Активные декодеры предполагают как бы пространственную фокусировку звуковых образов. Этим термином обозначается любая технология, используемая для устранения проникновения сигналов одного канала в другой и основанная на изменении выходных сигналов декодера. Активный декодер представляет собой комбинацию пассивного декодера и регулирующей цепи. Чтобы понять сам принцип, рассмотрим простейшую технику активного декодирования - регулировку усиления каналов. На рис. 6.22 показана функциональная схема активного декодера. На каждом выходе декодера установлен регулируемый усилитель (РУ), управляемый напряжением, вырабатываемым управляющей цепью (УЦ).

Для примера, возьмем случай, когда источник звука - единственный, и он расположен непосредственно у микрофона центрального канала С. Из рис. 6.21 видно, что пассивный декодер передаст сигнал центрального канала в выходной канал С, а также и в каналы R и L с ослаблением всего на 3 дБ, Управляющая цепь активного декодера определяет, в каких каналах необходимо уменьшить усиление, чтобы подавить проникающие сигналы соседних каналов до необходимого уровня. В данном примере декодеру необходимо уменьшить усиление в каналах L и R, оставив слышимым сигнал канала С. Таким же образом можно развязать выход левого канала, уменьшив усиление в каналах С и S, когда на входе декодера присутствует только сигнал Lt. Так как сигнал может приходить с любого направления в пределах всех 360°, то изменяя усиление каналов в определенной пропорции, можно достичь достаточной степени развязки.

Таким прямым методом проблема решается только для единственного звукового образа. Реальная звуковая панорама содержит звуки нескольких независимых источников. Рассмотрим случай, когда речь звучит на фоне музыки. Музыка должна воспроизводиться акустическими системами левого и правого каналов, а речь - только системой центрального канала. Пассивный декодер с такой задачей не справится вообще. Речь будет воспроизводиться как системой центрального канала, так и системами левого и правого каналов. Стереофоническая музыка будет воспроизводиться системами L и R, кроме того, суммарный сигнал L+R будет прослушиваться через систему С, а разностный L - R - через систему S.

Полагаем, что активный декодер считает речь доминирующим звуковым образом и уменьшает усиление каналов L и R, чтобы сфокусировать этот образ в направлении С. Но при этом теряется стереофоническая музыка, остается только монофонический звук суммы (L + R) в канале С и фантомный звук разности (L - R) в канале S. Если говорящие герои замолкают, декодер восстанавливает усиление каналов L и R, и музыка становится слышимой и, наоборот, при возобновлении речи музыка пропадает. Такое явление качания мощности не

L

±

УЦ -I

- Ин

нвертор -

Рис. 6.23. Функциональная схема активного декодера с инвертором

доминирующих звуковых образов в зависимости от мощности доминирующего хорошо ощутимо.

Другой способ избавиться от проникновения речевого сигнала в левый и правый каналы показан на рис. 6.23. Если взять сигнал правого канала, инвертировать его полярность и сложить с выходным сигналом левого канала - компоненты сигнала С в левом и правом каналах окажутся противофазными и взаимно компенсируются, таким образом, в канал L компоненты сигнала С не попадут.

Принцип взаимной компенсации - основной принцип активного декодирования и он в том или ином виде используется во всех реальных активных декодерах.

После исключения сигнала центрального канала мощность звука в левом канале не уменьшается, часть сигнала левого канала заменяется инвертированным сигналом правого канала. Кроме того, в центральном канале по-прежнему прослушивается суммарный сигнал L + R. В результате доминирующий звуковой образ (речь в канале С) фокусируется в направлении акустической системы С, а образы, соответствующие направлениям R и L, наоборот, размазываются в пространстве. Декодером используется один из принципов психоакустики, принцип маскирования: воздействие доминирующего звукового образа временно снижает способность слушателя определять направления на другие звуковые образы. Так как мощность звуков, соответствующих этим образам, остается неизменной, качания (модуляции) этих звуков не наблюдается. В этом заключается другой принцип психоакустики - принцип постоянства мощности. Выпоп-

няя принцип постоянства мощности в сочетании с активной взаимной компенсацией только в те моменты, когда требуется передача точного направления на звуковой образ, можно эффективно скрыть факт перераспределения мощности не доминирующих звуков.

