Принципы имитации объемного звучания. Что такое объёмный звук (surround sound)

Все права в отношении данного документа принадлежат автору. Воспроизведение данного текста или его части разрешается только с письменного разрешения автора.

Ч то такое трехмерный звук и почему по этому поводу возникает так много споров? Как соотносится понятие "трехмерное, пространственное звучание" со способностью человека воспринимать звук двумя ушами? Эти вопросы часто задают себе как пользователи так и профессионалы. Дело в том, что повсеместное использование понятий 3D (3D графика, 3D звук) вносят сумятицу и неразбериху в головы простых пользователей. Зачастую эти понятия используются, мягко говоря, не совсем уместно, что вносит дополнительный раздор в их употребление и правильное понимание. 3D графика - тема не этой статьи. Здесь же мы остановимся на трехмерном звуке.

Реализация пространственного звучания (3D звука) в том или ином виде, применительно к компьютерной технике, используется для придания естественности звуку в компьютерных играх или фильмах, для создания полного ощущения погружения в процесс игры или просмотра фильма. Такая постановка задачи делает недостаточным использование обычного стереофонического звучания. Это связано с тем, что стерео сигнал, приходящий к слушателю от двух физических источников звука, не обеспечивает объемного звучания, а определяет расположение мнимых (слышимых) источников лишь в той плоскости, в которой расположены реальные (физические) источники звука. Кстати, как ни парадоксально, "stereophonic" на самом деле обозначает "трехмерный звук" (от греч. "stereos" - пространственный, трехмерный, цельный). Таким образом, обычного стерео сигнала не достаточно для создания полного реализма звучания, когда источники звука могут находиться в трехмерном пространстве. Также заблуждением является мысль, что объемное звучание обеспечивается квадрофонической системой (два источника перед слушателем и два сзади). Дело в том, что также, как и в стереофонической системе, здесь все четыре источника находятся в одной плоскости, что не позволяет создать полное ощущение трехмерного звучания.

В целом можно обозначить три основных способа реализации пространственного звучания:

расширение стерео базы (Stereo Expansion) - специальная обработка уже имеющегося стерео сигнала и, таким образом, расширение кажущегося звукового поля (имитация расширения расстояния между источниками);

позиционирование звучания (Positional 3D Audio) - оперирование с множеством отдельных звуковых потоков и расположение каждого из них в пространстве вокруг слушателя;

виртуальный (мнимый) окружающий звук (Virtual Surround Sound) - использование определенного числа звуковых потоков с целью воспроизведения истинного звучания с помощью ограниченного числа физических источников звука.

Что это все означает на практике? На практике это означает, что метод расширения стерео базы относительно прост в реализации и очень часто находит применение в стерео фонической бытовой технике. Однако, в той же степени, на сколько проста его реализация, сам метод не дает ощущения "трехмерного звучания" в том понимании, в котором мы его себе представляем, по причине обеспечения звучания лишь в одной плоскости. Не достаточно также и применения так называемого панорамирования. Панорамирование (panning) - это управление уровнем сигнала в каналах, в не зависимости от частоты сигнала. Панорамирование позволяет создавать иллюзию перемещения мнимого источника сигнала где-то между физическими источниками (разумеется, в одной с ними плоскости).

Для создания более или менее реалистичного объемного звучания необходимо что-то принципиально другое. Попытаемся в этом разобраться.

Как ни странно, но вся проблема в устройстве слухового аппарата человека. Оказывается, что он на столько не совершенен, что даже в реальной жизни мы можем столкнуться с трудностями, связанными с неточностью восприятия звуковых сигналов и определения их пространственного месторасположения. Все дело в том, что все мы живем на планете Земля и все время существования человека его основная пища и враги находились в плоскости, параллельной земле. Поэтому, два уха, расположенные по обеим сторонам головы, позволяют нам определять расположение источников звука только лишь в горизонтальной плоскости (бинауральный эффект). При этом мы очень плохо различаем звук идущий спереди и сзади. Способность оценки человеческим ухом (слуховым аппаратом) расположения источников звука в вертикальной плоскости также крайне ограничена. Кроме того, тело слушателя, в частности, голова, уши и туловище, является, как известно, препятствием на пути распространения звуковых колебаний. Взаимодействуя с телом звук отражается, затухает и искажается, что приводит к восприятию слушателем не исходного, а измененного звучания. Все это создает трудности имитации пространственного звучания.

Что же происходит внутри нас? Приемником сигнала в человеке является барабанная перепонка, скрытая ушной раковиной. При восприятии звука, мозг как бы декодирует получаемый от барабанной перепонки сигнал, интерпретируя его определенным образом для правильного определения пространственного местоположения источника/ков звука. И именно это рассуждение взято в основу всех существующих на сегодня технологий создания пространственного звучания.

Оказывается, если произвести специальную обработку звукового потока с учетом максимального числа особенностей восприятия звука слуховым аппаратом, то, возможно, удастся имитировать пространственное звучание даже с использованием всего двух источников (колонок или наушников). Необходимо подчеркнуть, что любой алгоритм создания 3D звука реализовывается с помощью алгоритмов фильтрации (оперирующих с амплитудой и частотой звукового сигнала) той или иной сложности, которые определенным образом "обманывают" слуховой аппарат, "заставляя его считать", что то, что он слышит, расположено в трехмерном пространстве вокруг слушателя.

