ЧАСТЬ 1
История и современность.
Окружающий звук (он же объемный, он же surround) в настоящее время стремительно распространяется по планете. Он используется в
кино, на видео и DVD, на презентациях, в просто музыкальных записях, и даже на телевидении. Слушателям он сулит новые ощущения,
музыкальным лейблам - переиздание старых записей в новом формате, музыкантам - новые способы выразить себя, а звукозаписывающим
студиям - переоборудование и приток клиентов. В общем, окружающий звук нужен и выгоден многим. Однако с его производством (особенно
при ограниченном бюджете) все еще связано немало проблем, также ряд сложностей возникает на пути доставки многоканального звука
слушателям. Форматы DVD Audio и Super Audio CD, которые позволяют записать шестиканальный (или более) звук в несжатом виде, пока еще
не завоевали широкой популярности, так что сейчас неизбежным является использование одного из способов сжатия звуковых данных,
адаптированных для surround-фонограмм. Все эти способы сжатия пришли к нам из кино, так что, предваряя рассказ о современных цифровых
способах кодирования многоканального звука, хотелось бы немного отвлечься и рассказать об истории развития окружающего звука.
А начиналось все в 1941 году, когда вышел фильм студии
Диснея "Fantasia". От моно создатели картины прыгнули сразу к трем каналам звука: левому, правому и центральному. Формат записи был
назван "Fantasound", и по тем временам это было нечто невиданное - ведь и моно звук в кино появился совсем недавно, а тут сразу три
независимых канала, которые записывались на кинопленку оптическим способом. Но трудности производства подобного рода фонограмм (тогда
в Америке еще не было магнитофонов, да и другая звукозаписывающая техника была в зачаточном состоянии), сложная и дорогая система
воспроизведения и начавшаяся Вторая Мировая война остановили проникновение многоканального звука в киноиндустрию более чем на десять лет.
Появление коммерчески успешных форматов стереозвука в кинопроизводстве было обусловлено развитием в США магнитной
звукозаписи. Первые ленточные магнитофоны были привезены в качестве трофеев из побежденной Германии (в русском языке слово "магнитофон"
также обязано своим появлением названию одной из немецких моделей этого устройства - Magnetofon), и вскоре фирма Ampex выпустила
американский аппарат для записи на ленту Ampex Model 200, являвшийся копией немецкого AEG Model K-4 Magnetofon. Магнитная запись
стремительно развивалась, вскоре появился многодорожечный магнитофон, изобретенный легендарным гитаристом Лес Полом (немного
ранее этот разносторонний музыкант придумал электрогитару, да и использовать монофонические магнитофоны для записи музыки в США
начал именно он). Первые форматы окружающего звука были основаны именно на магнитной записи (вместо старой оптической монодорожки) -
прямо на кинопленку наносился магнитный слой, на который записывалось звуковое сопровождение к фильмам. Кинопроекторы
оснащались магнитофонными головками для снятия этого звука. В те годы киноиндустрия США процветала, и публике был представлен новый
широкоэкранный кинематограф (использовавший пленку шириной 70 мм вместо обычных 35), а в дополнение к громадным широким экранам
требовалась соответствующая звуковая картина. Тогда существовали два основных формата: Cinemascope, разработанный компанией 20th Century
Fox для 35-мм пленки (четыре канала - левый, центральный, правый и surround-канал, который воспроизводился с боков и позади зрителя,
первый фильм - The Robe, 1953 год) и Todd-AO для широкоформатной 70-мм кинопленки (шесть каналов - левый, дополнительный левый,
центральный, дополнительный правый, правый и surround-канал, первый фильм - Oklahoma!, 1955 год). Необходимость центрального канала
обусловлена большими размерами киноэкрана и тем, что зрители сидят не только по центру зала, - если использовать только два
громкоговорителя (левый и правый), то диалоги актеров для зрителя, сидящего в боковой части зала, будут звучать не посередине экрана,
где обычно и происходит основное действие, а сбоку, так как ближайший громкоговоритель будет слышен лучше всего. Поэтому всю
речь героев фильма обычно располагают в центральном канале, иногда его так и называют - канал диалогов. А для огромных широкоформатных
(70 мм) кинотеатров потребовалось установить за экраном аж пять независимых громкоговорителей, чтобы обеспечить равномерное распределение звука для всех зрителей в зале.
