Prostorový zvuk

Prostorový zvuk (z anglického  Surround Sound – „Surround Sound“  – „prostorový, prostorový zvuk přicházející ze všech stran“, možnost: prostorový zvuk ) – přehrávání vícekanálových zvukových záznamů prostřednictvím reproduktorového systému umístěného v kruhu od posluchače, abyste získali prostorový zvukový efekt, který je vyjádřen opětovným vytvořením akustické atmosféry v omezeném prostoru kinosálu nebo místnosti ( KdP ) domácího kina .

Aplikace

Technologie vícekanálového prostorového zvuku lze použít k produkci široké škály obsahu: hudby, řeči, přirozeného nebo umělého zvuku pro film , televizi , vysílání nebo počítačové hry a aplikace.

Hudební představení mohou využívat vícekanálové technologie v koncertních síních , venkovních prostorách ( stadiony apod.), hudebních divadlech a pro účely vysílání. V kinematografii se podobné technologie používají v kinech nebo doma (tzv. domácí kino ).

Kromě filmového průmyslu lze prostorový zvuk využít pro výstavy, divadelní produkce a vzdělávací účely. Mezi další využití patří herní konzole , osobní počítače a další platformy.

Typy médií a technologie

Prostorový zvuk je široce dostupný na komerčních médiích, jako je vysílání VHS , DVD a HDTV , kde je kódován jak v systémech ztrátové komprese ( Dolby Digital a DTS ), tak v bezztrátových formátech ( DTS HD Master Audio a Dolby TrueHD na HDTV ). ray Disc a HD DVD vysílání ), které jsou totožné se studiovými mastery [Poznámka 1] . Dalšími komerčními formáty jsou konkurenční (a umírající) DVD-Audio (DVD-A) a Super Audio CD (SACD) a také MP3 Surround .

Existují celé rodiny formátů od dvou velkých konkurenčních společností: Digital Theater Systems Inc. - DTS a Dolby Laboratories Inc. — Dolby Digital . Sony Dynamic Digital Sound (SDDS) je 8kanálový systém prostorového zvuku, který obsahuje 5 nezávislých předních zvukových kanálů se dvěma nezávislými zadními kanály a kanálem pro nízkofrekvenční efekty. Tradiční systém prostorového zvuku 7.1 přináší oproti předchozí konfiguraci 5.1 dva extra prostorové reproduktory ; celkem 7.1 formát obsahuje čtyři zadní kanály a tři přední kanály pro vytvoření 360° zvukového pole.

Zatímco většinu nahrávek prostorového zvuku produkují filmové společnosti nebo výrobci videoher, některé spotřebitelské videokamery mají také podobné možnosti, buď s vestavěnými mikrofony, nebo volitelnými.

Technologie prostorového zvuku lze také použít v hudbě k poskytnutí nových metod uměleckého vyjádření. Takže v roce 1967 uspořádala rocková skupina Pink Floyd první koncert na světě s prostorovým zvukem v Queen Elizabeth Hall v Londýně pod názvem „Games for May“, kde skupina debutovala s na zakázku vyrobeným kvadrafonním reproduktorovým systémem. . [jeden]

Také po neúspěchu kvadrafonních audio formátů v 70. letech 20. století se vícekanálová hudba od roku 1999 díky formátům SACD a DVD-Audio postupně opět stala populární . Mnoho AV přijímačů a počítačových zvukových karet nyní obsahuje integrované digitální signálové procesory a/nebo digitální audio procesory pro simulaci prostorového zvuku ze stereo zdroje.