Одним из таких алгоритмов (способов) является HRTF - Head Related Transfer Function. Посредством этого алгоритма звук можно преобразовать специальным образом, что обеспечит прекрасное 3D звучание, рассчитанное на прослушивание в наушниках (пояснение этому можно найти чуть ниже). Следует отметить, что HRTF (в том или ином виде) является основой создания множества существующих на сегодня методов создания объемного звучания. Однако мы не даром заговорили о HRTF как об одном из алгоритмов, так как этот алгоритм в чистом виде (впрочем, как и все остальные) не является единственным и совершенным. Все дело в том, что HRTF неодинаков для различного слушателя и, тем более, для различных положений головы (если речь идет о воспроизведении не через наушники). Безусловно, есть способы найти сбалансированный HRTF для всех слушателей, но такой подход не обеспечивает высокочеткое восприятие звука для каждого, и уж тем более не решает проблему с поворотами головы. Наверное, именно поэтому стандарт на HRTF не существует до сих пор.

Конечно, если в качестве источников звука будут выступать наушники, закрепленные на голове слушателя, то их расположение относительно головы слушателя не будет изменяться, какие бы повороты головы не производились. В этом случае, как мы сказали, с использованием HRTF может быть достигнуто высококачественное пространственное звучание. В случае же, если источниками являются, например, две колонки, то, кроме всего прочего, для создания естественного пространственного звучания необходимо, в частности, точно отслеживать повороты слушателем головы для соответствующей корректировки сигналов от каждого физического источника. Кроме того, при воспроизведении звука через наушники, сигнал от каждого канала попадает только в соответствующее ухо, а при воспроизведении через колонки сигналы могут смешиваться, в результате чего появляются перекрестные искажения. Этот недостаток частично устраняется с помощью специального устройства - бифонического процессора.

Итак, как мы сказали выше, при использовании в качестве источников звука колонок, возникает проблема необходимости расположения слушателя строго в определенной области пространства между источниками звука. Эта область называется Sweet Spot. При отсутствии возможности контролировать положение слушателя в пространстве относительно источников звука при прочих равных условиях, Sweet Spot накладывает строгие ограничения на расположение слушателя. Это значит, что как только слушатель покидает область Sweet Spot, звучание, создаваемое источниками, перестает восприниматься слушателем как пространственное. Поэтому, при создании технологий объемного звучания перед разработчиками возникает проблема расширения области Sweet Spot.

Одним из эффективных методов решения этой проблемы является введение дополнительного третьего источника звука, когда слушатель становится независимым от области Sweet Spot. Трехканальные системы объемного звучания часто используются в бытовой аудио и видео аппаратуре. Существуют также многоканальные (трех-, четырех- и более) расширения этого метода.

Однако наряду с проблемами реализации трехмерного звучания с помощью HRTF, у любой системы звуковоспроизведения есть проблемы другого плана. Так, например, наушники слабо справляются с воспроизведением фронтальных сигналов. При использовании наушников также возникает проблема локализации звукового сигнала внутри головы слушателя, а также эффект бесконечного расширения стерео базы. Конечно, существуют способы борьбы с этими эффектами, однако всех проблем это не решает. Двухканальные системы плохо обеспечивают восприятие слушателем звучания сзади. В реализации многоканальных систем слабым местом является необходимость достаточно точного расположения источников сигнала, потому что как раз это зачастую сделать затруднительно. Кроме того, здесь также существует проблема звучания в одной плоскости.

Таким образом, создание настоящего качественного пространственного звучания затруднено как необходимостью учитывать все особенности слухового аппарата человека, так и необходимостью динамического отслеживания положения слушателя относительно источников звука, а также учета особенностей звукопередачи последних. По этому, сложно сказать, какая схема создания 3D звука более совершенна. Гораздо легче сказать, что все существующие схемы далеки от совершенства, и все технологии 3D звука, построенные на использовании HRTF или других алгоритмов, имеют массу недостатков, так как просто невозможно создать универсальную схему, учитывающую все вышеперечисленные особенности слуха, источников звука и их расположения относительно слушателя.

В качестве справки отметим, что для создания библиотек HRTF используется искусственный манекен KEMAR (Knowles Electronics Manikin for Auditory Research) или специальное "цифровое ухо". В случае использования манекена суть измерений состоит в следующем. В уши манекена встраиваются микрофоны. Звук воспроизводится источниками, расположенными вокруг манекена, а запись производится с микрофонов. В результате, запись от каждого микрофона представляет собой звук, "прослушанный" соответствующим ухом манекена с учетом всех изменений, которые звук претерпел на пути к уху. Расчет HRTF производится с учетом исходного звука и звука, "услышанного" манекеном.

Следует сказать также, что мы рассмотрели лишь одну сторону реализации полноценного пространственного звучания. Дело в том, что на ряду со сложностями, связанными с "правильной" передачей объемности звучания, при создании игр возникают также проблемы корректной имитации различных физических свойств звука (эффектов отражения от различных поверхностей, поглощения и искажения звука). Грамотная реализация этих свойств также коренным образом влияет на ощущение слушателем пространственности звучания. Однако, эта проблема в основном касается аккуратности механизмов, закладываемых разработчиками в игры. Что же касается рассмотренной нами выше проблемы <донесения> трехмерного звука до пользователя (а вернее, до его нервной системы), то она остается не решенной, так как идеальные модели реализации трехмерного звучания еще не найдены.

Поскольку большинство людей не являются экспертами в области аудио/видео технологий, то выбор форматов объемного звучания для них может оказаться очень сложной задачей. Поэтому мы решили дать характеристику всем универсальным аудио форматам.

Для начала необходимо рассмотреть нескольким общих терминов и понятий.

5.1 канальный звук - наиболее распространенный аудио формат. Он включает в себя шесть каналов звука - пять полной пропускной способности (фронтальный, тыловой, левый, правый и центральный) с частотным диапазоном 3-20 000 Гц, и один ограниченный низкочастотный (LFE) 2-120 Гц. Также существуют 6.1 и 7.1 системы объемного звучания, которые отличаются от 5.1 наличием дополнительных каналов полной пропускной способности.

