Современные многоканальные системы

Передать пространственные звуковые ощущения - задача со многими вариантами решений. Мы не раз сталкивались с идеализированием звуковых систем, разговорами о полноценном многоканальном звуке, который переносит слушателя в заданное акустическое пространство с множеством локализованных источников. Но, увы, это пока не реально.

Пока, можно говорить только об одной успешной реализации, наиболее близкой к нашим реальным ощущениям - бинауральной. Для получения полноценной объемной информации с ее помощью слушатель должен находиться в наушниках. Опытная модель, на базе которой строились основные исследования, представляла собой манекен, где вместо правого и левого уха были установлены микрофоны. По результатам составлялась сложная математическая модель, которая позволила создавать виртуальные звуковые миры.

Но эти исследования, хоть и были близки к идеалу, имели достаточно общие результаты. Ведь, согласитесь, у каждого человека различная форма ушных раковин, а расстояние между правым и левым ухом - это также индивидуальный параметр. В общем, исследователи зашли в тупик. Практическое применение результатов бинауральных моделей сейчас предлагается в варианте субкультуры, развивающейся отдельно от основных направлений, применяемых на практике.

Как это ни странно, но самый важный вклад в области пространственного звука сделала киноиндустрия. В процессе своего развития она сталкивалась с множеством проблем, и нельзя сказать, что ее путь был гладким. На внедрение новых технологий тратились огромные деньги, и не всегда такие вложения оправдывались. В качестве примера можно привести стереокино, где зрителям предлагалось надевать специальные очки, чтобы смотреть изображение в объеме. Стереокино не стало стандартом, и даже хуже - оно полностью не прижилось. Поэтому идеализированные бинауральные варианты с наушниками - технология не для кинопроизводства.

Dolby

Как вариант - это многоканальная система. Изначально кино было немым, потом пришел моно звук, и следующий этап - стерео… Стерео ворвалось с большим количеством новых идей и их реализаций. Простой поворот ручки панорамы приводил зрителей и слушателей в восторг. Что интересно, до 80-х понятия "stereo" и "surround" являлись синонимичными. А знаете, когда разделились? С переходом стандарта кинопленки с 35 мм на 70 мм. Изначально, производители стали использовать так называемый канал эффектов (effect channel) - это расположенный позади слушателей громкоговоритель, предназначенный для озвучивания вспомогательных звуков, а зачастую и просто молчащий, поскольку место на 35 мм-пленке было ограничено. С внедрением стандарта 70 мм, канал эффектов стал задействоваться постоянно и был переименован в пространственный канал (surround channel, далее будем называть его как S-канал). И с этого момента можно сказать о разделении понятий "stereo" и "surround". В варианте 35 мм-пленки было предложен стандарт Dolby Stereo (середина 70-х). В 1982 году на рынок поступили первые Dolby Surround устройства. Стоили они тогда как аппаратура hi-end-класса, и были доступны очень небольшому числу граждан.

Параллельно с киноиндустрией развивались видео-индустрия и кабельное/спутниковое телевидение. Возможность обеспечить объемный звук в домашних условиях - одна из основных задач, которая была поставлена перед производителями. Появились более адекватные как по цене, так и по реализации варианты декодеров Dolby Pro Logic и Pro Logic II. Последний позволял не только воспроизвести закодированный объемный звук, но и слушать музыку с обычного CD, раскладывая его на surround-систему. Pro Logic и Pro Logic II являются переходными мостиками между обычными стерео-системами и многоканальным surround. Утрируя некоторые особенности можно сказать, что в чем-то они (стерео и surround в вариантах декодеров Dolby Surround - Pro Logic и Pro Logic II) взаимозаменяемы.

С активным внедрением цифровых технологий Dolby Labs представляет стандарт Dolby Digital AC-3 (5.1), разработанный для 35 мм пленки. Особенностью Dolby Digital 5.1 является наличие двух surround-каналов (правого (RS) и левого (LS), у предшественников S-канал был один, хотя громкоговорителей устанавливалось несколько) и сабвуфером. Если говорить об аббревиатуре "5.1", то она расшифровывается не только как пять каналов и сабвуфер. Дело в том, что в Dolby Digital впервые фронтальные и S-каналы имели одинаковый полный частотный диапазон. Например, в Dolby Pro Logic S-канал предусматривал диапазон от 100 Гц до 7КГц. Теперь же мы говорим о пяти полноценных каналах с диапазоном 20 Гц - 20 КГц и выше. Частотный диапазон сабвуфера или как его еще называют LFE-канал (Low Frequency Effect) является ограниченным и составляет примерно 0.1 от частотного диапазона пяти каналов, поэтому "5.1" следует расшифровывать как "пять и одна десятая".

