дера, В котором были реализованы более интеллектуальные алгоритмы. Так появилась технология Dolby Surround.

Сегодня формат Dolby Stereo Optical является стандартом пространственного звука для полноэкранного кино. Он используется повсеместно, процессорами Dolby оборудованы десятки тысяч киноте- атров во всем мире. Даже теперь, с появлением цифрового формата Dolby Digital, на кинопленках остаются две аналоговых оптических дорожки Dolby Surround - для обеспечения совместимости со всеми суиествуюиими проекторами.

Первыми на рынке появились простые декодеры Dolby Surround, которые позволяли на домашней аппаратуре выделить и прослушать третий, пространственный канал - канал Surround. Впоследствии был разработан декодер Dolby Surround Pro Logic, который выделял и центральный канал. Получился домашний кинотеатр - комплекс аппаратуры для высококачественного воспроизведения звука и видео с декодером Dolby Pro Logic Surround Sound.

В отличие от аппаратуры квадро, аппаратура Dolby Surround производилась и производится в массовых масштабах и постоянно совершенствуется. Во-первых, технология Dolby Pro Logic удачно совмещает оптимальную конфигурацию пространственных каналов (R, L, С, S) с возможностями записи и передачи (два физических канала), которыми обладает практически вся бытовая аппаратура. Во-вторых, возможности и качество Dolby Pro Logic отвечают требованиям современного пользователя. И, в-третьих, используются единые стандарты на аппаратные и программные средства, которые разработаны и поддерживаются одной организацией - Dolby Laboratories.

Сегодня в Dolby Surround кодируется звуковое сопровождение вещательного телевидения, причем не только художественных фильмов, но музыкальных, спортивных передач и даже новостей. Dolby Surround используется и в областях, не связанных с видео - например, звукозаписывающие компании выпустили на рынок CD и аудиокассеты с музыкальными записями в Dolby. Многими разработчиками ведутся успешные эксперименты по внедрению Dolby Surround в видеоигры и другие мультимедийные приложения. Таким образом, системы объемного звука Surround Sound стали традиционными не только в кинотеатрах и в домашней аудио-, видеоаппаратуре, но и в компьютерах.

Кодер Dolby Surround. Сразу отметим, что система не предназначена для передачи четырех независимых сигналов звука, каждый из которых надо прослушивать раздельно (например, звука одной ТВ программы на разных языках), В этом случае развязка между двумя любыми каналами должна была бы быть максимальной, а амплитуды и фазы сигналов могли бы быть совершенно не связаны между собой Напротив, задача Dolby Surround - передать четыре канала звука.

ПФ Долби В

-ЗДб S-

-ЗДб

-I- Lt

90°

Рис. 6.19. Функциональная схема кодера Dolby Surround

которые будут прослушиваться одновременно, и при этом воссоздавать в сознании слушателя пространственную звуковую картину. Эта картина составляется из нескольких звуковых образов - звуков, которые слушатель воспринимает связанными со зрительными образами на экране.

На входе кодера Dolby Surround (рис. 6.19) присутствуют сигналы четырех каналов - L, С, R и S, а на выходах - двух каналов Lt (left-total) и Rt (right-total). Слово total (общий) означает, что каналы содержат не только свой сигнал (левый и правый), но и кодированные сигналы других каналов - С и S.

Сигналы каналов L и R передаются на выходы Lt и Rt без каких-либо изменений. Сигнал канала С делится поровну и складывается с сигналами каналов Lt и Rt. Предварительно сигнал С ослабляется на 3 дБ (чтобы сохранить неизменной акустическую мощность сигнала после сложения его половинок в матрице декодера). Сигнал канала S также ослабляется на 3 дБ, но, кроме того, перед сложением с сигналами Lt и Rt он подвергается следующим преобразованиям:

полоса частот ограничивается полосовым фильтром (ПФ) с полосой пропускания от 100 Гц до 7 кГц;

обрабатывается шумоподавителем Dolby В;

сдвигается по фазе на +90 и -90°, таким образом, составляющие сигнала S, предназначенные для сложения с Lt и Rt, оказываются в противофазе друг с другом.

