Який обсяг у звуку

23.03.2009 17:35 Володимир Закаменний

У минулій статті ми докладно пояснили, що ж означають позначення різних підтримуваних пристроєм відтворення (програвачем) форматів файлів і носіїв. Зараз ми продовжимо наш імпровізований лікнеп і розповімо коротко про форматах багатоканального звуку.

форматиDolby

Dolby Stereo - матричний формат запису звуку. При записи в форматі Dolby Stereo звук, призначений для кожного з чотирьох каналів, кодується і записується на два канали, а при відтворенні декодується знову в чотири канали: лівий, центральний, правий і задній (зазвичай направляється на дві колонки об'ємного звучання одночасно).

Dolby 3 Stereo - система для домашнього кінотеатру, що передає інформацію каналів об'ємного звучання через лівий і правий фронтальні гучномовці, а звук центрального каналу - через третій гучномовець.

Dolby Headphone - стандарт, призначений для перекодування сигналу формату 5.1 в двоканальний сигнал для навушників. Дозволяє донести до слухача об'ємні звукові ефекти, зазвичай використовується при перегляді відеофільмів в навушниках.

Dolby Surround (DSS) - система, що дозволяє з закодованого двоканального сигналу виділяти три звукових канали: лівий, правий і тиловий. При відсутності декодера відтворюється звичайний двоканальний стереозвук.

Dolby Pro-Logic (DPL) - система, що дозволяє з закодованого двоканального сигналу виділяти чотири звукові канали: лівий, центральний, правий і тиловий. Система використовує додатковий гучномовець центрального каналу, що «прив'язує» діалоги до екрану, а ефект об'ємного звучання відтворюється через тилові канали.

Dolby Pro Logic II - нова вдосконалена версія формату Dolby Pro Logic. Основна відмінність DPL II від DPL укладено в тому, що організовується стереофонічний тиловий канал, з розширеним діапазонами частот, наявність якого дозволяє створити в залі для глядачів більш реалістичну і стабільну звукову сцену. Є незалежний канал низькочастотних ефектів. Загалом, декодер дозволяє з звукової доріжки 2.0 (стереозвук) створити об'ємний звук формату 5.1. DPL II має два режими: «Movi» (для саундтреків кінофільмів) і «Music» (для музичних записів, записаних, наприклад, на CD). Користувач отримує можливість перегляду і прослуховування старих записів своєї колекції з оновленим звучанням, відповідним новим стандартам. Звичайно, отриманого багатоканальним звуку буде далеко до повноцінного звучання Dolby Digital або DTS, але в будь-якому випадку глядач замість плоского двоканального звуку отримує об'ємний шестиканальний.

Dolby Pro Logic IIx - подальший розвиток стандарту Dolby Pro Logic II. Декодер Dolby Pro Logic IIx дозволяє отримати об'ємний звук стандарту 6.1 або 7.1, використовуючи в якості джерела сигнал у форматі 5.1 або простий стереосигнал.

Dolby Pro Logic IIz - новітній стандарт, який використовує фронтальні канали для створення тривимірних ефектів, таким чином додаючи до звуковому полю ще один вимір в 7.1 і 9.1-конфігураціях. Dolby Pro Logic IIz назад сумісна з Dolby Pro Logic IIx.

Формати Dolby Digital (AC-3)

Dolbi Digital (AC-3)- найпопулярніший на сьогоднішній день формат багатоканального звуку, прийнятий в якості звукового стандарту для відеодисків формату DVD. Цей повністю цифровий формат містить 6 незалежних каналів звуку, з них 5 повнодіапазонних (30 - 20 000 Гц): три фронтальних (лівий, центральний і правий) і два на задній та плюс один низькочастотний (20-120 Гц) канал сабвуфера. Звучання фонограм, записане в форматі Dolbi Digital, характеризується дуже високою якістю звуку - повністю відсутня шум носія (як це явно присутній, наприклад, в аудіо касетах).

Dolby Digital Live - технологія, що дозволяє в режимі реального часу конвертувати звук від комп'ютера або ігрової приставки в формат Dolby Digital 5.1, забезпечуючи якісне звучання і просте (за допомогою одного роз'єму) підключення до AV ресивера для відтворення.

Dolby Digital Surround EX - стандарт багатоканального звуку формату 6.1. Від Dolby Digital відрізняється додаванням додаткового каналу (центр-тил). Сигнал для центрального тилового каналу декодер отримує з лівого і правого тилових каналів. Додатковий канал дозволяє домогтися більш детальної звуковий картини.

Dolby Digital Plus - стандарт, спеціально розроблений для відеофільмів на носіях HD DVD / Blu-Ray і телебачення високої роздільної здатності HDTV. Забезпечує високу якість об'ємного звуку. Dolby Digital Plus підтримує обробку потоку звукової інформації зі швидкістю до 6.144 Мбіт / с. (Для порівняння, для стандарту Dolby Digital ця цифра становить 640 кбіт / с.), Підтримує до 13 незалежних звукових каналів, розрядність 24 біт на канал і частоту дискретизації 96 кГц.

Dolby TrueHD - стандарт, призначений для декодування цифрового звукової доріжки, записаної на диску, в багатоканальний аналоговий сигнал. Стандарт Dolby TrueHD був спеціально розроблений для відеофільмів на носіях HD DVD / Blu-Ray і телебачення високої роздільної здатності HDTV і забезпечує високу якість об'ємного звуку. Він підтримує до 14 аудіоканалів, розрядність даних 24 біт, частоту дискретизації 96 кГц, смугу пропускання до 18 Мбіт / с., Дозволяє перетворити звук без втрати якості (lossless). Потік даних в стандарті Dolby TrueHD підтримується інтерфейсом HDMI.

формати DTS

DTS- аналоговий Dolby Digital формат багатоканального звучання, що забезпечує кілька більш висока в порівнянні з першим якість звучання. Основна відмінність стандарту DTS від Dolby Digital полягає в тому, що швидкість звукової інформації у DTS в три рази вище, завдяки чому з'являється можливість записати звук з кращою якістю. В результаті стають чутні всі найтонші відтінки звучання, звукові ефекти набувають більшої виразності.

DTS 96/24 - стандарт шестиканального звуку більш високого, ніж DTS, якості. Підтримує формат звуку з частотою дискретизації 96 кГц і розрядністю 24 біт. Сумісний з форматом DTS. Декодер DTS 96/24 необхідний для того, щоб перетворити цифрову звукову доріжку, записану в форматі DTS 96/24, в багатоканальний аналоговий звук.

DTS ES Matrix 6.1 - поліпшена версія цифрового формату DTS для побудови системи домашнього кінотеатру на базі шести акустичних систем. Як і в попередньому випадку використовується матричний спосіб кодування даних для організації центрального тилового каналу.

DTS ES Discrete - єдиний на сьогоднішній день повноцінний 6.1-канальний формат. Інформація для тилового центру міститься в окремо записаному звуковому каналі.

DTS Neo: 6 - музичний багатоканальний формат, який є функціональним аналогом Dolby Pro Logic II. Він здатний розкласти двоканальний сигнал в 6-канальну конфігурацію.

