systemy dźwięku dookólnego
Post on 21-Jan-2016
49 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
SystemyDźwiękuDookólnego
Spis treści
jak człowiek słyszy i lokalizuje dźwięk standardy adaptacji dźwięku do odsłuchu w
warunkach kinowych i domowych opis wybranych systemów kinowych i
domowych dźwięk wirtualny podsumowanie koniec
• Do lokalizacji wykorzystywane są mechanizmy: - IID (Interaural Intensity Difference) - wewnątrzsłuchowa różnica intensywności - ITD (Interaural Time Difference) - wewnątrzsłuchowa różnica czasu - HRTF (Head-Related Transfer Function) - efekt filtrujący głowy i małżowiny usznej (pozwala na dokładne określenie kierunku) - DRR (Direct to Reverberant Ratio) - stosunek głośności dźwięku,
który dotarł bezpośrednio, do głośności dźwięku po odbiciach (pozwala na określenie odległości)
Jak człowiek lokalizuje dźwięki
Z jaką dokładnością ludzie mogą zlokalizować źródło dźwięku?
• większa zdolność określania azymutu niż wysokości - azymut - dla przedziału ±30° dokładność lokalizacji nawet 1° - z boków głowy lokalizacja dużo gorsza dokładność 30° - wysokość - blisko horyzontu dokładność lokalizacji 9° - ze wzrostem wysokości dokładność lokalizacji szybko spada• zdolność lokalizacji zależna od częstotliwości sygnału - tony niskie < 100 - 150Hz nie możliwe do lokalizacji• zdolność lokalizacji zależna od zmienności sygnału - proste, stałe tony są bardzo trudne do zlokalizowania• dla zebrania większej liczby informacji człowiek porusza głową
Możliwości i ograniczenia przy oszukiwaniu zmysłu słuchu.• możliwe utworzenie panoramy przedniej przez odpowiednie spreparowanie sygnałów pochodzących z prawego i lewego głośnika przedniego. Pozwala to umieścić w panoramie jeden lub kilka instrumentów
• nie jest możliwe utworzenie w podobny sposób panoramy bocznej
• bardzo utrudniona lokalizacja sygnałów w panoramie tylnej. Dość precyzyjnie udaje się zlokalizować tylko jedno źródło
Możliwości i ograniczenia przy oszukiwaniu zmysłu słuchu.
• w konsekwencji w systemie kwadrofonicznym słuchacz nie będzie mógł lokalizować źródeł dźwięku w panoramie z boków i z tyłu.
• aby lokalizacja była możliwa potrzeba większej liczby głośników
• w najnowszych systemach DD-EX, DTS-ES Discrete głośniki umieszczone są także z boku słuchacza
Standard THX
• powstał przy produkcji filmu „ Powrót Jedi” • wymagania THX dotyczą akustyki sali, jakości głośników oraz sposobu ich rozmieszczenia, wzmacniaczy mocy, okablowania. • Kina posiadające certyfikat THX charakteryzują się kilkoma bardzo ważnymi cechami [24]:
•szerokie pasmo odtwarzanych częstotliwości;•równa odpowiedź częstotliwościowa dla całego zakresu;•równomierne pokrycie całej sali kinowej dźwiękiem;•czysty, bardzo wyraźny dialog;•dobra prezentacja nagrań o dużej dynamice, bez słyszalnych zakłóceń;•niski poziom szumu tła•zastosowanie ustalonego, opatrzonego znakiem firmowym, wysokiej jakości sprzętu odtwarzającego;•określona jasność ekranu;
•trailer “DEEP NOTE” odtwarzany przed każdym seansem
Systemy kinowe
Systemy domowe
Standard THX Ultra
• model pomieszczenia o powierzchni 110m3
• standaryzacja użytych głośników
•Re-Equalization -zmniejszenie efektu błędnego odsłuchu kinowych ścieżek audio w warunkach domowych (inne n ch-tyki przenoszenia)
• Timbre Matching - zachowanie zgodności tonu głośników surround z głośnikami głównymi i kompensacja faktu że odsłuchach domowych stosowane są pojedyncze głośniki do odbioru kanałów surround