Раздельный звук (Discrete) - также имеет несколько каналов воспроизведения сигнала, все они независимы друг от друга и сигнал не смешивается при воспроизведении.

Матричный формат (Matrixed) - звуковая информация записывается на небольшое количество каналов, а при воспроизведении декодируется (преобразовывается) и воспроизводится через большее количество аудиоканалов. Раздельные каналы более точно воссоздают объемную акустическую среду, но и матричное кодирование может вас порадовать качеством звука.

Сжатие без потерь (Lossless) - большинство форматов объемного звука сжимаются так, чтобы они имели небольшой размер и могли быть записаны на DVD диски или могли бы транслироваться спутниковым телевидением. Но сейчас многие Blu-ray вмещают гораздо больше информации, поэтому аудио воспроизводятся без потерь, а его качество соответствует оригинальной студийной записи.

Чем выше качество этих форматов, чем детальнее получается исходящий звук.

5.1-канальный звук

Как мы уже сказали выше, 5.1-канальный звук является наиболее распространенным в современных домашних кинотеатрах. Существует два основных формата, которые основаны на системах 5.1.

Dolby Digital

Формат Dolby Digital быстро заслужил популярность благодаря DVD фильмам. В настоящее время он также используется в HDTV и видеоиграх. Хотя Dolby Digital, грубо говоря, является только методом кодирования информации в цифровой формат, сам термин часто используется для обозначения аудио 5.1. Поэтому при рассмотрении Dolby Digital мы будем ориентироваться на 5.1.

В отличие от более ранних форматов объемного звука, аудио Dolby Digital с 5.1 каналами является раздельной многоканальной системой. Благодаря шести независимым каналам, аудио сигнал воспроизводится очень точно. Также вы получаете выделенный канал низких частот (сабвуфер) для качественного воспроизведения басов.

Как и Dolby Digital, DTS обеспечивает 5.1-канальный цифровой сигнал. Однако формат DTS при записи сжимается меньше, чем Dolby Digital. В результате звук получается немного более точным. Но, в то время как большинство аудио/видео ресиверов одинаково хорошо поддерживают и Dolby Digital и DTS, все же большинство DVD и видеоигр закодированы в Dolby Digital.

6.1-канальный звук

Не смотря на то, что 5.1 является наиболее популярным форматом и большинство домашних кинотеатров, продаваемых сегодня, являются системами с 5.1, но 6.1-канальный вариант тоже распространен. 6.1 система обеспечивает еще больший эффект присутствия, чем 5.1. Давайте рассмотрим основные варианты кодирования в 6.1.

DTS-ES использует существующие цифровые многоканальные технологии, чтобы воспроизводить 5.1- каналбный DTS, но при этом он добавляет раздельный, центральный тыловой канал с полной пропускной способностью. Хотя большинство фильмов кодируется на EX Dolby Digital, но ES DTS все еще используется, поэтому современные ресиверы 6.1 будут поддерживать оба формата.

Dolby Digital EX и THX Surround EX

Компания Dolby Labs в сотрудничестве с THX придумали собственное решение вопроса кодирования объемного звука с каналами 6.1. По существу они сделали тоже самое, что и DTS-ES - добавили матричный центральный тыловой канал, чтобы обеспечить полное звуковое пространство в 360 градусов. В случае если у вас 7.1-канальная система, аудио сигнал пойдет в оба тыловых динамика.

Многие DVD диски кодируются в EX Dolby Digital и имеют дополнительный . Кроме того, если вы будете воспроизводить Dolby Digital 5.1 DVD диск, то Dolby Digital EX или THX Surround EX декодер все равно будет имитировать 6.1-канальный объемный звук путем обработки информации в раздельных тыловых каналах и отправлять матричную аудио дорожку на тыловые динамики.

7.1-канальный звук

В дополнение к HD форматам, современные Blu-ray форматы поддерживают более детальное аудио. Большинство проигрывателей Blu-ray могут воспроизводить 7.1, и некоторые из них даже гарантируют отсутствие потерь звука при декодировании. Не смотря на то, что ваш проигрыватель и ресивер в состоянии расшифровать эти новые виды объемного звука, важно отметить, что не все диски записываются в подобных форматах. Поэтому при покупке Blu-Ray фильмов или видеоигр, проверяйте информацию о том, какие аудио кодеки использовались при записи информации, чтобы потом не разочаровываться в качестве звука. Подключить свой проигрыватель к ресиверу вы сможете, используя аналоговые или совместимые с HDMI 1.3 аудио выходы.

Сжатие без потерь

Новейшие форматы объемного звучания с высоким разрешением, Dolby TrueHD и DTS-HD Master Audio предлагают воспроизведение до 7.1 каналов аудио сигнала без потерь качества. Наряду с добавлением двух дополнительных тыловых каналов для стандартных форматов Dolby Digital и DTS, системы Dolby TrueHD и DTS-HD Master Audio закодированы с большим количеством информации в каналах. Фактически, качество этих форматов идентично исходным студийным записям. Улучшенная направленность звука и четкость эффектов, делают звук еще более реалистичным.

Дополнительные форматы с 7.1 раздельными каналами

Можно заметить, что некоторые Blu-ray диски кодируются с другими раздельными 7.1 объемными форматами. Например, Dolby Digital Plus от DTS и Dolby Laboratories, и DTS-HD (высокого разрешения). Эти форматы поставляют звук через 7.1 независимые каналы. Они обеспечивают более полный эффект присутствия, чем 5.1 Dolby Digital и DTS, но не без потерь, как, например, Dolby TrueHD и DTS-HD Master Audio. Ресиверы, которые поддерживают 7.1- канальные форматы без потерь звука, также могут воспроизводить Dolby Digital Plus и DTS-HD с высокой разрешающей способностью.