DTS-HD High Resolution Audio - стандарт, призначений для декодування цифрового звукової доріжки, записаної на диску, в багатоканальний аналоговий сигнал. Стандарт DTS-HD був спеціально розроблений для відеофільмів на носіях HD DVD / Blu-Ray і телебачення високої роздільної здатності HDTV і забезпечує високу якість об'ємного звуку. Він підтримує необмежену кількість аудіоканалів, розрядність 24 біт, частоту дискретизації 96 кГц і смугу пропускання 3 або 6 Мбіт / c, перетворює звук без втрати якості (lossless), має можливість виводити багатоканальний звук (сім і більше каналів) в форматах 5.1 і стерео.

DTS-HD Master Audio - стандарт, розроблений спеціально для використання з відеоформатами високого дозволу (HD DVD, Blu-Ray). Головна його перевага - можливість використання звукового формату з кодуванням без втрат (lossless). Звук у форматі DTS-HD Master Audio відповідає якості звуку з DVD-Audio. DTS-HD Master Audio підтримує розрядність 24 біт, частоту дискретизації 192 кГц, смугу пропускання до 24.5 Мбіт / с., Має можливість виводити багатоканальний звук (сім і більше каналів) в форматах 5.1 і стерео.

… і компанія

THX - формат, який визначив нову концепцію просторового звучання, найбільш природну і максимально пристосованої до місцевих умов домашнього відеоперегляду. Використовуючи результати декодування процесора Dolby Pro-Logic, який утворює всього чотири канали, ТНХ додатково розділяє монофонический канал ефектів на два псевдостереофоніческіх - лівий і правий і створює додатковий наднизькочастотних канал (канал сабвуфера - гучномовця спеціально призначеного для відтворення потужних низькочастотних звуків). Одночасно досягається поліпшення відтворення низьких частот (20-80 Гц), корекція звуку фронтальних каналів, що адаптує звуковий супровід до умов прослуховування з близької відстані (у звичайній кімнаті). Також використовується коригуюча схема для збереження спектрального балансу при русі уявного джерела звуку від фронтальних до тиловим гучномовцях.

MPEG Multichannel або MPEG-2 Audio - стандарт, що застосовується для запису звуку на DVD відеодиски. MPEG-2 Audio і AC-3 забезпечують приблизно однакову якість шестиканального звуку. Хоча деякі фахівці відзначають велику гнучкість останнього, внаслідок можливості змінної швидкості запису звукових даних. Також MPEG-2 Audio більш сумісний з простими аудіосистемами, що працюють в режимі стерео.

Спосіб кодування звукового матеріалу на DVD-Audio базується на добре обробленої технології імпульсно-кодової модуляції сигналу ( Linear PCM). Цей новий формат дозволяє відтворювати з високою якістю як двоканальні, так і багатоканальні доріжки. Висока чистота дискретизації і інші технологічні нововведення дозволяють без спотворень реалізувати цифрові сигнали в смузі частот від 0 до 100 кГц (точніше - 96 кГц) при динамічному діапазоні 144 дБ.

В основу записів на SACD (Super Audio CD) покладено принцип формування однобитового цифрового потоку, створеного на основі прямопоточних цифрового кодування DSD (Direct Stream Digital) З частотою дискретизації 2,8 Мгц. Кількість звукових каналів на SACD може бути від 2 до 5.

Meridian Lossless Packing (MLP, Ущільнення без втрат компанії Meridian) - це система кодування без втрат, призначена для високоякісного аудіо. Для DVD-Audio MLP здійснює стиснення без втрат інформації при числі каналів матеріалу, що досягає 6, з розрядністю 24 біта і нормою відбору від 44.1 кГц до 192 кГц.

Circle Surround - система, що є адаптацією систем Dolby спеціально для музики, оскільки має тиловий канал c повним діапазоном частот. Сучасна версія системи, Circle Surround 5.2.5, може також працювати в шестиканальному режимі з роздільними тиловими каналами і каналом субвуфера. Звук, закодований за допомогою системи Circle Surround (в чотирьохканальна режимі), повністю сумісний з декодерами Dolby Pro-Logic. Крім того, декодер Circle Surround може синтезувати об'ємний звук зі звичайного стерео.

SDDS (Sony Dynamic Digital Sound) - цифровий формат, призначений виключно для кіно і в вигляді аудіо продукції поки не зустрічається. Звук SDDS може бути береться стверджувати в чотири, шість (5.1) або вісім (7.1) каналів, в останньому випадку з додатковими лівим центральним і правим центральним каналами. У форматі SDDS використовується звук з частотою дискретизації 44,1 кГц і застосовується стиснення з втратами (приблизно 5: 1).

оспроізведеніе звуку на комп'ютері процес досить складний і багатоетапний. Перш ніж досягти людського вуха, звук проходить кілька етапів. Схематично можна виділити чотири основні етапи: початковий файл, звукова карта, кабелі та сама акустична система. Крім цього на якість звуку неабиякий вплив робить розташування акустичних систем в просторі.

Важливість кожного етапу визначається якістю кінцевого ланки тієї акустичної системи, на якій буде відтворюватися звуковий файл. Наприклад, якщо для відтворення звуку застосовуються пластикові колонки малих і середніх розмірів, то на решту етапів уваги можна не звертати, але якщо використовується хороша акустична система, то для отримання збалансованого рішення не можна не брати до уваги всі інші ланки, оскільки кожне з них має безпосередній вплив на якість звуку.

Перш ніж перейти до детального розгляду кожної ланки в ланцюжку відтворення звуку, розглянемо основні поняття, пов'язані зі звуком, а також те, як людина сприймає звук.

Звук і його характеристики

вук як фізичне явище являє собою хвильовий процес, тобто процес поширення коливань повітряного середовища. Джерелом звуку є будь-який тіло, що коливається, яке призводить до коливальний рух прилеглі до нього частинки пружного середовища (повітря), які, в свою чергу, змушують коливатися сусідні частинки і т.д. Таким чином виникає процес поширення коливань частинок пружного середовища, який і називають звуковою хвилею.

Одна з основних характеристик звуку це його частота, або кількість звукових коливань в секунду. Частота вимірюється в герцах (Гц). Наприклад, частота звуку 1000 Гц означає, що відбувається 1000 коливань пружного середовища в секунду.

Особливість людського вуха така, що воно найкраще сприймає звукові коливання в частотному діапазоні від 1 до 5 кГц. Нижні частоти людина додатково сприймає тілом, визначаючи гучність по чиниться тиску. Вважається, що людина здатна сприймати звук з частотою від 16 Гц.

Верхня межа чутного діапазону досить індивідуальна, але середньостатистичні дані наступні: після тридцяти років верхній діапазон чутності знижується до 18 кГц, а після сорока рідко хто чує частоти більш 16-17 кГц.

Іншою характеристикою звукових хвиль є сила звуку. Сила звуку визначає потік звукової енергії, який проходить кожну секунду через квадратний сантиметр умовної площині, розташованої перпендикулярно напрямку поширення хвилі. Сила звуку описує енергетичні властивості самої хвилі і вимірюється у ВАТ на квадратний метр (Вт / м 2).

Крім сили звуку, часто використовується і інша характеристика звуковий тиск. Звуковий тиск це максимальна зміна тиску в повітрі при поширенні звукових хвиль в порівнянні з тиском, що існує при відсутності хвиль. Одиниця виміру звукового тиску один паскаль (Па).

Людина здатна сприймати тільки ті звукові хвилі, у яких сила звуку не виходить за межі певного діапазону, званого динамічним діапазоном слуху. Нижня межа цього діапазону називається порогом чутності, тобто якщо сила звуку звукової хвилі виявляється нижче цього порога, то вона не сприймається людським вухом. За поріг чутності приймають силу звуку, рівну 10-12 Вт / м 2, або 2x10-5 Па.