Historie

Technologie prostorového zvuku vděčí za svůj vzhled především rozvoji zvukového kina . Vývojáři nových kinosystémů se snažili zvýšit zábavu nejen zvětšením obrazovky, ale také použitím vícekanálové reprodukce zvuku, kdy se směr zvuku shoduje s obrazem jeho zdroje. V roce 1940 byl v New Yorku uveden první film s prostorovým zvukem : Fantasia studia Walta Disneye . Vícekanálový systém nahrávání a přehrávání byl pojmenován „ Fantasound “ ( angl.  Fantasound ). Zvuk byl nahrán na 8 stop optické zvukové stopy proměnné šířky : 6 stop obsahovalo záznam jednotlivých sekcí orchestru, sedmá - mix těchto šesti stop a osmá - celý orchestr pro záznam dozvuku . Tyto stopy byly později smíchány na tři optické stopy dvojité šířky, které byly spolu se 4 kontrolními stopami vytištěny na samostatný 35mm kinofilm , který byl synchronizován s kopií barevného filmu . Díky tomu byl film promítán v kinech vybavených 30 až 80 samostatnými reproduktory instalovanými za plátnem a po obvodu kinosálu, ale signál v tom druhém byl stejný jako v reproduktorech mimo plátno. Phantasound se také vyznačoval širokým dynamickým rozsahem ve srovnání s konvenčními filmy a představoval plnější a energičtější zvuk. Toho bylo dosaženo díky dodatečným kontrolním stopám, které obsahovaly nahrávky měnících se tónů odpovídajících různým úrovním zvuku. Tyto signály, když jsou reprodukovány, automaticky upravují úroveň hlasitosti zesilovačů jednotlivých audio kanálů. Snížil také hladinu hluku, takže tiché pasáže nebyly přehlušeny hlukem a mohly být zesíleny bez zkreslení. Systém Fantasound byl demonstrován jako zázrak technologie.

Z mnoha důvodů nebyla tato technologie široce vyvinuta. Náklady na vybavení pro hraní Fantasoundu byly pro kina příliš vysoké a doprava a instalace celého komplexu zabrala příliš mnoho času, což bylo také nerentabilní. Vypuknutí druhé světové války navíc pozastavilo výzkum v oblasti prostorového zvuku.

V září 1952 byl v Divadle Broadway v New Yorku s obrovským úspěchem uveden demo film  This Is Cinerama , který představoval nový panoramatický kinematografický systém s horizontálním úhlem pohledu 146° a 7kanálovým zvukem. V systému Cinerama bylo 5 zvukových  kanálů vyhrazeno pro posouvání zdrojů po obrazovce a efektové kanály vytvářely iluzi prostorového zvuku z bočních a zadních reproduktorů. Produkce filmů však byla příliš drahá, protože k promítání filmu byly potřeba tři 35mm filmové výtisky a samostatná 35mm 7stopá páska.

Systém CinemaScope ( 1953-1967 ) představený společností 20th  Century Fox obsahoval 4 magnetické stopy aplikované na film pomocí speciální technologie. Pro přehrávání zvukového doprovodu byl do filmových projektorů instalován další zvukový blok s magnetickými hlavami a v kinosále byly namontovány další reproduktory. Tři kanály byly přední a jeden byl zodpovědný za prostorový zvuk [2] . Ne všichni majitelé divadla si však mohli dovolit zvláštní vybavení a společnost 20th Century-Fox učinila ústupky tím, že k filmovému tisku přidala konvenční optickou stopu . Domácí formát „ Wide Screen “ poskytoval podobný čtyřkanálový magnetický soundtrack, který v polovině 60. let ustoupil filmovým kopiím s jednokanálovou optickou stopou. Univerzální fonogram „Magoptic“, současně vybavený optickými a magnetickými stopami, nebyl v SSSR používán [3] .

