Создаем DVD со звуком 5.1! / Звук и акустика

Сейчас аббревиатуры "5.1" и "DVD" понятны всем пользователям, тогда как несколько лет назад не сходили с уст "стерео" и "CD". В чем мы выиграли с приходом новых технологий? Во-первых, звук стал "пространственным", ставлю в кавычки, потому что мы можем говорить только о горизонтальной плоскости расположения акустических колонок.

Во-вторых, качество звука можно улучшить за счет повышения частоты дискретизации и разрядности по сравнению со стандартом Красной Книги (16 бит/44,1 КГц, стерео). Но это также субъективный фактор, потому как критерии Найквиста или теорема Котельникова доказывают, что принятого ранее стандарта вполне достаточно. Так в чем же мы выигрываем? Прежде всего, в расширении поля для творчества…

Несколько слов о 5.1

На самом деле стандарт Dolby Digital 5.1 (AC3) более универсален, чем кажется. Представьте себе картину, если бы мы заменили все окружающие нас натуральные источники звука на отдельные громкоговорители, качественно им соответствующие. И тем самым соорудили определенную "матрицу" (имеется в виду кинофильм), где человек себя будет чувствовать так же естественно, как и в реальных условиях. Это реально? Очень может быть.

Давайте начнем рассмотрение этого вопроса с обычного стерео. При воспроизведении звука в наушниках мы отчетливо слышим "панорамный центр", хотя там нет громкоговорителя. То же самое происходит и при прослушивании звука в рамках обычной стереосистемы - появляются так называемые "фантомные" громкоговорители или каналы.

Локализация фантомных каналов находится в прямой зависимости от положения головы слушателя относительно оси панорамного центра. Плюс к этому добавляются недостатки современных акустических систем и окружающего мира, где звуковое поле для воспроизводимых средних и низких частот является большим, чем для высоких.

В домашних условиях на небольших стереосистемах этот факт не так значителен как в помещениях кинотеатров. Представьте, что вы сидите близко к правой колонке, и что вы сможете услышать. В результате, центральный фантомный канал было решено сделать реальным. В этой статье мы так и будем называть его "центральным" или обозначать как "C".

Обычно он получается с помощью простого сложения двух стерео-каналов и воспроизводится громче, чем правый и левый для того, чтобы звук локализовывался в первую очередь на нем. На самом деле, в рамках стереосистемы помимо центрального канала, мы воспринимаем еще множество других "фантомных", но они являются менее значительными и более сложны для отделения, поэтому пока и не заменяются на реальные.

Неравномерность АЧХ и другие недостатки современных акустических систем оказали влияние еще на одно новшество, которого раньше не было. Дело в том, что если вы поставите в обычную колонку низкочастотный динамик для воспроизведения мощных спецэффектов, то это окажет огромное влияние на нелинейность ее АЧХ и, очевидна опасность появления большого количества искажений. Поэтому изначально было решено использовать специальные многополосные системы, а потом дошли до того, что мощный низкочастотный громкоговоритель может быть и один - стереовосприятие от этого не пострадает. Как известно, человек не может определять локализацию источников звука в диапазоне примерно до 300 Гц.

Это сразу облегчило ситуацию производителям и удешевило акустические системы.

На данный момент даже большинство студийных мониторов, работающих в стерео, имеют сабвуфер. Таким образом, частотный диапазон сабвуфера (также в рамках многокальных систем его называют каналом LFE (Low Frequency Effect)) составляет примерно от 20 Гц до 200 - 300 Гц. Это является примерно 0,1 от всего частотного диапазона, представленного по логарифмической шкале. Поэтому в обозначениях современных акустических систем добавилась "одна десятая". Говоря, например, "2.1" мы подразумеваем стереосистему и сабвуфер.

Теперь вернемся к нашим "фантомным" каналам. Давным-давно в киноиндустрии помимо основных был предусмотрен специальный канал эффектов (effect channel). Он нес на себе вспомогательные функции, использовался крайне редко и воспроизводил незначительные звуковые данные (чтобы обозначить присутствие чего-либо). Потом его достаточно сильно нагрузили, изобретя системы 4.0 и 4.1. Но вот в чем дело… Есть такое понятие как "псевдостерео", под которым понимается алгоритм создания стереополя для монофонического источника звука. Ничего сложного в его реализации нет - обычная задержка или смещение фазы для одного моно-сигнала направленного на два источника.

А если представить каждую колонку стереосистемы как отдельный моноисточник, то его можно дополнить "псевдостерео"-вариантом. Так и появились полноценные пространственные каналы (далее мы их будем называть surround или S-каналами). Изначально они находились "в унизительном положении" и воспроизводились громкоговорителями, частотный диапазон которых был намного меньше фронтальных колонок. Теперь царит равноправие, и слово "пространственный" или "surround" уже не отображает реальную суть событий, хотя это понятие закрепилась. Лучше, конечно, подходит понятие "тыл" ("rear").

Итак, образно говоря, современный слушатель оказался в центре квадрата, по вершинам которого расположены фронтальные и тыловые каналы, а прямо перед носом - центральный. В результате общего взаимодействия всех колонок нашей многоканальной акустической системы, мы получаем просто огромное количество дополнительных "фантомных" каналов, что сегодня приравнивается к "настоящему "звуку вокруг".

Главная особенность

Dolby Digital 5.1 является первой серьезной цифровой многоканальной системой, получившей широкое распространение. К сожалению, далеко не многие понимают ее преимущества по сравнению с другими технологиями, но я отмечу главное - масштабируемость (схема взята из документации, распространяющейся на сайте www.dolby.com).

Заранее запрограммировав звук в 5.1, вы потом без труда сможете воспроизвести его без потерь в качестве в стерео, квадро и даже моно. Вот именно это и подвигло меня в начале 2000 года начать записывать и сводить свою группу только в 5.1. Результатом я доволен даже сегодня, в 2004-м году.

И еще стоит отметить, что если десять лет назад на серьезных мероприятиях типа съездов Audio Engineering Society (www.aes.org), доклады на данные темы зачитывались как продвижение технологической новинки, то теперь, на этих же мероприятиях просто учат студентов как правильно сводить и делать мастеринг для 5.1. Цифровое телевидение стандарта HDTV уже давно вещает с многоканальным звуком, а все современные крупные шоу записываются только в этом стандарте.

Многие могут заметить, что у Dolby есть и конкуренты, главный из которых - DTS, но все-таки последний представляет пока больше стандарт для кино-производства.

Несколько слов о DVD

DVD - это определенный тип носителя информации. По сравнению с обычным компакт-диском он имеет гораздо большую плотность записи и соответственно, емкость (4,7 Гб вместо 650 Мб). Данный параметр емкости был просто необходим, потому как обычного CD не хватало даже для переноса обычной информации, не говоря уже о видео с аудио.

Существует два различных стандарта для DVD - DVD-Video и DVD-Audio. В принципе, как и с CD данные варианты просто переходные, и, уже сейчас можно наблюдать, что аббревиатура "DVD" теряет суффиксы.

Задачей этой статьи является рассказ о том, как можно сделать многоканальный звук, а не о том как скомпилировать DVD. Причем сейчас на массовый рынок входит новый стандарт Super Audio CD, который также позволяет читать (пока только читать) многоканальное аудио. Поэтому остановимся только на ключевых вопросах звука.