Верхня межа динамічного діапазону слуху називається больовим порогом. Якщо сила звуку вище цього рівня, то людина відчуває біль у вухах. Больового порогу відповідає сила звуку, що дорівнює 10 Вт / м 2.

На практиці зміна сили звуку прийнято виражати в белах і децибелах. якщо I 1 і I 2 початкове і кінцеве значення сили звуку, то зміна рівня звуку розраховують за формулою:

.

Мінімальний перепад рівня звуку, який здатне сприйняти людське вухо, як раз дорівнює одному децибел. У цьому одна з головних причин запровадження такої системи вимірювання рівня звуку. А весь динамічний діапазон слуху становить 130 дБ:

.

Хоча децибели використовуються для вимірювання зміни фізичної величини, їх можна також застосовувати і для вимірювання абсолютного значення сили звуку, прийнявши в якості початкового значення сили звуку значення порога чутності, тобто 10-12 Вт / м 2. У цьому випадку значення сили звуку в децибелах показує, на скільки децибел дане значення сили звуку перевищує значення порога чутності.

Таким чином, коли говорять, що рівень звуку в колонках дорівнює 100 децибелам, то мають на увазі, що колонки працюють на рівні, що перевищує поріг чутності на 100 дБ.

Звуковий тиск і сила звуку знаходяться в квадратичної залежності. Це означає що:

.

В акустиці силу звуку прийнято пов'язувати з його гучністю, проте гучність і сила звуку це не одне і те ж. Гучність це суб'єктивне слухове відчуття від звукових хвиль, яке залежить не тільки від сили звуку, але і від його частоти.

При незмінній частоті гучність звуку зростає зі збільшенням сили звуку. Однак наше відчуття гучності багато в чому залежить від частоти звуку. Ми набагато краще чуємо на середніх частотах, тоді як на низьких і високих здатність чути притупляється. Нульовий рівень гучності звуку відповідає силі звуку 10-12 Вт / м 2 при частоті 1 кГц.

На підставі досліджень людського слуху були побудовані графіки, які відомі як криві рівної гучності. На них зображені лінії (вони розташовані через 10 дБ на частоті 1000 Гц), які відповідають однаково сприймають гучності на різних частотах (рис. 1).

Оцифровка і стиснення аудіофайлів

печатленіе, яке створюється від прослуховування будь-акустичної системи, практично повністю залежить від якості вихідного матеріалу. Природно, дане твердження вірне лише для мультімедіасістем середнього класу і вище. Так, на дешевих пластикових колонках важко почути різницю між mp3 192 Кбіт / с і mp3 256 Кбіт / с.

Згадаймо, як відбувається оцифровка звукового сигналу, тобто переклад аналогового сигналу в цифрову форму подання. Цифровий звук представляється у вигляді дискретних значень амплітуди. Оцифровка (перетворення аналогового сигналу в цифровий вигляд) включає дискретизацію сигналу за часом і квантування по амплітуді (рис. 2). Дискретизація це отримання значень амплітуди через певний часовий крок. Наприклад, для аудіо-CD частота дискретизації становить 44,1 кГц, тобто кожну секунду виробляється 44 100 відліків амплітуди сигналу.

Квантування по амплітуді це заміна реальних значень амплітуди сигналу на наближені з певною точністю. Точність квантування сигналу визначається розрядністю використовуваного кодека. Для аудіо-CD розрядність становить 16 біт, що дозволяє задати 216 \u003d 65 536 різних рівнів амплітуди.

Зрозуміло, що чим більша їх кількість сигналу і чим більше розрядність кодека, тим більшою мірою вихідний аналоговий сигнал буде відповідати своєму цифровому поданням.

В математиці доводиться (теорема Котельникова Найквиста), що для однозначного відповідності між аналоговим сигналом і його оцифрованих поданням необхідно, щоб частота дискретизації була в два рази більше максимальної частоти аналогового сигналу. Таким чином, щоб отримати повну інформацію про оригінальний аналоговому сигналі в частотному діапазоні від 0 до 22 050 Гц (в чутному діапазоні частот), необхідно дискретизованного сигнал з частотою не менш 44,1 кГц.

Значення відліків, одержуваних при дискретизації і квантування сигналу, запісиваютcя в файл PCM (Pulse Code Modulation) у вигляді набору послідовних значень амплітуди. Зрозуміло, що чим більша їх кількість і чим більше розрядність кодека, тим більше буде і розмір одержуваного файлу після оцифровки сигналу. Так, при частоті дискретизації 44,1 кГц і розрядності кодека 16 біт в режимі стерео один годину звукового файлу має розмір приблизно 635 Мбайт. Відзначимо, що стандартним типом файлів для зберігання оцифрованої незжатої аудіоінформації на даний момент є формат WAV.

Подання сигналу у вигляді PCM-файлу занадто марнотратно і вимагає досить багато місця на диску. Тому для економії місця звуковий сигнал стискають. Стиснення може бути двох видів: з втратами якості і без втрат.

Стиснення даних без втрат це спосіб кодування аудіоінформації, який дозволяє здійснювати стовідсоткове відновлення даних. До такого способу ущільнення даних вдаються в тих випадках, коли необхідно саме стовідсоткове збереження оригінального якості звучання звукової інформації. Наприклад, після зведення звуку в студії звукозапису дані необхідно зберегти в архіві в оригінальній якості для їх можливого подальшого використання. Існуючі сьогодні алгоритми стиснення без втрат (наприклад, алгоритм, реалізований в кодеках Monkeys Audio, Flac, WavPack, TTA, OptimFrog та інших) дозволяють скоротити займаний даними обсяг на 20-50% при забезпеченні стовідсоткового відновлення оригінальних даних з отриманих після стиснення.

Стиснення з втратами використовується для досягнення мінімального розміру отримуваного файлу. Це досягається за рахунок видалення з оригіналу слабослишімих деталей і обрізання частотного діапазону.

Після такого перетворення перекодованим сигнал при відтворенні за звучанням схожий на оригінал, проте повної відповідності між оригіналом і його перетвореної копією немає.

Методи стиснення з втратами дозволяють зменшити розмір оригіналу в 7-14 разів. Зрозуміло, що чим вище ступінь стиснення, тим менше відповідність виходить між оригіналом і одержуваних аудіофайлом.

Методів стиснення з втратами існує досить багато. Найбільш відомі з них MPEG-1 Layer 3 (офіційна назва всім відомого mp3), MPEG-2/4 AAC (MPEG-2 та MPEG-4 Advanced Audio Coding), Ogg Vorbis (OGG), Windows Media Audio (WMA), MusePaсk (MPC) і ін.

декодування аудіосигналу

екодірованіе аудіосигналу це процес перетворення вихідного стисненого файлу в формат, зрозумілий для звукових карт. Декодування потрібно тільки для стислих форматів, оскільки нестислий потік і так зрозумілий для звукових карт. Різниця при прослуховуванні того чи іншого плеєра помітна лише при прослуховуванні файлу, стиснутого кодеком з втратами, оскільки кожен плеєр має власний алгоритм декодування.