• Adoptive Decorrelation - fazowo/amplitudowe zmiany monofonicznego sygnału surround w celu efektu stereofonicznego odsłuchu kanału surround
Systemy domowe
Standard THX Ultra
• Bass Management Electronic Crossover - niskie częstotliwości przekierowywane do subwoofera ‘ mniejsze wymiaru głośników
• Bass Peak Level Management - ochrona subwoofera przed przeciążeniem
• Loud speaker Position Time Synchronization - możliwość optymalnego ustawienia systemu odsłuchowego (pozycjonowanie poszczególnych głośników)
Standard THX Select
• ograniczenie przestrzeni osłuchowej do 74m3
• zastosowanie technologii z THX Ultra
Dolby Stereo
Systemy kinowe
• zaprezentowane w 1974r
• system analogowy
• w miejsce dotychczasowej ścieżki mono wstawiono
dwa kanały (stereo) poddane redukcji szumów
Dolby A - zapisane optycznie na taśmie
Dolby Stereo
Systemy kinowe
• kodowanie i dekodowanie ( koder Dolby MP Matrix )
• separacja kanałów- L/P : >40dB- L(P)/C : 3dB- C/S :>40dB- L(P)/S : 3dB
Dolby Surround
Systemy domowe
• 1982r - pierwszy dekoder• system analogowy• system kodowania - analogiczny do kinowego Dolby Stereo
- dwie ścieżki(zakodowane 4 kanały) - separacja kanałów jak w DS- kanał surround o paśmie 100Hz - 7kHz
• układ dekodera pasywnego zbliżony do systemu DS (dodatkowy układ regulacji poziomów w przypadku symulacji kanału centralnego)• kanał centralny (Phanton)może być symulowany przez głośniki lewego i prawego kanału
- liczba kanałów odbieranych 3 lub 4- w przypadku 3 kanałów ( symulacja centralnego) mniejsza powierzchnia prawidłowego odsłuchu.
Dolby SR
Systemy kinowe
• zaprezentowane w 1986r
• system analogowy
• w stosunku do Dolby Stereo ścieżki dźwiękowe nagrano w Dolby SR (Spectral Recording)
- dwukrotnie większa redukcja szumów - lepsze przenoszenie górnych częstotliwości sygnałów
• we współczesnych cyfrowych systemach jako ścieżka zapasowa
Dolby Surround Pro Logic
Systemy domowe
• zaprezentowane w 1987r• cztery kanały: lewy, centralny, prawy, surround (pasmo 100-7kHz)• kodowanie analogiczne jak w DS• dekodowanie (aktywny dekoder)
- detekcja i uwypuklenie(w sieci układów kombinacyjnych) sygnału dominującego (analiza sygnałów P-L oraz C-S)- eliminacja przesłuchów (dodawanie w przeciwfazie
wysterowanego przez VCA sygnału dominującego) - dodanie szumu do kanałów celu odpowiedniego dostrojenia poziomów wzmocnienia każdego z kanałów, by zminimalizować przesłuchy
• separacja kanałów : 30dB
Dolby Surround Pro Logic II
Systemy domowe
• modyfikacja systemu Pro Logic• dwa kanały surround (jeden stereofoniczny)
- brak filtacji kanałów surround (pełne pasmo akustyczne)- możliwość pracy w trybie Pro Logic (jeden monofoniczny kanał surround)
• możliwość odtwarzania sygnałów stereo z rozszerzoną panoramą• kontrola powierzchni odsłuchowej (przesuwanie pola odsłuchowego w przód lub w tył)• kontrola położenia sygnału centralnego
Dolby Digital
Systemy kinowe
• zaprezentowane w 1992r (premiera „Batman Returns”)
• cyfrowe optyczne ścieżki dźwiękowe
- kino musi być wyposażone w odpowiedni
odtwarzacz ścieżki dźwiękowej i cyfrowy
procesor dźwiękowy)
• dodatkowa ścieżka dźwiękowa Dolby SR
- zachowania kompatybilności
- jako ścieżka zapasowa
• korekcja drobnych błędów w sygnale cyfrowym
Dolby Digital
Systemy kinowe
• sześć niezależnych kanałów dźwiękowych (5.1): - lewy, centralny, prawy, tylny lewy, tylny prawy 20Hz - 20kHz - kanał niskich częstotliwości 20Hz - 120Hz• pełna separacja kanałów pozwala na występowanie kilku źródeł dominujących• 20 bitowa rozdzielczość (dynamika 120dB)