Совершенно ясно, что сигналы L и R не влияют друг на друга, они совершенно независимы. На первый взгляд не столь очевидно, но между сигналами С и S развязка теоретически также идеальная. Действительно: в декодере сигнал S получается как разность сигналов Lt и Rt. Но в этих сигналах присутствуют совершенно одинаковые компоненты сигнала С, которые при вычитании взаимно компенсируются. Напротив, сигнал С выделяется декодером как сумма Lt и Rt. Так как компоненты сигнала S, присутствующие в этих сигналах, находятся в противофазе, при сложении они также взаимно компенсируются.

Такое кодирование позволяет передать сигналы S и С с высокой степенью развязки при одном условии: если амплитудные и фазовые характеристики физических каналов, по которым передаются сигналы Lt и Rt, абсолютно идентичны. Если имеется некоторый дисбаланс между каналами, развязка уменьшается. Например, если компоненты сигнала С в каналах Rt и Lt из-за разных характеристик каналов передачи окажутся неодинаковыми, произойдет нежелательное проникновение части сигнала С в канал S.

Из описания кодера понятно, что кодирование реализуется простыми аналоговыми методами. Сигнал, кодированный в Dolby Surround, не содержит каких-либо управпяюиих сигнапов или инструкций для декодера. По своим электрическим характеристикам он ничем не отличается от обычного двухканального стереосигнала, и опознать кодированный сигнал простыми аппаратными методами невозможно.

Представим себе, что сигнал, кодированный в Dolby Surround, прослушивается на обычной стереофонической аппаратуре, без декодера Surround. Сигнап Lt поступает на акустическую систему певого канапа, сигнап Rt - на систему правого. При записи двухканапьного звука сигнал от источника, расположенного у левого микрофона, поступает преимуиественно в левый канал, от источника, расположенного у правого микрофона, - преимуиественно в правый канап. Еспи источник равно удапен от певого и правого микрофонов, его сигнап де-пится поровну между правым и певым канапами. В кодере Dolby Surround сигнап С депится между канапами Lt и Rt именно таким образом, но не на акустическом, а на эпектрическом уровне. Поэтому при прослушивании на две акустические системы L и R звук канапа С воспринимается как сигнап виртуальной акустической системы, расположенной между реальными системами L и R. Кроме сигнала С, в каналах Lt и Rt присутствуют компоненты сигнала S, но они находятся в противофазе, и акустические сигнапы, соответствуюиие этим компонентам, компенсируются в пространстве между акустическими системами. Поэтому звук канала Surround воспринимается как едва заметный, фантомный звук, витаюиий где-то между акустическими системами L и R. Таким образом, сигнап Dolby Surround совместим с пюбой стереоаппаратурой как с декодером Surround, так и без него.

Пассивный декодер Dolby Surround выделяет только один до-попнитепьный канал - канал S. Функциональная схема декодера показана на рис. 6.20. Сигнал Lt без каких-либо изменений поступает на выход L декодера. Сигнал Rt таким же образом поступает на выход декодера R. Сигналы Lt и Rt содержат поповинки сигнала центрального канала С, которые создают виртуальную акустическую систему между реальными акустическими системами L и R. Узел вычитания L ~ R выделяет сигнал Surround, который поступает на отдельную акустическую систему. Компоненты сигнала S воспроизводятся также

ЛЗ Долби В

Рис. 6.20. Функциональная схема пассивного декодера

акустическими системами R и L, но, так как они в противофазе, слушателем не воспринимаются. Так как основу декодера составляет простой дифференциальный усилитель, выполняюиий операцию вычитания L - R, такой декодер попучил название пассивного декодера .

На рис. 6.21 показаны взаимные развязки между каналами простейшего декодера. Диаметральное расположение каналов на схеме относится только к электрическим сигналам. Реальное распопожение акустических систем иное - системы трех каналов расположены в одной фронтальной плоскости, а системы четвертого канала - по бокам сзади слушателя. Заметим, что акустическая система С - виртуальная, ее сигнал формируется пространственно акустическими системами правого и левого каналов. Поэтому для такого декодера очень важно положение слушателя относительно акустических систем L и R и - в идеальном случае, он должен быть равно удален от них. Понятно, что развязка между соседними каналами (L и С; С и R; R и S; S и L) не может быть более 3 дБ. Однако субъективно она воспринимается иначе.