Матричное декодирование объемного звука для более старых источников

При использовании стерео аналогового подключения к ресиверу или подключении старого оборудования, такого как видеомагнитофон, преобразователь может использовать один из ниже перечисленных типов обработки для декодирования сигнала.

Dolby Pro Logic II включает в себя два независимых с полной пропускной способностью канала объемного звучания, три матричных тыловых канала и выделенный канал низких частот для сабвуфера. Многие последних моделей также поддерживают Pro Logic IIx обработку, которая может преобразовать аудио сигнал в 7.1.

Ресиверы с Dolby Pro Logic II и IIx могут дать дополнительную интенсивность тысячам фильмов на видеокассетах VHS и теле трансляциям, записанным в стерео формате или в 4-канальном Dolby Surround. Многие преобразователи также имеют специальные режимы, декодирующие стерео музыку в объемный звук.

DTS Neo : 6 в основном идентичен Pro Logic II - это просто способ обработки, разработанный компанией DTS для декодирования стерео аудио с двумя каналами в 5.1 или 6.1. И точно также, как Pro Logic II он обеспечивает эффект пространственного звучания.

Каналы "Height" для звуковой сцены

Некоторые ресиверы предлагают новый формат объемного звучания Dolby Pro Logic IIz . Он добавляет два канала «высоты» к вашей звуковой сцене. Эти динамики обычно монтируются на стене выше фронтальных левых и правых динамиков.

Ресивер с Pro Logic IIz может делить аудио сигнал на передние звуковые сцены. Он посылает направленный звук на ваши фронтальные динамики, а ненаправленный (фоновый шум, массовка, болельщики на стадионе) - на каналы «высоты».

Цифровая обработка сигнала DSP

Иногда производители ставят свои специализированные системы обработки, часто называемые цифровой обработкой сигнала DSP, в дополнение к поддержке остальных форматов. Многие домашние кинотеатры используют цифровую обработку сигнала для создания звуковой сцены (которая моделирует акустическую среду, например, концертный зал или стадион), и для точного управления многоканальной информацией саундтреков. Эта функция может называться по-разному, в зависимости от компании производителя. Называние этой функции можно найти в инструкции к применению вашего ресивера или домашнего кинотеатра.

У вас есть телевизор, Blu-ray плеер, игровая консоль, но для финальной картины вам не хватает оглушающе объемного звука. Имеет смысл приобрести ресивер, так как подвод всех кабелей может стать сложной задачей, особенно в сравнении с подключением DVD-плеера к вашему телевизору. И это не упоминая о том, что все должно быть размещено правильно, а уровни – корректно установлены. Начните с Шага 1, указанного ниже, для правильной установки в первый раз, и вы сможете вернуться к наслаждению тем, что любите.

Шаги

Часть 1

Расположение динамиков

Количество динамиков, которые вы будете подключать, определяет тип объемного звука, который вы получите в итоге. Самые распространенные схемы: 2.1, 5.1 и 7.1. 2.1 –это два фронтальных динамика и сабвуфер (обозначаемый как.1). 5.1 – это два фронтальных динамика, центральный и два динамика объемного звука и сабвуфер. 7.1 –это два фронтальных, один центральный, два динамика объемного звука, два тыловых и сабвуфер. Следуйте следующим пунктам до правильного расположения доступных вам динамиков.

Часть 2

=Сабвуфер

Часть 3

=Фронтальные динамики

Расположите фронтальные динамики с обеих сторон от телевизора. Убедитесь в том, что динамики расположены в соответствующих местах, если они маркированы.Фронтальный динамики должны быть расположены на одинаковом расстоянии от телевизора: обычно это расстояние составляет около метра.

Выберите угол расположения динамиков. Каждый динамик должен быть направлен точно в направлении центра зоны размещения слушателя.

Поднимите динамики. Для наилучшего качества звука фронтальные динамики должны быть подняты на уровень ушей слушателя. Вы можете использовать стойки для динамиков для домашней стереосистемы.

• Если вы используете систему типа 2.1, то вы закончили с установкой динамиков и можете перейти к секции Подключение Динамиков.

Часть 4

=Центральный канал

Часть 5

=Канал объемного звука

Часть 6

=Задний канал

Часть 7

Подключение динамиков

1. Разместите ресивер у своего телевизора. Все системы объемного звука проходят через ресивер. Ресивер передает входящий сигнал и посылает аудиосигнал на все присоединенные динамики. Ресивер должен быть расположен возле вашего телевизора, чтобы к нему могли дотянуться кабеля, и вам необходимо пространство вокруг него, чтобы он мог должным образом вентилироваться.

   Выключите всю аппаратуру. При установке динамиков существует возможность удара электротоком. Чтобы быть в безопасности, выключите все и отсоедините от розеток.

   Обследуйте подключение ваших динамиков. Некоторые системы объемного звука имеют порты для каждого динамика, так что вы можете правильно подключить все штекеры. Другие используют соединители для подключения проводов к ресиверу. Если ваша система использует соединители, то вам понадобятся кусачки для провода, которыми можно обнажить контакты от защитной оболочки.

   Начните пропускать кабели. Сделайте все возможное для того, чтобы спрятать проведенные провода. Это не только будет выглядеть лучше, но и обезопасит людей и животных от запутывания в них и повреждения ваших динамиков.

   • Если вы можете, то пропустите провода под ковром или через стены. Это позволит вам добиться наиболее презентабельного внешнего вида вашей системы.