Файлы Dolby Digital 5.1 имеют расширение *.ac3 и требуют для своей расшифровки специальный декодер (программный или аппаратный). На заре своего становления технология стоила очень не дешево. Декодеры были только аппаратные и выпускались в виде специализированных устройств. Теперь ситуация изменилась в лучшую сторону, и обычный пользователь может себе позволить приобретение звуковой карты со встроенными декодерами или скачать их программный вариант из интернета. Таким образом, современный кинозал и домашний кинотеатр полностью уравнялись по возможностям. Стоит отметить и еще один немаловажный аспект.

Наряду с развитием кино, видео и телевидения, открылся новый спектр применения технологии surround-звука - видео и компьютерные игры. Если раньше мы говорили о простейших вариантах 3D-движка, основанном на регулировках фазовых сдвигов, задержек и простейшей эквализации, то теперь подразумеваем полноценный 5.1 как минимум.

На сегодня Dolby Digital 5.1 является самым универсальным стандартом. Звук АС-3 может быть преобразован в зависимости от масштабов аппаратуры. Например, помимо доступного разделения на пять или шесть каналов (в зависмости от наличия/остутсвия сабвуфера), он может преобразовываться в четыре канала (Dolby Pro Logic), обычно стерео и даже моно. Поэтому, кодируя звук для компьютерных игр в Dolby Digital 5.1 можно не бояться того, что пользователь, имеющий в наличии меньшее количество колонок, будет чувствовать себя неуютно.

Естественно, кинотеатрам нужно иметь преимущество по сравнению с домашними комплексами, поэтому специально для них была разработана технология Dolby EX, подразумевающая ничто иное как 6.1. Помимо отдельных S-каналов для правого и левого (RS и LS) в ней предусмотрен S-канал центрального (CS). Технология Dolby Digital позволяет компрессировать данные и передавать их потоком с минимальной скоростью передачи 320 kbps (стандарт - 384 kbps). Конечно, сжатые данные являются более транспортабельными и занимают меньше места на носителях, будь то кинопленка или обычный винчестер. Но данная технология имеет и минусы - она рассчитана только на один цикл кодирования-декодирования и не решает проблемы ретрансляции и редактирования сжатых данных. Помимо этого хоть мы и выигрываем в месте, мы проигрываем в том, что звук стандарта AC-3 не синхронизирован с видеоданными, поэтому редактирование такого материала весьма проблематично.

Естественно, требуется многократное кодирование/декодирование. Решением этой проблемы явилась новая внедренная технология Dolby-E. Она позволяет передавать, многократно кодировать/декодировать восемь каналов с полным частотным диапазоном. Всего допускается десять циклов кодирования/декодирования. Помимо всего прочего стандарт предусматривает наличие метаданных - специальных инструкций, описывающих основные данные. Кроме синхронизации они могут нам сообщить настройки компрессора для каждого канала и т.п. Кстати, этими данными можно и не пользоваться, они не больше ни меньше, а дополнительная информация..

DTS

У основной массы пользователей понятие surround ассоциируется с Dolby. Это не так. Dolby Digital - более раскрученный брэнд, не более. В середине 80-х Терри Бирд, президент и основатель фирмы Nuoptix, объединился в команду с Джимом Кетчамом. Задачи, которые поставили перед собой экспериментаторы, были следующими - создать единый цифровой звуковой стандарт для кинотеатров и решить вопросы качественного размещения многоканального аудио на кинопленке. Изначально эксперименты велись с помощью цифровых магнитофонов (DAT) и проектора. Уже на начальном этапе разработки решались вопросы синхронизации (как мы знаем, в варианте Dolby они разрешились только с внедрением Dolby-E). Через некоторое время вместо DAT стали использоваться обычные CD-ROM. При использовании алгоритма сжатия apt-X100, разработанного Стивеном Смитом и его коллегами из Audio Processing Technology, позволяющего компрессировать данные 4:1, на один CD-ROM помещалось 100 минут многоканального аудио (скорость передачи данных 884 kbps). Таким образом на двух дисках мог храниться звук для трехчасового художественного фильма.