Після декодування сигнал потрапляє на звукову карту, що включає аналогово-цифровий перетворювач (АЦП), цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) і midi-синтезатор. Для прослуховування музики найбільш важливий ЦАП ніж він якісніше, тим вище якість одержуваного звуку. Тому, якщо у вас досить хороша акустика, то інтегровану звукову карту краще поміняти на високоякісну, наприклад на Terratec Aureon Space / Sky, Audiotrack ProDigy 7.1 або навіть на Creative Live 24 bit 7.1. Можна, звичайно, використовувати і більш дорогі звукові карти, однак на мультімедіаакустіке буде складно відчути різницю між ними і тим же ProDigy 7.1.

кабелі

абель бувають двох типів: акустичні і міжблочні. Акустичні кабелі використовуються для підключення акустики до підсилювача, а міжблочні служать для з'єднання різних пристроїв, наприклад звукової карти і підсилювача. Основне призначення межблочного кабелю без втрат передати сигнал до підсилювача. Оскільки по Міжблочні кабелі протікають слабкі струми, найбільше значення має екранування цього кабелю. Якщо кабель має погану екранівку, то він буде схильний до різного роду перешкод.

Акустичний кабель передає вже посилений сигнал до динаміків. У цьому кабелі протікають сильні струми, тому значення має не тільки екранування кабелю, а й його перетин. При протіканні великих струмів в тонкому кабелі виникає втрата слабких струмів і втрата частини високих частот. Крім того, нерідко виникає так званий скін-ефект ефект витіснення струмів на поверхню кабелю, якому найбільш схильні до високочастотні струми. Скін-ефект може бути знижений за рахунок використання кабелю з тонкими жилами, а втрати слабких струмів шляхом застосування кабелю з великою кількістю жил.

Для середнього класу акустичних систем досить використовувати міжблочний кабель з хорошою екрануванням і акустичний кабель OFC (бескислородная мідь) перетином близько 1,0 мм 2 для колонок потужністю 20 Вт (на колонку) і перетином 1,5 мм2 для колонок потужністю до 50 Вт (на колонку ).

акустичні системи

кустіческая система (АС) це пристрій, призначений для перетворення електричних сигналів в акустичні коливання. У переважній більшості АС перетворення електричних сигналів в звукові коливання здійснюється через електродинамічні головки, принцип дії яких заснований на явищі електромагнітної індукції.

Основна частина електродинамічної головки дифузор, який і створює звукові хвилі. У дифузора електродинамічної головки є дві поверхні передня і задня. Відповідно в процесі коливального руху дифузора породжуються дві звукові хвилі, одна з яких виходить від його передній, а друга від його задньої поверхні. Ці хвилі противофазно один одному і в відкритому просторі частково гасять один одного. Щоб усунути цей ефект гасіння, хвилю, що випромінюється задньою поверхнею дифузора, гасять за допомогою приміщення електродинамічної головки в закритий простір (в корпус акустичної колонки).

Говорячи про дифузорі, відзначимо, що для різних частот використовуються різні типи дифузорів. Так, для середніх і низьких частот застосовують кевларові дифузори, а для високих частот шовкові.

Крім дифузора, електродинамічна головка має також підвіс, основне завдання якого повертати дифузор в початковий стан при його коливальному русі. Подивись повинен бути досить жорстким, щоб швидко повертати дифузор в початковий стан, але в той же час досить м'яким, щоб не перешкоджати руху дифузора.

Важливе значення має і розмір колонки, в якій розміщується електродинамічна головка. В принципі, чим більше тим краще. У малому корпусі колонки створюється надлишкова пружність повітря внутрішнього об'єму, яка тисне на дифузор із зворотного боку, викликаючи зниження гнучкості його підвісу. Особливо негативно це позначається на низькочастотних динаміках.

Види акустичних систем

Плані акустичного оформлення акустичні системи можна умовно розділити на наступні види:

• відкритий корпус або акустично розвантажене оформлення (частково або повністю відсутня задня стінка корпусу колонки);
• корпус з лабіринтом для гасіння хвиль, утворених задньою стінкою дифузора;
• закритий корпус або акустично навантажене оформлення;
• корпус з фазоінвертором. Фазоинвертор це труба певної довжини і перетину, вмонтована в корпус. Фазоинвертор дозволяє досягти нормального відтворення низьких частот за рахунок того, що вони багаторазово посилюються в трубі фазоінвертора. Крім того, фазоинвертор забезпечує зниження надлишкового тиску в колонці;
• корпус з пасивним випромінювачем.

Основні характеристики акустичних систем

Основними характеристиками акустичних систем традиційно відносять такі:

Гучність акустичної системи;

Потужність акустичної системи;

чутливість;

Амплітудно-частотна характеристика;

Гармонійні спотворення;

Нелінійні спотворення;

Співвідношення «сигнал / шум»;

Поділ частот.

Гучність акустичної системи вимірюється абсолютно аналогічно гучності звуку. Єдина відмінність в основу виміру закладається чи не сила звуку, а напруга на електродинамічної голівці, тобто:

,

де U 1 деякий опорна напруга, а U 2 максимально допустимий.

Існують різні типи опорних напруг, тому, щоб уникнути плутанини, використовують різні одиниці виміру. Так, якщо застосовується одиниця виміру дБ (dBu), то в якості опорного напруги використовується 0,775 В. Для одиниць вимірювання дБВ (dBV) в якості опорного напруги приймається 1 В. Одиниці виміру дБ і дБВ пов'язані один з одним очевидним співвідношенням:

.

Існує також одиниця виміру дБм, для якої також використовується опорна напруга 0,775 В.

Гучність акустичної системи безпосередньо пов'язана з гучністю створюваного звуку. Тому якщо в паспорті АС зазначено, що значення гучності становить у неї 60 дБ, то в приміщенні при включеній на максимум такій системі розмовляти доведеться на підвищених тонах.

оскільки потужність акустичної системиможна вимірювати різними способами, відповідно існують різні одиниці вимірювання потужності.

Потужність, яка вимірюється в RMS (Root Mean Squared середньоквадратичне значення), вимірюється подачею сигналу на частоті 1 кГц на відстані 1 м від динаміка при досягненні заданих нелінійних спотворень (зазвичай 10%). Так, якщо йдеться про те, що потужність акустичної системи складає 50 Вт RMS, то це означає, що при подачі на неї сигналу потужністю 50 Вт колонка може працювати тривалий час без механічного пошкодження електродинамічної головки (розрив дифузора, пошкодження підвісу, пошкодження котушки і т.д .). Однак при таких сильних викривлення (10%) розчути що-небудь практично неможливо через сильні хрипів.

Ще одним варіантом вимірювання потужності є вимір пікової короткочасного навантаження (Peak Music Power Output, PMPO). Дана потужність визначає пікову короткочасне навантаження, яку акустика може витримати без механічного пошкодження. Відзначимо, що практичного сенсу дана потужність не має.

Чутливість акустичної системи характеризує звуковий тиск, що створюється колонкою на відстані 1 м при подачі сигналу потужністю 1 Вт і частотою 1 кГц. Чутливість вимірюється в децибелах щодо порога чутності (2Ѕ10-5 Па). Наприклад, чутливість 85 дБ / Вт / м означає, що колонка здатна створювати звуковий тиск в 85 дБ на відстані 1 м від динаміка при подачі сигналу потужністю 1 Вт.

Умовно вважається, що чутливість 84-88 дБ / Вт / м є низькою, чутливість 89-92 дБ / Вт / м середньої, а чутливість 93-102 дБ / Вт / м високою.

Чутливість є досить показовою характеристикою колонки, оскільки безпосередньо визначає її гучність. Наприклад, при порівнянні двох АС потужністю 60 Вт RMS перевагу слід віддавати тій, у якій вище чутливість, оскільки гучність звуку, створюваного такий колонкою, буде більше за інших рівних умов.

Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ)

мплітудно-частотна характеристика являє собою графік залежності зміни амплітуди вихідного сигналу від його частоти у всьому діапазоні відтворюваних частот. АЧХ вимірюють шляхом подачі незмінного по амплітуді синусоїдального сигналу, який змінюється по частоті. На графіку амплітуда синусоїдального сигналу, відповідного частоті 1 кГц, приймається за 0 дБ.

В ідеальному випадку АЧХ є пряму лінію у всьому частотному діапазоні (від 20 Гц до 20 кГц). У цьому випадку сигнал відтворюється без спотворення. Однак в реальності таких ідеальних АЧХ не буває.

Іноді замість терміна АЧХ використовують поняття FR (Frequency Response частотний відгук). У цьому випадку замість графіка АЧХ наводяться лише граничні відтворювані частоти і нерівномірність. Наприклад, якщо вказується 120 Гц-18 кГц (± 3 дБ), це означає, що у даній АС в частотному діапазоні від 120 Гц до 18 кГц звучання достовірне і спотворення (зміна амплітуди сигналу щодо амплітуди на частоті 1000 Гц) не перевищує 3 дБ.

нелінійні спотворення вимірюються подачею синусоїдального сигналу частотою 1000 Гц. За допомогою спеціального фільтра в звуковому сигналі встановлюються «зайві» гармоніки і визначається їх потужність. Підсумковий результат виражається у вигляді коефіцієнта гармонійних спотворень (Total Harmonic Distortion, THD), який представляє собою вага додаткових гармонік в спектрі початково синусоїдального сигналу частотою 1 кГц після проходження ним спотворює тракту. Даний коефіцієнт обчислюється як квадратний корінь відносини суми потужностей всіх гармонік, крім основної, до потужності корисного сигналу. Акустика класу Hi-Fi повинна мати THD не більше 1,5% на частоті 1000 Гц.

де S рівень корисного сигналу, N рівень шуму.

Показник SNR для дуже хорошою акустичної системи має значення більше 90 дБ, для системи середнього класу порядку 75-85 дБ, а для неякісної системи менше 60 дБ.

перехресні перешкоди цей показник визначає, скільки середніх і низьких частот передається на високочастотний динамік. Обчислюються перехресні перешкоди як відношення переданого сигналу до заглушених за допомогою частотного фільтра. Наприклад, значення 60 дБ вказує, що частотний фільтр з вихідного сигналу при подачі на високочастотний динамік знижує низькі і середні частоти на 60 дБ.

Dolby Surround Sound (DSS)

Технологія Dolby Surround Sound це технологія кодування звукової доріжки до фільтрів, призначена для домашнього використання (домашні кінотеатри). За допомогою декодера Dolby Surround дана технологія дозволяє з закодованого двоканального сигналу (стереосигнала) виділяти три звукових канали: лівий, правий і тиловий з частотним діапазоном від 100 Гц до 7 кГц. При відсутності декодера звук відтворюється як звичайний двоканальний стереозвук.

Ця технологія була представлена \u200b\u200bкомпанією Dolby Laboratories в 1982 році.

Dolby Surround Pro Logic (DPL)

Технологія Dolby Surround Pro Logic стала наступним кроком у розвитку багатоканального звуку для систем домашнього кінотеатру. Даний стандарт був запропонований компанією Dolby Laboratories в 1987 році. Технологія Dolby Surround Pro Logic дозволяє витягувати з двоканальної стереодоріжках чотири канали навколишнього звуку (лівий, правий, центральний і тиловий). Частотний діапазон становить від 100 Гц до 7 кГц.

Dolby Digital

Стандарт Dolby Digital, представлений в 1992 році, це стандарт для декодування багатоканального звуку, в якому звук представляється шістьма окремими каналами: п'ятьма каналами навколишнього звуку (лівим, правим, центральним і двома фронтальними) і одним низькочастотним каналом (сабвуфером). Подання звуку спочатку було цифровим, а частотний діапазон був розширений з 20 Гц до 20 кГц (на даний момент частотний діапазон становить від 3 Гц до 20 кГц для п'яти каналів і від 3 Гц до 120 кГц для каналу сабвуфера). Даний стандарт є сьогодні одним з найпоширеніших.

Dolby Digital AC3

Стандарт Dolby Digital AC3 це схема компресії звуку, яка була розроблена спеціально для стандарту Dolby Digital. В даній схемі компресії використовується психоакустична модель, що володіє дуже високою ефективністю (коефіцієнт стиснення може бути більше 12: 1, а бітрейт від 64 до 640 Кбіт / с) і дуже гарною якістю звуку.

Dolby Surround AC3

Dolby Surround AC3 спрощений варіант стандарту Dolby Digital, призначений для систем домашніх кінотеатрів. Від стандарту Dolby Digital даний стандарт відрізняється зниженими швидкостями потоку даних.

DTS (Digital Theater System)

Як і Dolby Digital, стандарт DTS є стандарт шестиканального звуку (5.1), тільки з набагато більш високою якістю. Коефіцієнт стиснення складає тут 4: 1, а швидкість потоку даних (швидкість) 882 Кбіт / с (алгоритм apt-X100). Завдяки меншій мірі стиснення і більш досконалого алгоритму, якість звуку, закодованого в DTS, набагато вище, ніж у Dolby Digital, проте останній стандарт більш поширений в зв'язку з широким розповсюдженням DVD. Висока якість DTS також зумовило його використання для створення музичних дисків, правда в дещо зміненому вигляді (з меншими коефіцієнтами стиснення і зміненим алгоритмом кодування). У виробництві DVD з DTS-доріжкою використовується частота дискретизації 48 кГц, що робить цей стандарт самим високоякісним з усіх існуючих сьогодні стандартів для кодування звуку для DVD-дисків.

Dolby Pro Logic II

Стандарт Dolby Pro Logic II, що представляє собою подальший розвиток стандартів Dolby Stereo Pro Logic, дозволяє декодера розкладати звичайний стереозвук на шість каналів (5.1).

Dolby Pro Logic IIx

Стандарт Dolby Pro Logic IIx це наступний крок у розвитку стандарту Dolby Pro Logic II. В даному випадку мається на увазі можливість розкладання стереозвуку на сім (6.1) або на вісім (7.1) каналів. Стандарт Dolby Pro Logic IIx поки що єдиний стандарт, який забезпечує можливість правильного і повноцінного розширення будь-якого стерео або 5.1-звуку до формату 6.1 і 7.1. Можливі три режими декодування:

Фільм (Movie) дублювання центрального каналу або тилових каналів;

Гра (Play) сигнал всього лише додатково направляється на «нові канали»;

Музика (Music).

Ні в одному з режимів не використовується інформація з фронтальних каналів (тільки з центрального і тилових).

Dolby Digital EX

Даний стандарт варіант стандарту Dolby Pro Logic IIx, призначений для домашніх кінотеатрів.

Dolby Digital Surround EX

Стандарт Dolby Digital Surround EX це відносно новий, розширений до формату 6.1 варіант стандарту Dolby Digital Surround. В даному стандарті є ще один задній канал, який дублює існуючий центральний канал, якщо вихідний звук записаний в форматі 5.1. Якщо ж вихідний файл представлений у форматі 6.1, то додатковий канал стає ще одним повноцінним каналом об'ємного звуку.