Если на входе кодера присутствует только сигнал левого канала, он воспроизводится одновременно громкоговоритепями певого канапа и канапа Surround - в правом канапе звука нет. То же самое происходит, еспи на входе только сигнал правого канала. Если на входе только сигнал центрального канала, он воспроизводится громкоговорителями левого и правого каналов, при этом пространственно формируется виртуальный громкоговоритель канала С. Таким образом, даже простейший пассивный декодер обеспечивает восприятие сигналов трех фронтальных каналов - L, R и С с идеальной развязкой между ними. Это не удивительно - этот же психоакустиче-

40 дБ-

Рис. 6.21. Взаимные развязки между каналами простейшего декодера

ский эффект лежит в основе двухканального стерео. Именно поэтому слушатель стереосистемы старается разместить громкоговорители двух каналов как можно более точно - на равном расстоянии прямо перед собой. Для четвертого канала достаточная развязка не обеспе- чивается.

В том, что часть сигнала Surround проникает в левый и правый каналы, нет большой беды. Во-первых, слушатель ожидает, что все звуки исходят, прежде всего, со стороны фронта, так как вызваны действиями, происходящими на экране. Во-вторых, звук, передаваемый в канале Surround, обычно не связывается с каким-то конкретным источником. Например, мы видим на экране вспышку молнии, а гром, шум дождя и ветра мы слышим отовсюду - со всех направлений сразу.

Гораздо хуже обратное явление - проникновение сигналов L и R в канал S. Разумеется, технологией Surround предполагается, что акустические системы всех каналов установлены в помещении конечного объема и пространственное сложение всех сигналов неизбежно. Это вовсе не значит, что можно пренебречь слабой развязкой между фронтальными каналами и каналом Surround. Действительно, если источник звука расположен на разных расстояниях от микрофонов L и R, уровень сигналов в этих каналах будет различным. В результате на выходе дифференциального усилителя кроме сигнала Surround неизбежно будет присутствовать разностный сигнал (L- R). Эксперименты показали, что прослушивание сигналов фронтальных каналов в громкоговорителях Surround, особенно речи, в большой степени портит впечатления. Для того чтобы обеспечить развязку центральных каналов и канала Surround, в реальном пассивном декодере используются дополнительные преобразования:

♦ Временная задержка в канале S (около 10 мс) позволяет исключить так называемый эффект Хааса. Сущность эффекта заключается в том, что если слушатель располагается ближе к акустическим системам Surround, чем к системам фронтальных каналов, он сперва слышит компоненты сигналов L и R, проникшие в канал Surround, и только затем эти же сигналы, излученные громкоговорителями фронтальных систем. Несмотря на то, что мощность звука на фронтальном направлении больше, из-за временного опережения звуковой образ в сознании слушателя связывается с направлением тыла. Задержка гарантирует, что звук фронтальных каналов достигнет слушателя раньше, чем тот же звук, попавший в канал S.

♦ Фильтр нижних частот 7 кГц используется по нескольким причинам. Основная из них: если источник звука смещен вправо или влево от центра, то чем выше частота звука, тем выше амплитуда сигнала, проникающего в канал Surround. Это естественно, так как при одинаковой геометрической разности хода разность фаз зависит от частоты, а при одинаковой амплитуде L и R амплитуда разностного сигнала

L - R (т.е. сигнала, проникающего в канал S) определяется только разностью фаз. Поэтому на более высоких частотах труднее добиться эффективного разделения каналов. Вторая причина: чем выше частота звука, тем более точно слушателем определяется направление на его источник (тем острее диаграмма направленности ушей). Исключение вьюокочастотной составляющей размазывает звуковые образы в канале Surround, благодаря этому слушатели, сидящие рядом с акустическими системами Surround, не связывают звуки в этом канале с направлением на громкоговорители.

♦ Система шумоподавления Dolby В используется для подавления проникающих сигналов каналов L и R, если их уровни значительно ниже уровня сигнала S.

Как видно из вышесказанного, технологии Dolby Surround используют особенности восприятия звуков человеком - психоакустические эффекты.

Активный декодер Dolby Surround Pro Logic. Пассивный декодер обеспечивает высокую степень воспринимаемой развязки между фронтальными каналами, но только для слушателей, равноудаленных от акустических систем. Кроме того, несмотря на специальную обработку сигнала Surround, в пассивном декодере невозможно добиться полного разделения сигналов Surround и R/L. Использование пассивных декодеров ограничено, поскольку они не способны обеспечить корректное восприятие для любого положения слушателя в зале.

Рис. 6.22. Функциональная схема активного декодера