После получения патента в 1990-м имела демонстрация новой технологии для членов SMPTE. К 1992-му году технология была показана Стивену Спилбергу, правда, на базе винчестеров, и режиссер согласился ее применить в своей новой картине "Парк Юрского периода" ("Jurassic Park"). Студия Universal, являющаяся хозяином картины, решила проверить технологию на нескольких двух "менее значимых" фильмах. Результаты тестов оказались приемлемыми. Более того - Universal и Стивен Спилберг стали совладельцами с Терри Бирдом новой фирмы получившей название Digital Theatre Systems. Только за то время, когда образовывалась эта компания (а это заняло четыре месяца), в кинотеатрах было инсталлировано 876 систем DTS. На сегодняшний момент оных более 19.000 по всему миру. Было запланировано реализовать два технологических стандарта:

DTS-S - DTS-стерео, предназначен для кинотеатров, которые хотят использовать цифровой звук, но не могут себе позволить полноценный шестиканальный вариант.

DTS-6 - три фронтальных канала (левый L, центральный C, правый R), два S-канала (LS и RS) и сабвуфер. При этом следует отметить, что стандарты несколько различны с Dolby. Например частотный диапазон сабвуфера в DTS - от 20 до 80 Гц, вместо 3 -120 Гц у Dolby Digital.

Одним из главных отличий DTS от Dolby Digital является то, что DTS разрабатывался для 70 мм кинопленки. Соответственно, проблема места не стояла так актуально как в варианте Dolby Digital, вопросы реализации hi-res-звука и синхронизации решались практически сразу со времени возникновения стандарта.

Сейчас, упоминая DTS, мы можем говорить о восьми и более каналах hi-res-звука, новейших технологиях сжатия информации, и их активном практическом применении.

Dolby vs DTS

Стандарты DTS распространены точно также как и Dolby. При этом, конкуренты успевают ссориться. А что им еще делать? У Dolby гораздо мощнее поддержка со стороны обычных потребителей и производителей технологий для пользовательского рынка. Так, в Dolby Surround выпускаются музыкальные альбомы звукозаписывающими лэйблами Delos, RCA Victor/BMG Classic, Concord Jazz. Документация к этому стандарту постоянно востребована разработчиками современных видеоигр. Современное спутниковое телевидение также вещает в большинстве своем со звуком в режиме Dolby Surround. На последнем 114-м съезде AES в Амстердаме имели место обучающие семинары по записи, сведению и мастерингу в Dolby 4.0, 5.0, 5.1, 6.0, 6.1, и 10.2.

DTS остается привилегией кинопроизводства. На сегодня уже успешно решен воспрос с hi-res-аудио с фантастическими на сегодняшний день стандартами 64 бита и выше, 192 КГц и выше. Кстати, Dolby Digital также позволяет использовать hi-res-треки.

Производителями ПО и студийной техники вопрос противостояния решен очень просто - поддерживается и то, и другое. Это можно увидеть и в Steinberg Nuendo - одном из самых профессиональных и универсальных средств для производства surround-звука, и в линейке звуковых интерфейсов Audiotek - MAYA 5.1, 7.1, EX, EX7, PRODIGY 7.1. Там вы встретите поддержку сразу двух технологий - Dolby Digital и DTS. Помимо этого, стандартные программные приложения, предназначенные для воспроизведения звука в DVD также имеют декодеры для обоих стандартов.

Если же посмотреть на конфронтацию DTS и Dolby, то иногда доходит до смешного. Dolby выпускает некий пресс-релиз - DTS отвечает. Например: "Dolby проводила исследования на неизвестной студии с неизвестной аппаратурой при этом для воспроизведения использовался неизвестный материал, который тестировали неизвестные специалисты…". Да и иногда, говоря о surround звуке и DVD, Dolby действительно забывается, присваивая основные свершения и т.п. в свою пользу. В общем, обычная корпоративная война.