DTS-ES

Стандарт DTS-ES це повноцінний аналог стандарту Dolby Digital EX, але від компанії DTS. Даний стандарт також дозволяє кодувати звук в форматах 6.1 і 7.1 і розкладати звук формату 5.1, закодований в DTS, відповідно на сім (6.1) або вісім (7.1) каналів.

(AC-3, ATSC A / 52) (Долбі Діджитал) - система просторового звуковідтворення, розроблена фірмою «Dolby Laboratories, Inc.» ( «Dolby Labs»), якою керує Реєм Долбі, піонером аудіо- та відеопромишленності.

Формат стандартизований Advanced Television Systems Committee, йому присвоєно код A / 52, Dolby Digital (DD) є торговою маркою.

Сучасні системи Dolby Digital надають шість каналів об'ємного цифрового звуку. Лівий, центральний і правий фронтальні канали дозволяють точно визначити позицію джерела звуку на екрані. Окремі «розділені» лівий і правий задні бічні канали підсилюють відчуття присутності, створюючи обсяг. А додатковий низькочастотний канал додає напруження дії на екрані.

У кіноіндустрії звукова доріжка Dolby Digital кодується оптично прямо на кінострічку в проміжках між перфораційними отворами. Розміщення цифрової звукової доріжки на тому ж носії, що і фільм, дозволяє їй співіснувати разом з аналоговою доріжкою без залучення додаткових носіїв даних, а також забезпечує абсолютну синхронність зображення і звуку.

Система просторового звучання Dolby Digital підтримує 6 каналів:

• передні лівий і правий
• передній центральний
• тильні лівий і правий
• сабвуфер

Таким чином, в цілому Dolby Digital підходить для відтворення об'ємного звучання формату 5.1.

стиснення даних

Один двогодинний фільм вимагає близько чотирьох гігабайт для однієї тільки звукової доріжки, якщо звукові дані не стислі. Двошаровий DVD має ємність в цілому близько 8 ГБ. Тому стиснення аудіоданих дуже важливо. Разом з тим, при стисненні аудіо постійно виникають втрати. Для стиснення часто застосовується метод AC-3. Як і інші методи стиснення аудіо, AC-3 видаляє звуки, які не сприймаються людським слухом, скорочуючи за рахунок цього кількість інформації, що зберігається.

Бітрейт в AC-3 досягає від 32 до 640 Кбіт / с. В кінотеатрі бітрейт Dolby Digital становить 329 Кбіт / с, на DVD зі звуком 5.1 - 384 або 448 Кбіт / с.

Технології Dolby Digital

Dolby Digital EX

EX - це приставка, що використовується для позначення систем звуку Dolby Digital c 7.1 каналами: двох фронтальних, центрального, низькочастотного, двох тилових об'ємного звучання і двох фронтальних об'ємного звучання.

Dolby Digital Surround-EX

Dolby Digital Surround-EX додає звуковій доріжці третій канал об'ємного звуку. Ідея належить звукорежисерам студії Skywalker Sound. Технологія розроблена спільно з Dolby Laboratories і Lucasfilm THX.

Dolby Digital Live

Dolby Digital Live (DDL) - технологія кодування багатоканального (5.1) аудіосигналу в формат AC3 в реальному часі, запропонована компанією Dolby Technologies. Призначена для передачі багатоканального звуку з ігор та інших додатків на ресивер по інтерфейсу S / PDIF (оптичному або коаксіальному). Її використання дозволяє позбутися від обмежень, через які по цифровим інтерфейсам могли передаватися тільки вже готові (тобто зберігаються закодованими в формат AC3 або DTS) багатоканальні доріжки, зазвичай є звуковим супроводом фільмів), а в іграх можливості цифрового виходу обмежувалися звичайним стереозвуком.

Dolby Digital Plus

Компанії MIPS Technologies і Dolby Laboratories представили нову технологію побудови звуку для пристроїв, що підтримують відтворення відео і аудіо високої чіткості, наприклад HD DVD і Blu-ray програвачі. Аудіо-технологія отримала назву Dolby Digital Plus і зможе використовуватися в мікропроцесорних ядрах MIPS32.

Також Dolby Digital Plus дозволить підвищити якість запису звукового контенту на HD DVD і Blu-ray Disk носії, завдяки підтримці ще більшої кількості каналів, ніж це було можливо з Dolby Digital. Компанії представлять розробникам SoC-рішень (System-on-Chip) різновиди інтегрованого кодека Dolby Digital Plus на основі ядра MIPS.

особливості:

• Багатоканальний звук з незалежними каналами
• Підтримується до 7.1 каналів * і можливість наявності декількох аудіо програм в одному потоці
• Висновок потоку Dolby Digital для сумісності зі старими пристроями
• Максимальна швидкість потоку до 6 Mbps
• Бітрейт від 3 Mbps на HD DVD і до 1.7 Mbps на Blu-ray Disc
• підтримується HDMI
• В одному потоці може містяться матеріал на різних мовах
• Нові можливості при кодуванні для аудіо професіоналів
• Збереження високої якості на більш ефективних для радіомовлення швидкостях передачі даних (200 Kbps для 5.1 каналів)

Dolby Digital Plus підтримує більше 8 аудіо каналів. Стандарти HD DVD і Blu-ray Disc зараз обмежують це число до 8.

Dolby TrueHD

Dolby TrueHD є одним з перших двох форматів нестислого звуку (стисненого без втрат), доступних тільки для оптичних HD-плеєрів. Незважаючи на те, що кодек Dolby TrueHD є опціональним, даний формат широко підтримується плеєрами та дисками Blu-ray.

Dolby TrueHD використовує алгоритм стиснення без втрат Meridian Lossless Packing (MLP). Цифровий потік Dolby TrueHD може вміщати до 14 окремих звукових каналів, але на практиці працює з 6 (5.1) або 8 (7.1) каналами.

Характеристика доріжки Dolby TrueHD для фільмів Blu-ray виглядає наступним чином:

• Аудіокодек - Dolby TrueHD.
• Вентиляційні канали (звукова схема) майже завжди 5.1, дуже рідко зустрічаються 6.1 і 7.1.
• Дані про чіткості звуку часто відсутні, але зазвичай значення наступні: 16 біт при частоті 48 кГц або 24 біт при частоті 48 кГц; для деяких концертних дисків ці значення становлять 24 біт при частоті 96 кГц.
• Значення потоку, як правило, відсутня, але зазвичай становить 4 608 кбіт / с (4,5 Мбіт / с, що відповідає шести каналах при частоті 48 кГц і 16 біт). Найвище значення, яке ми бачили на комерційних концертних дисках Blu-ray, склало 9,0 Мбіт / с, що відповідає шести каналах при частоті 96 кГц і 24 біт. Максимальне значення для Blu-ray складає 18 Мбіт / с.

Звук Dolby Digital вперше з'явився в кінотеатрах в 1992 з прем'єрою фільму «Повернення Бетмена» (Batman Returns), і з тих пір звучить в тисячах фільмів по всьому світу, будучи однією з найсучасніших розробок від Dolby Laboratories.
Компанія Dolby революционизировала в кінці 80-х-початку 90-х років побутові пристрої розваг шляхом впровадження систем "домашнього театру" Dolby Surround, а пізніше і Dolby Pro Logic.
Сучасні системи Dolby Digital вийшли на новий рівень, надаючи шість каналів кришталево чистого об'ємного цифрового звуку.