2. Соедините динамики. Если кабеля ваших динамиков уже имеют разъемы, то просто подключите их в соответствующие порты на задней панели ресивера. Если вы используете стандартные кабели для соединения динамиков с ресивером, вам нужно будет пройти через несколько дополнительных шагов.

   • Отмерьте длину ваших кабелей. Отмерьте нужную вам длину кабеля от катушки. Отмерьте немного большую длину кабеля, чем вы отмерили, чтобы обеспечить себе зазор для того, чтобы спрятать провод и без проблем подключить его.
   • Оголите один конец. Используйте кусачки, чтобы оголить два сантиметра изоляции с кабеля. Вы увидите две раздельных жилы. Убедитесь в том, что вы не сняли слишком много изоляции с провода, иначе вы можете коснуться его или вызвать короткое замыкание.
   • Провода, соединяющие динамики, состоят из двух различных кабелей: положительный и отрицательный. Оба они абсолютно одинаковы, но должны быть присоединены к динамикам и ресиверу. Для примера, если вы подсоедините один из двух проводов к положительно заряженной клемме динамика, то вам необходимо присоединить тот же провод к положительной клемме ресивера.

3. Присоедините сабвуфер. Большинство сабвуферов присоединяются к ресиверу посредством стандартного RCA-кабеля. Вы можете приобрести дорогие кабели для сабвуфера, но в большинстве случаев вы не услышите разницы в сравнении со стандартным кабелем.

   • Порты на ресивере обычно обозначены как "sub out" или "sub preout".
   • Если ваш сабвуфер не имеет множества входов, присоедините только один, отмеченный как "LFE in" или крайний левый, если обозначений на нем нет.
   • Используя ручки на задней части сабвуфера, установите громкость на половину и выключите фильтр низких частот переводом ручки в верхнее положение.

Часть 8

Подключение вашего оборудования

Постарайтесь избежать установки ваших устройств (DVD-плеера, спутникового ресивера, и.т.д.) одного над другим. Это может привлечь к тому, что все они будут генерировать слишком большую температуру, что может привести к поломке оборудования. Также отметьте, что некоторые старые устройства могут использовать оптическое соединение для передачи объемного звука, в то время как все современные устройства используют протокол подключения HDMI.

1. Подключите все HDMI-устройства к ресиверу. Большинство современных ресиверов поддерживает вход и выход по протоколу HDMI, что позволяет вам подключать HDMI-совместимые устройства к ресиверу, а затем подключите ресивер к телевизору.

   • Если доступно возможность подключить множество HDMI, то подключайте устройства в том порядке, в котором вы хотите чтобы они отображались в меню ресивера.
   • HDMI передает аудио и видеосигнал, поэтому нет необходимости подключать другие кабели.

2. Если вы используете старое оборудование,не поддерживающее HDMI, вы можете присоединить его через компонентный кабель. Это кабели с пятью разъемами: три для видео и два для аудио.

   • Подключите три видео разъема соответствующих цветов в устройство, которое вы хотите подключить.
   • Подключите два аудио разъема соответствующих цветов. Убедитесь в том, что они также подключены и к видео выходу, так как в противном случае звук не будет идти вместе с видео.

3. Присоедините все компонентные устройства. Существуют также старейшие модификации, использующиеся до сих пор: три композитных разъема с одним разъема с одним штекером для видео и двумя для аудио. Это соединение передает сигнал самого низкого качества из тех, которые поддерживают системы объемного звука.

   • Присоедините желтый (видео) штекер к одному из доступных совпадающих входов, а затем присоедините аудио кабеля к соответствующим аудио выходов.

4. Подключите телевизор к ресиверу. Для получения наилучшего результата используйте HDMI соединение для присоединения телевизора кс выходным портом ресивера. Вы можете использовать и другие типы соединения, но в результате вы получите более низкое качество. Большинство современных телевизоров поддерживают HDMI.

Интересная статья на тему "звук вокруг" . История, аппаратура, программное обеспечение, теория, искуственная голова, стерео, квадро, 3D.

Рис. 1. Стереопанорама

Большинство современных дешёвых и не очень звуковоспроизводящих устройств включая звуковые карты для персональных мультимедиа компьютеров позволяют воспроизводить звук в режиме “3D Sound” или “Suround”, что можно перевести как “объёмный звук”.

Что же это такое и для чего это нужно? Системы объёмного воспроизведения звука были разработаны потому, что качество звучания, реализуемое обычной стереофонической системой или головными телефонами, перестало удовлетворять взыскательных слушателей. Хотя стерео системы и создают эффект пространственного звучания за счет синтеза панорамы мнимых источников звука (МИЗ) между двумя громковорителями (рис. 1), все же стереозвучание имеет существенный недостаток. Стереопанорама получается плоской и ограничена углом между направлениями на громкоговорители. Такое звучание в значительной степени лишено естественности, свойственной тому, что достигается в реальном звуковом поле, когда человек способен воспринимать реальные источники практически со всех направлений как в горизонтальной так и в вертикальной плоскостях и оценивать, хотя порой и с ошибками, расстояние до источников звука.

Считается, что восприятие звуков с разных направлений и расстояний имеет важное значение не только как факт их пространственного расположения. Оно создаёт у слушателя ощущение звучащего объёма (трёхмерного звукового поля), существенно обогащает тембры музыкальных инструментов и голосов, восстанавливая реверберационный процесс, свойственный первичному помещению (концерному залу). Обычная стереофония создаёт эффект пространственного звучания в очень ограниченной области перед слушателем, не позволяет в полной мере выявить названные особенности восприятия звуков в реальном звуковом поле и, следовательно, снижает качество звучания.

