальных полнодиапазонных каналов, отделенных косой чертой от остальных каналов окружения или боковых и отделенных точкой от каналов низкочастотных эффектов.

Например, система SDDS содержит 5 фронтальных каналов + 2 канала окружения + один низкочастотный = 5/2.1

Идентификация каналов[править | править вики-текст]

Согласно ANSI/CEA-863-A[3]

Порядок каналов в многоканальном
MP3/WAV/FLAC потоке[4][5][6]
Порядок каналов в
DTS/AAC потоке[7][8]
Название канала Цветовая маркировка на ресиверах и

звуковых кабелях акустических систем

0 1 Фронтальный левый Белый
1 2 Фронтальный правый Красный
2 0 Центральный Зелёный
3 5 Низкочастотный Пурпурный
4 3 Окружной левый Голубой
5 4 Окружной правый Серый
6 6 Окружной тыловой левый Коричневый
7 7 Окружной тыловой правый Хаки
Фронтальный левый Центральный Фронтальный правый
Окружной левый Окружной правый
Окружной тыловой левый Окружной тыловой правый
Низкочастотный

Конфигурации громкоговорителей[править | править вики-текст]

Название канала Идентификатор Индекс Флаг 1.0 Моно* 2.0 Стерео** 2.1 Стерео** 4.1 Объёмный 4.0 Квадро 4.1 5.1 5.1 Боковой*** 6.1 7.1 Фронт. широкий 7.1 Объёмный 7.1 Фронт. верхний 7.1 Центр. верхний 7.1 Центр. над головой 7.1 Тыловой объёмный 9.1 Объёмный 10.2 11.1
Фронтальный левый FRONT_LEFT 0 0x1 Нет Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да
Фронтальный правый FRONT_RIGHT 1 0x2 Нет Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да
Фронтальный центральный FRONT_CENTER 2 0x4 Да Нет Нет Да Нет Нет Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да
Низкочастотный (Сабвуфер) LOW_FREQUENCY 3 0x8 Нет Нет Да Да Нет Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да
Тыловой левый BACK_LEFT 4 0x10 Нет Нет Нет Нет Да Да Да Нет Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да
Тыловой правый BACK_RIGHT 5 0x20 Нет Нет Нет Нет Да Да Да Нет Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да
Фронтальный слева от центра FRONT_LEFT_OF_CENTER 6 0x40 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Да
Фронтальный справа от центра FRONT_RIGHT_OF_CENTER 7 0x80 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Да
Тыловой центральный BACK_CENTER 8 0x100 Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Да Да Нет Нет Да Нет
Боковой левый SIDE_LEFT 9 0x200 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет
Боковой правый SIDE_RIGHT 10 0x400 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет
Верхний центральный TOP_CENTER 11 0x800 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет
Верхний фронтальный левый TOP_FRONT_LEFT 12 0x1000 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Да Да Да
Верхний фронтальный центральный TOP_FRONT_CENTER 13 0x2000 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет
Верхний фронтальный правый TOP_FRONT_RIGHT 14 0x4000 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Да Да Да
Верхний тыловой левый TOP_BACK_LEFT 15 0x8000 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет Да
Верхний тыловой центральный TOP_BACK_CENTER 16 0x10000 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет
Верхний тыловой правый TOP_BACK_RIGHT 17 0x20000 Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Нет Нет Да

Таблица показывает различные конфигурации громкоговорителей, используемые конечным потребителем на своем воспроизводящем оборудовании. Порядок и идентификаторы установлены для маски каналов в стандартном некомпрессированном WAV-файле (который содержит сырой ИКМ-поток) и используется для воспроизведения цифровым звуковым оборудованием, подключённом к ПК, согласно спецификациям. При этом медиаплеер и звуковая плата должны поддерживать многоканальный звуковой цифровой поток.

(*) Исторически сложилось, что при использовании (1.0) моно звука часто задействуют для этого левый (первый) канал вместо центрального. В большинстве случаев при проигрывании многоканального содержимого на устройстве с одним громкоговорителем, звук смешивается (микшируется) по особому алгоритму со всех каналов в один.

(**) Стерео (2.0) по-прежнему наиболее распространенный формат для музыки, телевидения, портативных аудиоплееров. Формат громкоговорителей 2.1 — не имеет отдельного выделенного низкочастотного канала, а формирование сигнала для сабвуфера производится путем выделения и смешения низкочастотного звука из стереопотока.

(***) Это корректное расположение громкоговорителей для системы «5.1» для воспроизведения звука Dolby и DTS форматов.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Подобные заявления являются лишь рекламными слоганами производителей киноиндустрии, тогда как на самом деле студийные мастер-записи могут быть более высокого качества для уменьшения искажений при обработке.

Источники[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]