Dolby Digital - kodowanie• system AC-3 - częstotliwości próbkowania 32, 44.1 i 48 kHz - przepływności dla 1 kanału od 32kb/s do 640kb/s (dla DD 384kb/s) - współczynnik kompresji od 1:3 do 1:15 - transformacja t->f a pomocą banku filtrów TDAC ‘ redukcja wpływu aliasingu w sąsiednich podpasmach ‘ zmienna rozdzielczość czasowa transformacji(5,33 lub 2,67ms) - transmisja obwiedni spektralnej o zmiennej rozdzielczości bitowej (zapis wektorowy zmiennoprzecinkowy, kodowanie różnicowe) - kodowanie perceptualne (w przypadku mantys): ‘ analiza sygnałów w podpasmach ‘ zastosowanie przybliżonej liniami prostymi f. rozkładu energii wzdłuż błony podstawnej
Systemy kinowe
Dolby Digital (AC-3)
•sześć niezależnych kanałów dźwiękowych (5.1): - lewy, centralny, prawy, tylny lewy, tylny prawy 20Hz - 20kHz - kanał niskich częstotliwości 20Hz - 120Hz
Systemy domowe
• zaprezentowany w 1992r
Dolby Digital (AC-3)
• system AC-3 - system kodowania analogiczny do systemu kinowego• dodatkowo - możliwość downmixu do mono, stereo, Dolby Surround
Przepływności binarne(kbps)56, 64, 8096112128, 160192224, 256, 320384, 448, 512576, 640
Tryby kanałów *
1/01/0, 2/01+1, 1/0, 2/01+1, 1/0, 2/0, 3/0, 2/11+1, 1/0, 2/0, 3/0, 2/1, 3/1, 2/21+1, 1/0, 2/0, 3/0, 2/1, 3/1, 2/2, 3/2
X/Y – gdzie X to liczba przednich kanałów a Y liczba kanałów surround1+1 – tryb dual mono2/0 – konwencjonalne stereo lub zakodowane kanały Lt/Rt Dolby Surround
Systemy domowe
Dolby Digital (AC-3)
• zastosowany m.in. w :- DVD-AUDIO- DVD-VIDEO- DVD-ROM- DBS - direct broadcast satellite - HDTV- standard w amerykańskiej DTV ustalony przez ATSC (jako lepszy od MPEG-2)
Systemy domowe
MPEG-2 BC • przedstawiony w 1994r. przez Moving Pictures Expert Group • kompatybilny z wersją dwukanałową MPEG-1 - strumień bitowy złożony z dwóch kanałów danych w MPEG-1 i trzech kanałów używanych tylko przez dekoder MPEG-2 - nieefektywny w porównaniu z AC-3 przy kodowaniu sygnałów stereo - w 1997r. powstał niekompatybilny wstecz MPEG-2 AAC• 3 tryby pracy (layers)• liczba kanałów 5(+1) L,C,R,LS,RS (lub również 7(+1) np. Philips) L,LC,C,RC,R,LS,RS• częstotliwości próbkowania 32, 44.1 i 48 kHz• dobra jakość dźwięku przy przepływności 640-896 kbit/s dla pięciu kanałów
MPEG-2 BC • kodowanie perceptualne
- analiza sygnału w 32 podpasmach
- szybka transformata FFT w celu wyznaczenia progu maskowania
- użyty model psychoakustyczny (po stronie kodera)
- maskowanie czasowe i częstotliwościowe
- utrzymywanie szumu kwantyzacji poniżej progu maskowania
- dynamiczna alokacja bitów
- kompresja 12:1 jakość CD
• skalowalność
- względem szerokości pasma
- względem złożoności obliczeniowej
Systemy kinowe
Digital Theater Systems ( DTS )
• opracowany przez NuOptix Inc.• zaprezentowany w 1993r. ( premiera „Jurrasic Park” )• ścieżka z 24 bitowym kodem czasowym - identyfikuje film, szpule i występowanie klatek w czasie• ścieżka dźwiękowa jest umieszczona na 3 dyskach CD - dekoder dźwięku zawiera trzy odtwarzacze CD - pojemność CD pozwala na zastosowanie kompresji bezstratnej APT-X
( kompresja 4:1) • dynamika 96dB• próbkowanie 44.1kHz (pasmo 20Hz - 20kHz)• liczba kanałów 5.1 - 5 dyskretnych kanałów dźwięku :L, C, R (20-20kHz), SL i SR (80Hz - 20kHz) i LFE (20Hz - 80Hz)• automatyczny powrót do odczytu analogowego w przypadku braku informacji cyfrowej i odwrotnie
Systemy domowe