Квадрофонические системы также не обеспечивают полную имитацию реального звукового поля. Во-первых, при квадрофонии не получается круговая стереопанорама - слушатель ощущает обычную стерео панораму перед собой и заднюю стерео панораму сзади себя. Во-вторых, все мнимые источники звука располагаются в одной плоскости и на линии между динамиками, т.е. нет глубины и нет, собственно, 3-го измерения и трёхмерного объемного звучания (Рис. 2).

Рис. 2. Квадропанорама

Головные стерео телефоны также не позволяют получить естественное звучание воспроизводимой фонограммы. Дело в том, что возникающее при этом впечатление бесконечной ширины стереобазы и четкая локализация звукового изображения внутри головы слушателя не могут удовлетворить требовательных меломанов. Для устранения эффекта локализации звука внутри головы применяются схемы подобные приведенной на Рис. 3.

Рис. 3. Блок схема устройства создания объемного звука для стереотелефонов

Здесь сигналы левого и правого каналов через входные устройства А1 и А2 поступают соответственно на делители напряжения А3 и А6 и на входы перекрестных каналов, состоящих из линий задержки (ЛЗ) А4, А5, согласующих устройств А8, А9 и фильтров нижних частот (ФНЧ) Z1, Z2. С делителей А3, А6 сигналы подаются на корректоры АЧХ А7 и А10 и далее - на один из входов сумматоров, а с них - на входы усилителей мощности для стереотелефонов. Таким образом, на выходе каждого канала формируется сигнал, состоящий из ослабленного и скорректированного сигнала своего канала и задержанного и соответствующим образом скорректированного сигнала другого канала.

Подобными устройствами, выполненными в виде приставок или встроенных устройств в настоящее время оснащены многие музыкальные центры. Интересно, что такие устройства могут быть реализованы и чисто программными методами с использованием цифровой обработки сигналов в реальном времени. Читатели, имеющие персональный компьютер с фулдуплексной звуковой картой (к сожалению программа плохо работает с картами производства сингапурской фирмы Creative Labs.), могут скачать одну из подобных программ из Интернет с сервера www.geocities.com/SunsetStrip/Palladium/2932/v108.zip. Программа с этого сервера кроме того позволяет добавить эффекты реверберации для маленького, среднего и большого помещения, эхо, хорус, флэнжер и имеет довольно неплохой эквалайзер, значительно улучшающий воспроизведение низких (20..60 Гц) частот через стереотелефоны среднего класса качества. Все эффекты работает в реальном времени даже на очень дешевых звуковых картах без DSP процессоров, например на OPTi-931 или Acer S23.

Наиболее совершенный метод имитации реального трёхмерного звукового поля это Бинауральная передача звука. Бинауральный метод состоит в том, что звуковая информация воспринимается микрофонами, размещёнными в ушных раковинах человека или “искусственной головы” - модели, симулирующей слуховое восприятие человека. Сигналы, поступающие с каждого микрофона, усиливаются раздельными усилителями низкой частоты и воспроизводятся стереотелефонами. В идеале такая система позволяет создать полную иллюзию естественного звучания.

Она как бы переносит слушателя из помещения прослушивания в помещение, откуда ведётся передача. Однако полноценно прослушивать её можно только с помощью стереотелефонов и при условии что в качестве образца для создания искусственной головы использовалась именно ваша голова. Читатели могут прослушать бинауральные демонстрационные звуковые WAV файлы, скачав их через Интернет с серверов www.lakedsp.com, www.wа.com.au/lake, www.3daudio.com, www.geocities.com/SiliconValley/Pines/7899, www.geocities.com/SunsetStrip/Palladium/2932/3d_audio.htm

При воспроизведении бинаурального сигнала через звуковые колонки из-за попадания сигнала правого канала в левое ухо слушателя и наоборот возникают перекрёстные искажения, в конечном счёте сводящие на нет все преимущества бинаурального звуковоспроизведения. Указанные недостатки в значительной мере удаётся устранить с помощью специального устройства обработки звуковых сигналов, позволяющего получить бинауральный эффект при прослушивании бинауральной записи через колонки. Такие устройства получили название бифонических процессоров. Запись производится с микрофонов, расположенных в искусственной голове, а воспроизводится после обработки бифоническим процессором, в котором точно рассчитанная величина сфазированного, задержанного и скорректированного по частоте сигнала левого канала вычитается из сигнала правого канала и наоборот. Структурная схема бифонического процессора, впервые разработанного фирмой JVC, показана на рис. 4.

Рис. 4. Блок схема бинаурального процессора

Он состоит из усилителей сигналов левого и правого каналов А1, А2, усиливающих сигналы с микрофонов, установленных в искусственной голове А0, линий задержки D1, D2, фазовращающих устройств U1, U2 и сумматоров Е1, Е2. После обработки бифоническим процессором сигналы, приходящие из колонок в уши слушателя суммируются так, что левое ухо слышит только сигналы левого канала, а правое - правого канала. Таким образом, можно сказать, что бифонический эффект подобен бинауральному и отличается от него только способом воспроизведения бинауральной записи.

И хотя площадь, где он отчётливо проявляется, невелика, зато, находясь в её пределах, слушатель может иметь представление о расстоянии до источников звука и их взаимном расположении в пространстве в момент записи, чего не удаётся достигнуть при стереофоническом звуковоспроизведении, дающем представление только о расположении источников звука на линии между звуковыми колонками. Другое интересное свойство бифонического процессора - это возможность расширения с его помощью стереобазы обычных стереофонических записей.