Od roku 1955 a po více než 20 let se systém Todd-AO ( anglicky  Todd-AO ) stal standardem pro vícekanálový záznam zvuku pro 70mm filmy, před příchodem vývoje Dolby . Film Oklahoma! „byl prvním širokoúhlým filmem v historii natočeným systémem Todd-AO. Filmová kopie obsahovala kromě obrazu šestikanálovou magnetickou zvukovou stopu nahranou na čtyři magnetické stopy. Dva z nich byly umístěny na široké okraje 70mm filmu mimo perforaci a dva - mezi perforaci a obraz. Na vnějších širších drahách byly umístěny dva kanály a na vnitřních po jednom [4] . Pět reproduktorů bylo umístěno za plátnem a jeden kanál „zvukových efektů“ přenášel okolní zvuk rozložený po stěnách sálu [5] . Koncem 50. let byly podobné experimenty prováděny v SSSR. Prvními filmy s 6kanálovým stereofonogramem byly Mosfilmovy „Poem of the Sea“ a „ The Tale of Fire Years “, natočené domácím širokoúhlým systémem NIKFI [6] . Následně byl systém vylepšen technologií Dolby, která navrhla nahradit dva mezilehlé přední kanály nízkofrekvenčními efektovými kanály (systém Dolby Baby Boom) a poté ponechat pouze jeden z nich s využitím uvolněné stopy pro další prostorový kanál (Dolby Split Surround systém) [5] .

Německý skladatel Karlheinz Stockhausen v 50. letech experimentoval a představil elektronické skladby jako The Youths Singing (1955–1956) a Contacts for Piano, Percussion and Electronic Sounds (1958–1960), které využívaly zcela oddělený a rotující kvadrafonický zvuk. průmyslovým elektronickým zařízením ve studiu elektronické hudby WDR (Západoněmecké rádio, Kolín nad Rýnem). „Elektronická báseň“ Edgarda Varèse spolu s Xenakisem vznikla pro pavilon Philips v roce 1958 na Světové výstavě v Bruselu, kde bylo použito 425 reproduktorů k vytvoření prostorového efektu zvuku pohybujícího se po celém pavilonu. Mnoho dalších skladatelů vytvořilo podobná díla během tohoto časového období.

Vytváření prostorového zvuku

Existuje několik způsobů, jak vytvořit prostorový zvuk:

• vícekanálová stereofonie (včetně systémů Surround Sound)
• binaurální stereo
• systémy pro syntézu zvukového pole kolem posluchače

První a nejjednodušší metodou je použití mikrofonních systémů pro prostorový záznam a/nebo mixování prostorového zvuku pro reproduktorové systémy, které obklopují posluchače, když je zvuk reprodukován z různých směrů.

Druhou technologií je transformace zvuku zohledňující metody psychoakustické lokalizace zvuku pro simulaci dvourozměrného zvukového pole pomocí sluchátek.

Třetí technologie založená na Huygensově principu je pokusem o rekonstrukci nahraného zvukového pole v prostoru posluchačovy místnosti formou tzv. "holofonie" ( holophony , viz Holophonics ). Jeden ze systémů, založený na syntéze zvukového pole ( Wave field syntéza , WFS), reprodukuje virtuální akustické pole díky akustické přední části vytvořené systémem více reproduktorů rozmístěných na povrchu. Komerční systémy WFS, které jsou v současné době na trhu společností Sonic emotion a Iosono , vyžadují velký počet reproduktorů a značný výpočetní výkon. [7]
Ambiofonické systémy ( Ambisonics ), rovněž založené na Huygensově principu, umožňují získat přesnou reprodukci zvuku ve středovém bodě, ale méně přesnou směrem od středu.
Prostorového zvuku lze také dosáhnout pomocí digitálního zpracování signálu , změnou úrovní ze zdroje stereo zvuku, analýzou stereo záznamu pro umístění jednotlivých zvuků v panoramatu a jejich odpovídajícím posunem v pětikanálovém poli . Lepších výsledků však lze dosáhnout, pokud se takový převod provede z kvadrafonního záznamu.

Kódovací systémy

LFE kanál

Protože kanál LFE vyžaduje pouze zlomek šířky pásma ostatních kanálů, označuje se jako kanál ".1", například "5.1" nebo "7.1".