Третє покоління кодерів Dolby - AC-3
Цей кодер був розроблений так, щоб максимально використовувати переваги людської здатності до звукового маскування, для чого він розбиває спектр аудіо сигналу в кожному каналі на вузькі частотні смужки різного розміру, оптимізовані з розрахунком на частотну вибірковість людського слуху. Це дозволяє дуже точно фільтрувати шум оцифровки так, щоб він виявився дуже близько по частоті до частотним компонентам корисного аудіо сигналу. Шляхом зменшення або навіть повної ліквідації шуму там, де немає маскує аудіо сигналу, якість звуку вихідного сигналу суб'єктивно не змінюється.

З цього ключового аспекту таке кодування як AC-3 є формою дуже виборчого і якісного шумоподавителя.

У побутовій електроніці технологію Dolby Digital можна зустріти в останньому поколінні цифрових абонентських ресіверів DVB-T2, як аудіо формат для телебачення високої чіткості - HDTV, а також в системах кабельного і супутникового телебачення.

Багатьох споживачів цікавить використання DVB-T2 ресиверів, не тільки для прийому ефірного сигналу, але і в якості медіаплеєра для перегляду фільмів, записаних з інтернет сайтів. Це актуально, так як на даний момент все абонентські ресивери DVB-T2 мають USB вхід для підключення «флешок».

Нехай нечасто, але, тим не менш, кодек АС3 використовується в багатьох записаних медіафайлах і споживачі стикаються з тим, що при підключенні «старих» моделей телевізорів звук відсутній. Це пов'язано з тим, що в «старих» моделях телевізорів відсутній декодер звуку АС-3. А в простих абонентських ресіверах DVB-T2 ця функція відсутня, так як це значно здорожує вартість, плюс потрібні ліцензійні платежі від виробника в компанію Dolby Laboratories.

Тому, як правило, даний функціонал реалізується на флагманських моделях ресіверів або із застосуванням в ресіверах чіпів нового покоління.

У лінійці цифрових ресиверів DVB-T2 від компанії LUMAX існують кілька ресіверів з підтримкою стандарту AC3, які можуть як «прокинути» сигнал на декодер для домашнього кінотеатру, так і декодувати «на борту» і передати звук вже в PCM форматі на телевізор.

DV3018 HD Wi-Fi

DV3206HD Wi-Fi

має додатковий вихід SPDIF для підключення «Домашнього Кінотеатру»

Dolby Digital

Кіноплівка з цифровим і аналоговим звуком

Dolby Digital (AC-3, ATSC A / 52) (Долбі Діджитал) - система просторового звуковідтворення, розроблена фірмою «Dolby Laboratories, Inc.» ( «Dolby Labs»), якою керує Реєм Долбі, піонером аудіо- та відеопромишленності.

формат стандартизований Advanced Television Systems Committee, Йому присвоєно код A / 52, Dolby Digital (DD) є торговою маркою.

Сучасні системи Dolby Digital надають шість каналів об'ємного цифрового звуку. Лівий, центральний і правий фронтальні канали дозволяють точно визначити позицію джерела звуку на екрані. Окремі «розділені» лівий і правий задні бічні канали підсилюють відчуття присутності, створюючи обсяг. А додатковий низькочастотний канал додає напруження дії на екрані.

У кіноіндустрії звукова доріжка Dolby Digital кодується оптично прямо на кінострічку в проміжках між перфораційними отворами. Розміщення цифрової звукової доріжки на тому ж носії, що і фільм, дозволяє їй співіснувати разом з аналоговою доріжкою без залучення додаткових носіїв даних, а також забезпечує абсолютну синхронність зображення і звуку. В кінотеатрах системи IMAX звук записується на окремому жорсткому диску і синхронізується з кіноплівкою за допомогою тимчасового коду SMPTE.

Цифровий потік на виході кодера є послідовність аудіофреймов (Pack AC-3 Frame). Інформація, що міститься в ньому інформація умовно може бути розділена на дві частини: основну (Main Information) і додаткову (Side Information).

Аудіофрейм кодера включає шість аудіоблоков. Кожен аудіоблок містить інформацію про 512 відліку для кожного з кодованих сигналів (Audio 1, Audio 2, ..., Audio n). Внаслідок 50% тимчасового перекриття в аудіоблок для кожного з сигналів включаються 256 відліків попереднього блоку і 256 нових відліків. У шести аудіоблоках аудіофрейма загальне число оброблюваних відліків для кожного з вхідних сигналів дорівнюватиме 512 × 6 \u003d 3072. Зауважимо, що якщо число кодованих звукових сигналів дорівнює 5 (формат 3/2), то загальне число відліків, інформація про яких міститься в одному аудіофрейме , складе (512 × 5) × 6 \u003d 15360, проте з урахуванням 50% тимчасового перекриття тут буде лише 15360 ÷ 2 \u003d 7680 нових відліків.

Після сегментації за часом вибірки відліків звуковий сигнал кожного каналу перетвориться в нову сукупність цифрових даних за допомогою модифікованого дискретного косинусного перетворення (МДКП). Сегментація звукових сигналів за часом з 50% -ним перекриттям вибірок і їх перетворення з тимчасової в частотну область виконуються в блоці час-частотного перетворення (Frequency Domain Transform). Перед ортогональним перетворенням вибірки відліків звукових сигналів зважуються віконної функцією. Остання представлена \u200b\u200bв стандарті А / 52 таблицею.

Перетворення вибірки звукового сигналу з тимчасової області може бути виконано за допомогою одного довгого (512-точкового) або двох коротких (256-точкових) перетворень. У першому випадку буде отримано 256, а в другому - відповідно 128 + 128 коефіцієнтів МДКП. При короткій вибірці коефіцієнти МДКП обох сегментів, що містять по 128 значень, об'єднуються в один загальний блок шляхом їх чергування. У цьому загальному блоці будуть також 256 коефіцієнтів МДКП.

Довге перетворення найбільш переважно для сигналів, повільно змінюються по амплітуді з плином часу. Воно має краще дозвіл по частоті. Коротке перетворення забезпечує краще дозвіл за часом і застосовується для сигналів, амплітуди яких швидко змінюються в часі, наприклад в області атаки звуку. Прапор Block Switch Flags (blksw flags) вказує, яке перетворення (довге або коротке) застосовано при розрахунку коефіцієнтів МДКП. Параметр Block Switch Flags включається в вихідний потік цифрових даних як додаткова інформація і використовується декодером при виконанні зворотного ортогонального перетворення.

При малих швидкостях передачі цифрових даних в кодере Dolby AC-3 передбачено використання спеціальної процедури об'єднання канальних сигналів (Coupling), що дозволяє при їх кодуванні обійтися меншим числом бітів.

В системі Dolby AC-3 кожен коефіцієнт МДКП представляється в форматі з плаваючою комою двома значеннями: експонентою (або порядком) і мантиссой: Xd [k] \u003d A [k] × 2 -B [k], де A [k] і B [k] - відповідно мантиса і порядок k-го коефіцієнта перетворення. Порядок дорівнює числу нулів перед першою одиницею двійкового представлення коефіцієнта МДКП. Він є по суті справи його масштабним коефіцієнтом (або нормує множником). Наприклад, якщо коефіцієнт МДКП Xd [k] \u003d 0,158 і його двійкове подання записується як +0,001010000110, то порядок (масштабного коефіцієнта) B [k] \u003d 2, а мантиса дорівнює +0,1010000110 в двійковій або A [k] \u003d 0, 6308 в десяткового системах числення. Знак коефіцієнта МДКП враховується при кодуванні мантиси. Перед кодуванням мантіс нормуються (Normalize Mantissas). Експоненти і мантиси коефіцієнтів МДКП кодуються окремо в блоках Encode Exponent і Quantisse, Encode Mantissas.