Именно это обычно и имеется ввиду под “3DSound”. А если сиcтема позволяет увеличить мнимый угол между направлениями на звуковые колонки (Рис.1) до 180 градусов, то такую систему называют “Suround” и создаваемая звуковая панорама для неё будет такой же как при прослушивании на стереотелефоны, но без концентрации мнимых источников звука внутри головы слушателя. Конечно, бифонический процессор может быть реализован чисто программными методами с использованием методов цифровой обработки сигналов в реальном времени.

Читатели, имеющие персональный компьютер с фулдуплексной звуковой картой, могут скачать одну из подобных программ из Интернет.

Совсем недавно можно было наблюдать, как в мир коммерческих и домашних кинотеатров пришло стереокино, а сейчас на очереди уже стоит видео сверхвысокого разрешения 4K. От изображения не отстает и звук: в домашний кинотеатр пришло 3D Audio, полное звуковое окружение зрителя — не только в горизонтальной плоскости, но и в третьем измерении. В английском языке для этого применяется термин immersive, «погружающий».

Глас божий и другие аудиоканалы

Формат Auro-3D был представлен в мае 2006 года бельгийской компанией Galaxy Studios. Первым массовым фильмом, записанным в данном формате, стала лента Red Tails («Красные хвосты»), снятая в 2012 году Джорджем Лукасом. Принципиальное отличие Auro-3D от преобладавших на тот момент форматов Dolby Surround EX и DTS заключалось в том, что кроме традиционных каналов 7.1, расположенных в одной плоскости, разработчики предложили использовать третье измерение — то есть разместить акустические системы (АС) не просто вокруг слушателя, но и сверху, вторым «слоем», под углом в 30 градусов к фронтальным акустическим системам и каналам окружающего звучания.

Дальнейшее усовершенствование формата привело к появлению еще одного «слоя» — над головами слушателей, который символично назвали voice of god («глас божий»). Максимальное количество каналов (не стоит путать с количеством акустических систем) при этом достигло 13.1, то есть фактически стало в два раза больше, чем в применяемых тогда форматах 7.1 и 6.1. Внедрение верхних каналов позволило более точно передать ряд событий в звуковой дорожке фильма, таких как пролеты объектов над зрителями (шум вертолета или реактивного истребителя), атмосферные эффекты (завывание ветра, раскаты грома).

Если потолок расположен слишком низко, акустика будет слишком близко к зрителю. В этом случае Dolby рекомендует использовать специальные акустические системы, работающие «на отражение» от потолка — по утверждению компании, результат будет более качественным.

Объектный подход

Старейший игрок на рынке кинотеатрального звука, компания Dolby Laboratories, использует в своем новом формате Dolby Atmos два «слоя» акустических систем. Первый располагается вокруг слушателя по классической схеме, а второй на потолке — попарно слева и справа. Но самое главное — принципиально новый подход к микшированию саундтреков. Вместо привычного поканального сведения в студии используется метод «объектной» записи. Режиссер работает со звуковыми файлами, указывая место в трехмерном пространстве, откуда эти звуки должны воспроизводиться, когда и с какой громкостью. К примеру, если необходимо воспроизвести шум движущейся машины, то режиссер указывает время появления, уровень громкости, траекторию движения, место и время прекращения звучания «объекта».

Более того, из студии в кинозал звук попадает не в виде записанных дорожек, а как набор звуковых файлов. Эта информация обрабатывается процессором, который в реальном времени каждый раз просчитывает саундтрек фильма с учетом количества АС в зале, их типа и расположения. Благодаря точной калибровке нет привязки к какому-то «типовому» количеству каналов, и можно использовать в разных залах разное количество АС (каждый зал калибруется и настраивается индивидуально) — процессор сам просчитает, как и куда нужно отправить звук для получения оптимальной звуковой панорамы. Максимальное количество одновременно обрабатываемых звуковых «объектов» составляет 128, а количество одновременно поддерживаемых независимых АС — до 64.

Формат Dolby Atmos не привязан к конкретному количеству аудиоканалов. Звуковая картина формируется процессором в реальном времени из «объектов» и по «программе», составленной звукорежиссером фильма. При этом процессор учитывает точное расположение акустических систем, их тип и количество — все это заранее прописывается в настройках при калибровке каждого конкретного зала. Правда, как такой подход реализовать в домашнем кинотеатре, пока не совсем понятно.

Профессионалы и любители

Вслед за появлением в коммерческих кинозалах оба формата трехмерного звука начали завоевание домашнего рынка. Auro-3D стартовал чуть раньше, несколько производителей домашней электроники представили первые процессоры и ресивер с поддержкой формата еще в начале 2014 года. Dolby Laboratories не заставила себя долго ждать, и в середине сентября прошлого года представила весьма доступные решения на базе недорогих ресиверов. Кроме того, в начале 2015 года еще один крупный игрок, американская компания DTS, анонсировала свой формат трехмерного звучания — DTS: X (о котором известно пока только то, что он, как и Dolby Atmos, является объект-но-ориентированным и будет поддержан многими производителями бытовой электроники).

Между тем, коммерческое и домашнее кино в некоторых аспектах имеют серьезные отличия. Бобины с кинопленкой ушли в далекое прошлое, и в кинопрокате в настоящее время практически повсеместно используются цифровые копии фильмов. Саундтрек к фильму «выходит» из сервера в виде потока цифрового аудио с высоким битрейтом и практически без сжатия. Серверы, на которых хранятся фильмы, могут передавать до 16 цифровых каналов таких данных параллельно.