Kanál nízkofrekvenčních efektů byl původně navržen tak, aby zprostředkovával filmové efekty s extrémně nízkými basy ( někdy až 18 Hz v komerčních subwooferech , jako je hrom nebo exploze ). To umožnilo kinům řídit hlasitost takových efektů podle akustického prostředí konkrétního kina a možností systémů reprodukce zvuku. Samostatné ovládání basových efektů také pomohlo snížit intermodulační zkreslení v analogové zvukové stopě filmu.

V kinech byl kanál nízkofrekvenčních efektů samostatný vyhrazený kanál, který byl přiváděn do jednoho nebo více subwooferů. Domácí přehrávací systémy však nemusí mít subwoofer vůbec; například moderní dekodéry a systémy prostorového zvuku často obsahují systém pro správu basů, který umožňuje přenášet basy do jakýchkoli reproduktorů (hlavního nebo subwooferu), které jsou schopny reprodukovat nízkofrekvenční signály. Klíčovým bodem je, že kanál nízkofrekvenčních efektů není „kanál subwooferu“, subwoofer nemusí být v systému vůbec, ale pokud ano, jeho schopnosti jsou mnohem více než jen přehrávání efektů.

Některé nahrávací společnosti jako Telarc a Chesky tvrdily, že kanály s nízkofrekvenčními efekty jsou v moderním digitálním vícekanálovém zábavním systému zbytečné. Tvrdí, že všechny dostupné kanály mají poměrně plný rozsah frekvencí a jako takový není potřeba kanál s nízkofrekvenčními efekty pro přehrávání prostorové hudby, protože všechny frekvence jsou dostupné na všech hlavních kanálech. Výrobce MAG Audio se však naopak při vývoji subwooferů zaměřuje na nízké frekvence.

Specifikace prostorového zvuku

Technický popis prostorového zvuku by měl rozlišovat mezi počtem jednotlivých kanálů zakódovaných v původním signálu a počtem kanálů použitých pro přehrávání. Pomocí maticového dekodéru lze změnit počet přehrávaných kanálů. Je také nutné rozlišovat mezi pojmy: počet reprodukovaných kanálů a počet reproduktorů (každý kanál může být nasměrován na skupinu reproduktorů). Graficky v technických popisech je správné zobrazovat počet kanálů, ale ne reproduktory.

Zápis zvukového kanálu (formát reproduktoru)

V zápisu je správnější uvést konfiguraci zvukových kanálů (reproduktorů).

Například 2.0 je stereo pár bez vyhrazeného nízkofrekvenčního kanálu. (Celkový počet kanálů 2).

Označení jako 5.1 znamená, že existuje 5 kanálů s plným rozsahem a 1 kanál s omezeným rozsahem (kanál nízkofrekvenčních efektů). (Celkový počet kanálů 6).

Používá se také označení předních celorozsahových kanálů, oddělených lomítkem od zbývajících prostorových kanálů, nebo bočních a oddělených tečkou od kanálů nízkofrekvenčních efektů.

Například systém SDDS obsahuje 5 předních kanálů + 2 prostorové kanály + jeden basový reproduktor = 5/2.1

Identifikace kanálu

Podle ANSI/CEA-863-A [8]

Konfigurace audio kanálu (reproduktoru)

Tabulka ukazuje různé konfigurace reproduktorů používané koncovým uživatelem v jejich přehrávacím zařízení. Pořadí a identifikátory jsou nastaveny pro masku kanálu ve standardním nekomprimovaném souboru WAV (který obsahuje surový tok PCM ) a používá se pro přehrávání digitálním audio zařízením připojeným k PC podle specifikací. V tomto případě musí přehrávač médií a zvuková karta podporovat vícekanálový digitální přenos zvuku.

(*) Historicky se při použití (1.0) mono zvuku často používá levý (první) kanál místo středového. Ve většině případů se při přehrávání vícekanálového obsahu na zařízení s jedním reproduktorem zvuk míchá (smíchá) podle speciálního algoritmu ze všech kanálů do jednoho.