В рассмотренном примере мы предполагали, что громкость речи выше громкости музыки, поэтому сигнал речи используется как управляющий, сигнал музыки - как управляемый. В реальности разница уровней подобных сигналов может быть менее значительной. Если два разных звука близки по уровню, один из них становится маскирующим для компонентов другого, попавших не в свои каналы, и наоборот, и требования к степени развязки снижаются. В таком случае требуется меньшая степень активной компенсации и, соответственно, меньшая степень перераспределения не доминирующих сигналов по направлению.

Иногда желательно вообще исключить регулировку усиления, сделав декодер пассивным . Например, звуки дождя или ветра воспринимаются слушателем на подсознательном уровне. Они не связываются с конкретным источником и могут воспроизводиться всеми громкоговорителями одновременно. В этом случае не требуется пространственной фокусировки звука, следовательно, и активного декодирования.

Крайнее проявление доминирования: все присутствующие в звуковой панораме звуки в данный момент связаны с одним направлением. Если сигнал обрабатывается пассивным декодером, из-за перетекания части мощности сигнала в соседние каналы возникает ошибка направления. Так как звуковой образ один, то в сигнале нет других звуков, способных маскировать эту ошибку. Таким образом, если доминирующий звуковой образ - единственный звуковой образ, перераспределение мощности по направлению становится особенно заметным. Но именно при этом условии легче всего компенсировать проникновение сигнала в другие каналы, используя технику компенсации. Так как сигналов с других направлений нет, нет и эффекта модуляции их мощности.

Другой крайний случай: два или более звуковых образа присутствуют одновременно на разных направлениях и имеют примерно одинаковую мощность. В этом случае способность слушателя к определению направления на образы притупляется, поэтому технику компенсации можно не использовать или использовать не в полной мере.

Чтобы обеспечить эффективное декодирование для обоих случаев, декодер Pro Logic автоматически выбирает один из режимов декодирования, быстрый или медленный . Быстрый режим используется, если доминирующий звуковой образ намного мощнее других образов. Если такие образы возникают на разных направлениях последовательно во времени, декодер должен последовательно

C/S доминанта

Относительное значение вектора доминантного звука

Угол, задающий направление вектора доминантного звука

L/R доминанта

Рис. 6.24. К пояснению принципа декодирования - усиления по доминантному направлению

воспроизвести их на соответствующих направлениях. В любой момент времени декодер регулирует усиление выходов, исходя из наличия одного источника доминирующего звука, но в течение некоторого времени все источники последовательно воспринимаются раздельно. Для этого необходимо, чтобы время реакции управляющей цепи декодера на изменение входных сигналов было минимальным. Второй режим, медленный , включается декодером, если мощности разных образов отличаются незначительно. В медленном режиме декодер отслеживает изменения входных сигналов с большей задержкой. В таких условиях маскирование проявляется слабо, поэтому, если декодер продолжит работу в быстром режиме, модуляция мощности не доминирующих образов станет заметной.

По определению, в каждый момент времени может существовать только один доминирующий образ, и ему соответствует единственное направление. Декодеру необходимо в любой момент времени иметь информацию о точном направлении на доминирующий образ независимо от того, как бьютро меняется пространственная звуковая картинка. Анализируя две пары электрических сигналов, соответствующих ортогональным осям декодера (левый-правый каналы, центральный канал - Surround), можно однозначно идентифицировать любое направление в пространстве.

На рис. 6.24 изображена система координат. Оси левый-правый канал соответствует ось X, оси центр-Surround - ось Y. Если на осях отложить значения отношений амплитуд одного и того же сигнала в соответствующих каналах, по двум проекциям можно построить вектор, полностью определяющий доминирующий звуковой образ в данный момент.

Угол вектора относительно оси X определяет направление на источник звука, длина вектора - мощность звука.