Схема расположения громкоговорителей в кинотеатре, оборудованном для воспроизведения звука в формате Cinemascope, Dolby Stereo или Dolby SR.
Схема расположения громкоговорителей в кинотеатре, оборудованном для воспроизведения звука в формате ToddAO.
Параллельно возникали и другие форматы, не нашедшие широкого распространения. Например, VistaVision, в котором на монофоническую
оптическую дорожку записывались специальные управляющие сигналы (30, 35 и 40 Гц), под воздействием которых декодер переключал монозвук на
центральный, левый или правый громкоговорители. Это было, конечно, не стерео, но обеспечить, например, выстрел или взрыв справа от
зрителя с помощью VistaVision было возможно.
Справедливости ради необходимо отметить, что звуковая картина и в системе Cinemascope, и в системе Todd-AO сильно отличалась от того,
что мы слышим в современных фильмах (хотя количество звуковых каналов практически такое же). Дело в том, что звукозаписывающая
техника тогда была на начальной стадии своего развития, многодорожечных магнитофонов и сложных микшерных пультов еще не
было, да и магнитные дорожки на кинопленке ощутимо шипели, что сокращало доступный звукоинженерам динамический диапазон. Поэтому
создание сложных спецэффектов было просто технически невозможным, к тому же "идеология" кинозвука была отличной от нынешней -
головокружительные звуковые трюки не были тогда важной частью фильма, и их влияние на аудиторию еще не было оценено.
Распространение этих форматов тоже не было повсеместным - оснащение кинотеатров нужным оборудованием стоило недешево, и его могли
позволить себе только крупные, успешные залы.
Форматы с магнитной записью звука на пленку просуществовали до середины 70-х годов, когда на сцену вышла фирма Dolby. Dolby
заработала известность своими системами шумопонижения, появившимся в 1970 году: Dolby B, которая используется в бытовых магнитофонах, и
Dolby A - более сложная и эффективная система, применяющаяся и по сей день в профессиональной звукозаписи. Не удовлетворившись успехом
в области обычной звукозаписи, основатель фирмы Рей Долби устремил свои взоры на звук для кинофильмов. Уже в 1971 году появился первый
фильм (A Clockwork Orange - Заводной апельсин), звук для которого был записан с применением шумопонижения Dolby A, заметно
расширившего динамический диапазон. А в 1974 году была представлена технология Dolby Stereo, использующаяся в большинстве фильмов и
поныне. Взамен магнитных звуковых дорожек, которые довольно сильно шумели и со временем изнашивались, фирма Dolby предложила
использовать старую добрую оптическую дорожку, но уже с двумя каналами звука. Эти две дорожки расположены там же, где и старая
монодорожка (которую продолжали использовать для совместимости со старыми кинопроекторами), и поэтому фонограмма могла быть считана
любым киноаппаратом если не в стерео, то хотя бы в моноварианте. Для уменьшения шумов на оптических дорожках использовалась система
шумоподавления Dolby A.
Однако очевидно, что двух каналов звука для киноиндустрии было мало, поэтому в системе Dolby Stereo было применено матричное
кодирование - четыре канала звука (левый, правый, центральный и surround-канал эффектов) "загонялись" в две аналоговые оптические
дорожки. Левый и правый каналы (Lt и Rt, так принято обозначать два канала звука, закодированного матричным способом) подаются в
финальную фонограмму Dolby Stereo неизменными. Канал эффектов делится на две части, одна часть поворачивается по фазе на +90
градусов, другая - на -90 градусов (или одна на 180 градусов, другая же не изменяется), и каждая из частей подмешивается в Lt и Rt
соответственно. Перед этой операцией у канала эффектов отрезаются все частоты выше 7 кГц и ниже 100 Гц, также он обрабатывается
системой шумопонижения. Центральный же канал с пониженным на 3 дБ уровнем в равной пропорции подмешивается в Lt и Rt. Таким образом,
кодирование в Dolby Stereo - довольно простая операция, которую несложно провести даже на обычном микшерном пульте, а вот с обратным
преобразованием в четыре канала звука дело обстоит несколько сложнее.