DTS Digital Surround
• dla potrzeb kina domowego zrezygnowano z kompresji APT-X na rzecz
lepszego kodowania CAC ( Coherent Acoustics Coding )• standard DTS zapewnia następujące właściwości:
- 1 do 8 multipleksowanych kanałów audio
- dynamika 120dB (20 bit )
- częstotliwości próbkowania 8 kHz do 192 kHz
- ekwiwalentna długość słowa PCM: 16 do 24 bit
- współczynniki kompresji od 1:1 do 40:1
- przepływność danych wyjściowych kodera : od 32 kb/s do 4096 kb/s
- możliwość kodowania bezstratnego (zmienna przepływność)
- możliwość downmixu na mniejszą liczbę kanałów
- dokładna synchronizacja pomiędzy sygnałami audio i video
- stała architektura dekodera
Systemy domowe
DTS Digital Surround
Własności kodowania CAC ( Coherent Acoustics Coding )• zaawansowane techniki kodowania - podział na podpasma: 32 dla pasma 0-24kHz i dodatkowe 8 dla pasma 24-48kHz - analiza psychoakustyczna - liniowe kodowanie predykcyne LPC - kwantyzacja wektorowa - dynamiczna alokacja bitów - maskowanie• maksymalny strumień bitów 3,528 Mbit/s
Systemy kinowe
Sony Dynamic Digital Sound (SDDS)
• zaprezentowany w 1994r. ( premiera „Last Action Hero”)• dźwięk zapisany bezpośrednio na taśmie filmowej - ścieżki z optycznym zapisem dźwięku umieszczone między perforacjami, a krawędziami taśmy filmowej - algorytmy zapewniające 100% nadmiarowości danych - ścieżki analogowe wykorzystywane w przypadku awarii• liczba kanałów 7.1 (L, P, centralny,centralne L i P, surround L i P) - możliwość pracy w systemie 4, 5.1, 6 (downmix) - konwersja systemów z mniejszą ilością kanałów na system 7.1• algorytm kodowania ATRAC (Audio Transform Acoustic Coding) - kompresja 5:1•częstotliwość próbkowania 44,1 kHz - pasmo częstotliwości 20Hz - 20kHz• dynamika 105dB• separacja kanałów >80dB
IMAX PSE (Personal Sound Environment)• w użyciu od 1995r - dzieło firmy Sonics Associates Inc.
• współdziałanie dwóch systemów dźwiękowych
• pierwszy - sześciokanałowy system cyfrowy (lewy, prawy, centralny,LFE, dwa kanały surround)
• w skład systemu wchodzi osiem kolumn (dwie dla kanału centralnego i dwa subwoofer’y)
• drugi - (PSE) dwukanałowy słuchawkowy szerokopasmowy służący do odbioru muzyki, dialogów, efektów specjalnych nagranych przy użyciu sztucznej głowy
• odpowiednie słuchawki na podczerwień nie zakrywające całej małżowiny usznej - możliwość odbioru dźwięków z głośników na sali
•ścieżki muzyczne przechowywane na płycie DVD w standardzie PCM (24bit/96kHz)
• przed projekcją zgranie płyty na szybki twardy dysk z którego ścieżka dźwiękowe odtwarzana podczas projekcji (odpowiednia synchronizacja)
Systemy kinowe
Dolby Digital Surround EX
Systemy kinowe
• powstał dzięki współpracy Dolby Labs i THX Lucasfilm• zaprezentowane w 1999r (premiera ”Star Wars TPM” )• w stosunku do DD – trzeci kanał surround (odtwarzany przez dodatkowy procesor Dolby SA-10) - rozwiązanie problemów z lokalizacją dźwięków - powiększenie strefy najlepszego odsłuchu• możliwość odtwarzania ścieżek przez system DD bez trzeciej ścieżki surround
Dolby Digital Surround EX
• analog systemu kinowego zaimplementowanego w warunkach domowych• system 6.1 (trzy kanały surround)• centralny kanał surround jest zawarty (‘matrycowo’) w prawym i lewym kanale surround (zapis 5.1) - zachowanie kompatybilności w dół - brak 100% separacji miedzy tymi trzema kanałami surround
Systemy domowe
Systemy kinowe / domowe
DTS-ES
• 6.1 kanałowy format Matrix
- zaprezentowane w 1999r (po prezentacj DD-EX)