Самый популярный носитель для домашнего кино — Blu-ray диск. Как правило, он содержит саундтрек, записанный в одном из двух самых популярных форматов — DTS HD Master Audio или Dolby True HD. Встречаются и диски, записанные с использованием старых кодеков DTS и Dolby Digital со звуком 2.1 (лево-право и LFE). Если дорожка к фильму изначально была записана в студии в формате 5.1 или 7.1, перенести ее на диск довольно просто, отличие лишь в дополнительной компрессии данных, связанной с ограниченной емкостью цифрового носителя. А как же будут адаптироваться новые форматы Auro-3D и Dolby Atmos при переносе их из профессионального кино в домашний кинозал?

Путь домой

Для Auro-3D перенос будет практически «бесшовным». Если фильм изначально записан в студии в формате 13.1 или 11.1, ровно с таким же количеством каналов он и будет переноситься на диски Blu-ray. Для обратной совместимости в Auro-3D используется специальный алгоритм, который умеет «дописывать» верхние каналы в кодек DTS HD MA, официально поддерживающий максимум 7.1 каналов — например, в левый канал инкапсулируется информация для верхнего левого канала, в центральный — для верхнего центрального и т. д. Если в ресивере или процессоре есть поддержка декодирования кодека Auro-3D, то он «вынет» вложенную информацию и подаст ее на соответствующие каналы. Если нет — просто декодирует данные как обычную дорожку 7.1, пропустив «лишнюю» информацию. Таким образом, диск с фильмом в формате Auro-3D в любом случае будет корректно прочитан любым современным плеером и распознан любым из процессоров или ресиверов, поддерживающих DTS HD MA. А если процессор или ресивер обладает встроенным декодером Auro-3D, то на выходе можно получить саундтрек из 9.1, 11.1 или даже 13.1 каналов. Существует и возможность «апмиксинга» (upmixing) — процессор, умеющий работать с Auro-3D, может пересчитать даже обычную двухканальную стереозапись, скажем, в 13.1.

В Auro-3D используется трехслойное расположение акустических систем и более традиционный подход с многоканальной записью звука. Это обеспечивает отличную обратную совместимость стандарта с текущими форматами и переносимость на домашние системы.

Ситуация с Dolby Atmos в домашнем кинотеатре намного более сложная: процессор в реальном времени обсчитывает довольно большой поток данных и выдает звук на соответствующие акустические каналы (с учетом того, сколько их в конкретной инсталляции). На текущий момент спецификациями Dolby Atmos для домашнего применения предлагается использовать конфигурации АС от 5.1.2 до 7.1.4, где первая цифра — это количество «обычных» каналов: левый-центр-правый-боковые-тылы, вторая — это канал низкочастотных эффектов, а третья — так называемые «верхние» каналы (overhead). При этом единственный процессор для коммерческого применения (Dolby CP850) стоит более миллиона рублей, а стоимость домашних ресиверов с поддержкой Atmos начинается всего от 30−40 тысяч. Тем не менее даже для самых доступных по цене домашних ресиверов заявлены и декодирование, и поддержка «апмиксинга», хотя как именно это сделано, не совсем понятно.

Еще один не очень ясный момент заключается в том, что для правильного обсчета звукового поля необходимо знать точное местоположение всех акустических систем. В коммерческом кинотеатре этот вопрос решается калибровкой аппаратуры, а вот в домашних ресиверах, насколько известно, такой возможности не предусмотрено. Как в таком случае решается вопрос о получении дома полноценного звучания Atmos «как в кино», пока неясно. Правда, формат пока еще не обрел окончательные черты. Несколько производителей процессоров премиум-класса даже отложили выпуск обновлений с поддержкой Dolby Atmos из-за изменений в алгоритме обработки сигнала, вносимых, по их словам, разработчиками Dolby. Так что можно предположить, что в последующих обновлениях Dolby может внести коррективы в процесс обработки звука и/или калибровки системы под конкретное расположение акустических систем.

Вопросы совместимости

Поскольку Auro-3D использует традиционный метод поканального сведения, а Dolby и DTS — объектно-ориентированный монтаж звука, переконвертировать один формат в другой невозможно. Кроме того, построить домашний кинотеатр, умеющий правильно работать со всеми форматами, тоже непросто. Проблема совместимости заключается в различных требованиях к установке акустических систем. В Dolby Atmos используется два «слоя» акустики, а в Auro-3D — три. Можно было бы предположить, что саундтрек Dolby Atmos может быть воспроизведен через часть АС для проигрывания Auro-3D, но вряд ли это будет корректно. Требования для расположения АС весьма жесткие у обоих форматов, а учитывая чувствительность к точному позиционированию для получения плавных переходов, это может стать проблемой для проектировщиков и инсталляторов домашних кинозалов (информации по расположению акустики DTS: X пока нет).

Перспективы

Несмотря на все неясности описания Dolby Atmos, нужно признать, что этот формат имеет больший потенциал, чем Auro-3D. Во‑первых, объектно-ориентированный подход к записи однозначно более перспективен, чем традиционный поканальный. Во вторых, поддержка Dolby Atmos в массовых моделях AV-ресиверов таких фирм, как Yamaha, Pioneer, Onkyo, Integra, Denon, доступна «в базе», в то время как лицензию на Auro3D придется покупать как опциональное программное обновление за $199, что ощутимо для бюджетных моделей.

В более дорогом сегменте процессоров для построения домашних кинозалов о поддержке всех форматов 3D Audio заявили и такие производители, как Trinnov Audio и Datasat Digital, работающие в том числе и на коммерческом кинорынке. Их опыт может весьма благотворно сказаться на реализации Dolby Atmos для домашнего кинотеатра: например, Trinnov для калибровки своих процессоров использует уникальный трехмерный микрофон, позволяющий точно определить место каждой АС в пространстве и применять эти данные для дополнительной коррекции звукового поля.

Редакция благодарит журнал avreport.ru за помощь в подготовке статьи.