Стерео
Термин "стерео" (от греческого stereos - пространственный, объемный), в настоящее время
ассоциирующийся с двумя каналами, изначально имел более широкий смысл. Например, первые экcперименты с объемным
звучанием в Bell Labs в тридцатые годы прошлого столетия проводились с тремя каналами, окружающий звук в кино (даже
если там использовалось шесть дорожек) тоже долгое время назывался стерео, в общем, стерео называли все, что
обеспечивало пространственность воспроизводимой фонограмме (все, что не моно). Ассоциация слова "стерео" именно с
двухканальными фонограммами была вызвана тем, что первые стереопластинки были именно с двумя каналами (больше просто не
позволяла технология того времени), и появившееся в 1961 году стереофоническое FM-радиовещание также было двухканальным
(впрочем, вещали они с тех же стереопластинок). Однако в кинопроизводстве еще долго пользовались термином "стерео" для
названия многоканальной фонограммы к фильмам, даже четырехканальная система Dolby, вышедшая в 1976 году,
называлась Dolby Stereo. Термин "surround sound" был придуман, когда многоканальные фонограммы к фильмам стали проигрываться
в домашних условиях (с помощью стереофонических видеомагнитофонов и декодера Dolby Surround). Так как у
широкой публики к тому времени слово "стерео" прочно ассоциировалось с двумя каналами, а для продвижения технологии
на рынок уже в названии должно было быть нечто особенное, ранее не виданное, этим особенным и стало словосочетание "surround sound".
|
При декодировании Lt и Rt, как правило, подаются неизменными (почему "как правило" - см. далее) на левый и правый
громкоговорители. Канал эффектов получается вычитанием (путем переворота фазы) Rt из Lt, такой же фильтрацией всего, что выше 7
кГц и ниже 100 Гц, обработкой системой шумопонижения, и после небольшой задержки (величина задержки настраивается для конкретного
помещения, обычно составляет 20-100 мс) подается в surround-громкоговорители. Задержка нужна для того, чтобы добиться
большего субъективного разделения между фронтальными и surround-каналом. Здесь используется эффект уется эффект Хааса - если один сигнал
приходит чуть позже и звучит чуть громче другого, то "другой" маскируется, и мы его практически не слышим. Поэтому, хотя звук из
канала эффектов присутствует и в левом, и в правом громкоговорителях (хоть и с повернутой фазой), мы слышим эффекты именно сзади.
Задержка также помогает в больших кинозалах. Часто эхо (или реверберация) от какого-то сигнала, записанного в одном из
фронтальных каналов, находится в канале эффектов. Поэтому зрители на задних рядах из-за большого расстояния до экрана могут оказаться в
такой ситуации, когда они слышат сначала эхо, а уже потом основной сигнал. Задержка в канале эффектов, настроенная на конкретную
акустику помещения, позволяет решить эту проблему.
С центральным же каналом все не так просто. В принципе он получается из сложения Lt и Rt с последующим поднятием уровня на 3
дБ. Но при этом, например, когда звучат только диалоги, звук центрального канала будет раздаваться также и из левого и правого,
причем всего на 3 дБ тише. Чтобы улучшить разделение каналов в Dolby Stereo применяются несколько логических схем - для разных звуковых
ситуаций. Когда звучат только диалоги из центрального канала, декодер для улучшения локализации понижает уровень в левом и правом.
Однако, если голоса звучат одновременно с музыкой, такая технология дает неудовлетворительный результат - во время диалога музыка слышна
плохо и "выпрыгивает" в паузах между фразами. Для примирения диалогов и музыки декодер к левому каналу подмешивает правый в
противофазе, и наоборот, к правому - левый; соответственно, звук, содержащийся в центральном канале, вычитается из левого и правого.