- trzy kanału surround (lewy, prawy, centralny zawarty ‘matrycowo’ w prawym i lewym) - brak 100% separacji pomiędzy kanałami surround - kompatybilność ze wcześniejszymi systemami DTS 5.1
- przepływność 1536 kbps lub 768 kbps
• 6.1 kanałowy format Discrete
- zaprezentowany w czerwcu 2000r
- trzeci dyskretny kanał surround (zapisywany w
nieużywanym dotąd bloku ”data frame”
- kompatybilność z wcześniejszymi systemami DTS 5.1 i 6.1
Matrix (kanał centralny zawarty jest w lewym i prawym
kanale surround i należy go zniwelować przy odsłuchu w
systemie 6.1 Discrete dodając w przeciwfazie do lewego i
prawego kanału surround)
- brak 100% separacji pomiędzy kanałami surround (choć
jest ona większa niż w przypadku systemu Matrix)
- w kinie konieczność zastosowania przystawki DTS-ES
Systemy kinowe / domowe
DTS-ES
Systemy domowe
Wirtualny dźwięk przestrzenny• użycie standartowego głośnikowego zestawu stereo
• dźwięk w jednym z formatów dookólnym zostaje ‘przystosowany’ do odsłuchu stereofonicznego
- kanał centralny jato ‘phantomowy’
- kanały surround poprzez ‘virtualizer’ (oparty najczęściej na procesorze DSP) dodane są do dwóch dostępnych kanałów
- zmniejszone pole prawidłowego odsłuchu
Dolby Headphones• zaprezentowane zimą 2000r• symulacja za pomocą procesora DSP wirtualnego pomieszczenia z zestawem odsłuchowym zgodnym z AC-3 - możliwość wyboru charakterystyki wnętrza odsłuchowego - symulacja na słuchawkach odsłuchu stereo z zestawu głośnikowego( brak efektu dźwięku w środku głowy)• odbiór poprzez zwyczajne słuchawki stereofoniczne - brak potrzeby „personifikacji” stanowiska odsłuchowego - odbiorca jest cały czas w najlepszej pozycji odsłuchowej• kompatybilność z formatami dźwieku wielokanałowego :
- Dolby Surround- Dolby Digital- PCM- PCM pakowane przez MLP - MPEG (do 5 kanałów)
Systemy domowe
• pierwsze procesory DSP - firma Analog Devices INC• system znalazł miejsce w rozwiązaniach softwearowych - wtyczka programowa Personal Listening Space (firma Lake) wymagania Pentium II 266, 64 Mb RAM - softwearowe odtwarzacze DVD(SoftDVD, WinDVD, PowerDVD)
Systemy domowe
Dolby Headphones
Systemy domowe
Wirtualny dźwięk przestrzenny• do systemów tych należą m.in.: - Q Surround (Q Sound Labs) - TruSurround (SRS LABS ) - 3D-Phonic (JVC ) - Lucas (Sennheiser) - Virtual Dolby Surround (Dolby Laboratories ) - Virtual Dolby Digital (Dolby Laboratories ) - Dolby Headphones (Dolby Laboratories ) - Virtual Sonic (Matsushita ) - VMAx (Harman International) - Digital Virtual Surround-5.1 (Spatializer Audio Laboratories) - Aureal A3D Surround (Aureal Semiconductor ) - Sensaura EMI/CRL - Sony MDR-DS5000
Nazwa A/D Ilość kanałówzdekodowanych
Zastosowanie
Dolby Stereo Analogowy 4 KINO
Dolby Surround Analogowy 3 (4) DOM
Dolby SR Analogowy 4 KINO
Dolby Pro Logic Analogowy 4 DOM
Dolby Pro LogicII
Analogowy 5 DOM
Dolby Digital(AC-3)
Cyfrowy 5.1 KINO/DOM
MPEG-II Cyfrowy 5.1 (7.1) DOM
Podsumowanie systemy wielokanałowe
Nazwa A/D Ilość kanałówzdekodowanych
Zastosowanie
Digital DTSSound
Cyfrowy 5.1 KINO
Digital DTSSurround
Cyfrowy 5.1 DOM
SDDS Cyfrowy 7.1 KINO
Dolby DigitalSourround EX
Cyfrowy 6.1 KINO/DOM
DTS-ES Matrix Cyfrowy 6.1 KINO/DOM
DTS-ES Discrete Cyfrowy 6.1 KINO/DOM
IMAX PSE Cyfrowy 5.1+PSE KINO
Podsumowanie systemy wielokanałowe
Przygotowali :
Przemysław Maziewski
(kat. Inżynierii Dźwięku)
Marcin Rymon Lipiński
(kat.Systemów i Urządzeń Radiokomunikacyjnych) 11.01.2001
top related