(**) Stereo (2.0) je stále nejběžnějším formátem pro hudbu, televizi a přenosné audio přehrávače. Formát reproduktorů 2.1 nemá samostatný vyhrazený nízkofrekvenční kanál a signál pro subwoofer je generován oddělením a smícháním nízkofrekvenčního zvuku ze stereo streamu.

(***) Toto je správné rozložení reproduktorů pro systém 5.1 pro reprodukci zvuku Dolby a DTS .

Viz také

• binaurální záznam
• nahrávání zvuku
• Haasův efekt
• Dolby digital
• DTS
• díky

Poznámky

1. ↑ Taková tvrzení jsou pouze propagačními slogany producentů filmového průmyslu, i když ve skutečnosti mohou mít studiové master nahrávky vyšší kvalitu, aby se snížilo zkreslení během zpracování.

Zdroje

1. ↑ 12. května 1967: Pink Floyd zasáhne každého „prostorovým zvukem“ Archivováno 4. července 2015 na Wayback Machine // m-music.ru
2. ↑ Technika a technologie kinematografie, 2009 , s. třicet.
3. ↑ Technika a technologie kinematografie, 2009 , s. 31.
4. ↑ Základy filmové techniky, 1965 , str. 521.
5. ↑ 1 2 Záznam zvuku pro 70mm film pomocí systému Dolby-stereo-70 . Inspot. Datum přístupu: 6. července 2015. Archivováno z originálu 7. července 2015. (Ruština)
6. ↑ Art Of Home Theater Session 2 (odkaz není dostupný) . Získáno 4. února 2011. Archivováno z originálu 10. září 2014. (neurčitý) 
7. ↑ Irina Aldoshina , Valentin Chabushkin . Wave Field Synthesis (WFS) - systém vlnové syntézy prostorové reprodukce zvuku // prosound. IXBT.com
8. ↑ Standardy Consumer Electronics Association: Setup and Connection (downlink) . Získáno 3. února 2011. Archivováno z originálu 30. září 2009. (neurčitý) 
9. ↑ DivX Player 6.3.1 s podporou mp3 Surround (nedostupný odkaz) . Získáno 3. února 2011. Archivováno z originálu 10. července 2011. (neurčitý) 
10. ↑ Vytváření zvuku 7.1 . Získáno 3. února 2011. Archivováno z originálu 19. března 2011. (neurčitý)
11. ↑ Formát FLAC – Přiřazení kanálu . Získáno 3. února 2011. Archivováno z originálu 29. prosince 2010. (neurčitý)
12. ↑ Avisynth.org Archivováno 18. července 2011 na Wayback Machine , GetChannel
13. ↑ Hydrogenaudio.org Archivováno 11. prosince 2010 na Wayback Machine , 5.1 Channel Mappings

Literatura

• E. M. Goldovský . Základy filmové technologie / L. O. Eisymont. - M.,: "Umění", 1965. - 636 s.

• Nikolaj Mayorov. Kronika sovětské širokoúhlé obrazovky  // "Technologie a technologie kina": časopis. - 2009. - č. 3 . - S. 30-36 . Archivováno z originálu 5. března 2016. (Ruština)

Odkazy

• Boris Meyerzon . Jak se technologie prostorového zvuku vyvíjela, archiv 2012-03-06.
• Aldoshina IA Vícekanálové prostorové systémy. Doporučení mezinárodních norem  ; (Část druhá) /webarchive/
• Aldoshina I. A. Vícekanálový prostorový zvukový systém 22.2 Archivní kopie ze 17. února 2020 na Wayback Machine
• Aldoshina I. A. Binaurální stereofonie. Aktuální stav bádání Archivováno 5. října 2006.
• Aldoshina I. A. Ambiophonia Archivní kopie z 24. února 2020 na Wayback Machine
• Aldoshina I. A. Prostorové systémy syntézy vlnového pole – Syntéza vlnového pole Archivováno 13. února 2020 na Wayback Machine
• Moderní vícekanálové systémy Archivováno 6. září 2021 na Wayback Machine // 3DNews , 15. srpna 2003