Таким образом, получается, что во время диалогов музыка звучит практически в моноварианте (точнее, воспроизводится только
S-составляющая стереосигнала), а левый и правый каналы находятся в противофазе. Техника заглушения соседних каналов применяется не
только в работе с диалогами, но и в других случаях. Очень часто в фонограммах к фильмам бывает, что один из звуков является
доминантным, то есть все внимание слушателя поглощается именно им, - например, это может быть взрыв, выстрел или другой спецэффект. Когда
декодеру удается распознать такой доминантный сигнал (причем, он может быть не только жестко панорамирован в какой-то канал, но и
находиться между громкоговорителями), он приглушает соседние каналы, чтобы усилить направленность эффекта. Иногда же, например, в сценах,
когда вокруг идет дождь и четкая локализация источников не важна, декодер отключает свои хитроумные логические схемы и раскодирует звук пассивно.
Естественно, обеспечить правильное применение каждого из этих режимов довольно сложно, и Dolby не сразу удалось обеспечить должное
разделение каналов. Но фирма постоянно совершенствовала алгоритмы и кинопроцессоры, так что довольно скоро качество кинозвука в новом
формате достигло высокого уровня.
Из-за такой системы кодирования сведение фонограмм в Dolby Stereo невозможно без мониторинга через цепочку кодер-декодер. Если этого
не сделать, то в кинотеатре (в домашнем, в частности) фонограмма будет звучать совершенно непохоже на то, что вы слышали в студии -
некоторые инструменты в музыке могут "провалиться" или уйти в канал эффектов, а выразительные эффекты могут оказаться непонятным
"побулькиванием". Матричную природу кодирования нужно учитывать и для моносовместимости фонограммы - например, канал эффектов в моно
полностью пропадает (так как он находится в Lt и Rt в противофазе), поэтому в него не следует помещать какой-то важной для восприятия
картины звуковой информации. Для мониторинга можно использовать внешний кодер и декодер (в настоящее время выпускаются кодер SEU 4 и
декодер SDU 4) или подключаемые модули для Pro Tools производства Dolby.
После выхода в 1976 году фильма Джорджа Лукаса "Звездные войны", продемонстрировавшего потрясающие звуковые и визуальные эффекты,
формат Dolby Stereo довольно быстро распространился, что было обусловлено, среди прочего, неважным состоянием киноиндустрии в то
время. Телевидение уже пришло в каждый американский дом, и зрители не особенно ходили в кинотеатры, ведь все те же фильмы можно было
увидеть через некоторое время у себя в гостиной. Соответственно, поток денег в кино постоянно снижался, при том, что производство
прокатных копий фильмов по технологиям, использующим магнитную запись на кинопленке, было очень сложным и дорогим. Производство
прокатных копий по старой технологии состояло из трех этапов: сначала пленку проявляли, затем на нее наносились магнитные дорожки,
а уже потом на ленту записывался звук (в реальном времени). Все это стоило очень дорого - в 5-8 раз дороже простой печати фильма с
монозвуком. Оптическая же дорожка Dolby Stereo упростила производство до предела - звук печатается вместе с изображением, и все.
Еще одна причина успеха - применение звукового кинопроцессора. Для переоборудования кинотеатра под Dolby Stereo, при условии
наличия нужного количества громкоговорителей, требовалось лишь обеспечить считывание стереофонической оптической дорожки с
кинопленки и подключить к выходу с этой дорожки процессор, а он уже выполнял все функции декодирования и управления звуком в кинотеатре.
До появления таких кинопроцессоров для переоборудования кинотеатра под какой-либо новый звуковой формат требовалось приобретать
множество разных приборов, дорогих, да к тому же сложных в установке и эксплуатации. Один из первых кинопроцессоров, Dolby CP 100, кроме
звука Dolby Stereo мог еще работать и со старыми магнитными аудиоформатами, чем облегчал кинотеатрам переход на новый стандарт.
Часть [1] [2] [3] [4]
Антон БАЛАБАН
Музыкальное Оборудование
|