Декодер Dolby Surround Pro Logic II Pro Logic 11 - активный декодер Dolby Surround следующего поколения. Он также использует

Рис, 6,25. Функциональная схема декодера Dolby Surround Pro Logic I

пространственную фокусировку, но реализован принципиапьно другими методами. Новый декодер получился намного npouje и при этом эффективнее.

Вспомним: задача декодера - предотвратить проникновение сигналов L и R в канал S независимо от того, где находится источник сигнала - точно между микрофонами L и R, смеиен от центра в ту или иную сторону или вообще находится непосредственно рядом с микрофоном одного из каналов. Например, еспи герои ведут диалог между микрофонами каналов R и С (справа от центра), то уровень сигнала в каналах С и R будет одинаковым. В этом случае часть сигнала неизбежно проникнет на выход S пассивного декодера, так как уровень в канале L ниже, чем в канале R, и при вычитании одного сигнапа из другого результат не будет нулевым.

Чтобы попностью компенсировать сигналы L и R на входах декодера Surround, необходимо перед подачей на сумматор выровнять их уровни. Для этого между входами Lt и Rt и входами сумматора устанавливаются два регулируемых усилителя (РУ). Усиление РУ двух каналов изменяется одним и тем же управляющим сигналом, но в разной полярности. Если увеличивается усиление одного РУ, усиление второго уменьшается. Если такую регулировку осуществлять достаточно точно и достаточно синхронно с изменениями самого сигнала, можно попностью подавить разностный сигнал каналов Lt и Rt в канале S.

Чтобы автоматически отследить изменения входных сигналов, используется специальная цепь отрицательной обратной связи. Выходные сигналы обоих РУ поступают на амплитудные детекторы, которые выделяют огибающую звуковых сигналов. Сигналы постоянного тока, пропорциональные амппитудам сигнапов L и R, сравниваются дифференциальным усилителем. Сигнал с выхода усилителя, пропорцио-

нальный разности амплитуд, используется для управления РУ. На рис. 6.25 показана только одна ось декодера (ось левый-правый ). Вторая пара РУ с такой же управпяющей цепью выравнивает уровни сигналов суммы L + R (фронтальный) и разности L-R (тыловой) для подавления сигналов С и S в каналах R и L (ось центр-Surround ). Сигнап цен-трапьного канала С получается сложением (вместо вычитания) двух сигналов Lt и Rt, выровненных по уровню усилителями РУ, Благодаря испопьзованию управляющих цепей с обратными связями, декодер Pro Logic II приобрел следующие преимущества;

Простыми и дешевыми аппаратными средствами достигается более эффективная компенсация противофазных сигнапов в выходной матрице и, как результат, вьюокая степень развязки между каналами разных осей.

В декодере Pro Logic обе оси контролируются единой перекпю-чающей цепью быстро/медленно . Если хотя бы по одной оси существует значительное доминирование, переключающая цепь переводит обе оси в бьютрый режим, принудительно изменяя постоянную времени управпяющих цепей РУ. Топько при условии, что в обеих осях амплитуды сигналов примерно одинаковы, обе они переходят в медпенный режим. В декодере Pro Logic II две оси функционируют независимо друг от друга, поэтому их управпяющие цепи сами решают , насколько быстро необходимо изменять усиление РУ, анализируя только собственные сигналы. Кроме того, постоянная времени управпяющей цепи в декодерах Pro Logic II изменяется непрерывно, тогда как в Pro Logic предусмотрено только два фиксированных значения.

Декодер Pro Logic II может быть испопьзован как универсальный декодер не только для фильмов, но и для других звуковых записей в Dolby Surround. Он идеально подходит для простой и недорогой бытовой аппаратуры. Именно поэтому в декодер Pro Logic II, кроме штатного режима Movie, бып добавлен пользовательский режимы работы - MuSic. В табл. 6.2 даны сравнительные характеристики декодера Pro Logic II и Pro Logic.

Таблица 6.2. Сравнительные характеристики режимов работы декодеров