У блоці розподілу бітів (Bit Allocation) враховується ефект маскування. В основі процедури виділення бітів лежить модель слуху, що дозволяє оцінити максимально допустимий (порогове) значення рівня шуму, який ще маскується корисним сигналом в смузі кодування, і відповідно до даних цих розрахунків виділити при кодуванні мантисс коефіцієнтів МДКП відповідне число розрядів. Всі зазначені обчислення виконуються в блоці, званому зазвичай психоакустической моделлю. Кожна нормована мантиса квантуется з числом ступенів квантування, відповідним числу бітів, визначеному в модулі Bit Allocation.

Порядок кодування коефіцієнта МДКП в кодере Dolby AC-3 являє собою число, яке змінюється в межах від 0 до 24. Тому кодове слово порядку повинно мати принаймні m \u003d 5 розрядів (2 5 \u003d 32). Максимальний порядок в кодере обмежується значенням 24.

Відомо, що якщо спектр вибірки звукового сигналу аналізується за допомогою банку фільтрів, кожний з яких має досить вузьку смугу частот, то різниця в рівнях енергії сигналу між сусідніми фільтрами рідко перевищує значення 12 dB. Ця обставина врахована при кодуванні порядків. При кодуванні порядків в кодере системи Dolby AC-3 застосований метод диференціальної імпульсно-кодової модуляції, коли кодується не саме порядок, а різниця між значеннями порядків сусідніх коефіцієнтів МДКП.Первое значення порядку для сигналу кожного каналу в найпершій найнижчою по частоті смузі аналізу - це завжди четирёхбітовое кодове слово, що відповідає діапазону зміни чисел від 0 до 15. Порядок в наступній вгору по частоті смузі аналізу визначається як різниця між поточним і попереднім значеннями порядків відповідних коефіцієнтів МДКП. У кодере Dolby AC-3 роздільна здатність диференціальної імпульсно-кодової модуляції (дискретність зміни порядків) при кодуванні обмежена значеннями -2, -1, 0, +1, +2. Максимальна зміна порядків сусідніх коефіцієнтів МДКП становить ± 2, що відповідає ± 12 dB.

Диференціальне значення порядків коефіцієнтів МДКП об'єднуються в групи. Для процедури групування використовуються три можливих стратегії, позначені в стандарті як D15, D25 і D45. У стратегії D15 кожна пара, А в стратегії D45 вже кожна четвірка диференціальних значень систем є одним значенням числа M в потоці цифрових даних.

Диференціальні значення порядків, отримані безпосередньо з вихідних коефіцієнтів МДКП, на практиці не завжди дають максимальну різницю сусідніх коефіцієнтів, що не перевищує діапазон ± 2, що вимагають відповідні таблиці стандарту Dolby AC-3. Тому перед кодуванням необхідна додаткова обробка масиву порядків. З її допомогою зменшуються деякі значення порядків, але при цьому змінюються і відповідні їм значення мантисс так, що в їх двійковому поданні попереду з'являються нулі. Після виконання цієї операції максимальний диференційний порядок вже не буде перевищувати необхідне значення, рівне ± 2.

Вибір стратегії (D15, D25 або D45) кодування порядків коефіцієнтів МДКП - це компроміс між хорошим частотним дозволом, дозволом за часом і числом бітів, необхідних для кодування експонент. Стратегії D15 і D25 можуть бути використані для кодування сигналів, що мають нерівномірний спектр, коли значення зкспоненти змінюється досить швидко від однієї смуги аналізу до іншої. Якщо ж спектр сигналу досить гладкий (плоский), тоді використовуються стратегії кодування D45.

Після вибору стратегії кодування порядків кодер Dolby AC-3 об'єднує кодові слова, відповідні диференціальним значенням експонент, в групи. Для всіх режимів роботи кодера набори чисел M для трьох сусідніх (k, k + 1, k + 2) коефіцієнтів МДКП M [k], M, M групуються і кодуються як одне семібітовое слово за правилом:

Діапазон зміни мантисс коефіцієнтів МДКП лежить в межах від -1 до + 1.Знак коефіцієнта МДКП враховується при кодуванні мантиси. Процес квантування мантисс коефіцієнтів МДКП в стандарті Dolby AC-3 має такі особливості:

• число можливих ступенів квантування відповідає наступному ряду чисел: 0, 3, 5, 7, 11, 15, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 16384, 65536; використовується рівномірний квантування мантисс;

• при числі ступенів квантування, що дорівнює 3, 5, 7, 11 і 15, використовується так зване симетричне квантування, у всіх інших випадках - асиметричне;

• при числі ступенів квантування, що дорівнює 3, 5 і 11, кодові слова мантисс об'єднуються в групи. При трьох щаблях квантування три кодових слова, відповідні трьом значенням мантисс, кодуються одним пятібітовим кодовим словом. При п'яти ступнях квантування три кодових слова мантисс групуються і кодуються одним семібітовим кодовим словом. При 11 ступенях квантування два кодових слова мантисс групуються і кодуються одним семібітовим кодовим словом; в інших випадках процедури групування немає.

При симетричному квантуванні замість квантованих значень мантисс в цифровий потік включені їх індекси, задані відповідної таблицею. Наприклад, якщо число ступенів квантування дорівнює 3, а значення мантиси лежить в межах від -1 до -1/3, то передаватися до декодера буде значення, рівне -2/3, і йому буде відповідати індекс mc \u003d 0. Якщо значення мантиси лежить в інтервалі від -1/3 до +1/3, то декодера передається значення, рівне нулю, і кодується індекс mc \u003d 1. і нарешті, якщо значення мантиси знаходиться в інтервалі від +1/3 до +1, то декодера передається значення , рівне +2/3, і кодується відповідний йому табличний індекс mc \u003d 2. Аналогічним чином у формі таблиць задаються інтервали значень мантисс і відповідні їм індекси для числа ступенів квантування рівних відповідно 5, 7, 11 і 15. Такий спосіб квантування дозволяє зменшити число необхідних бітів. Для всіх інших ступенів квантування (32, 64, ..., 65536) кодуються НЕ індекси, а самі мантиси коефіцієнтів МДКП.

Наступним етапом є кодування і упаковка в цифровий потік табличних індексів квантованих значень мантисс. При симетричному квантуванні для зменшення необхідного для кодування індексів числа бітів використовується додатково процедура групірованія. Наприклад, при числі ступенів квантування, що дорівнює 7, індекс мантиси змінюється в межах від 0 до 6. Для кодування цього ряду чисел потрібно 3 біта. При 11 ступенях квантування табличний індекс мантисс лежить в інтервалі від 0 до 10, а при 15 ступенях квантування він знаходиться вже в інтервалі від 0 до 14. При цьому необхідну для кодування кожного з них число бітів відповідно дорівнює 4 або 5. Групування табличних індексів дозволяє зменшити необхідну для їх кодування число бітів при 3, 5 і 11 ступенях квантування. При 3 і 5 ступенях квантування три табличних індексу мантисс, а при 11 ступенях квантування два табличних індексу мантисс кодуються одним кодовим словом за такими правилами:

Group_code \u003d 9mc [a] + 3mc [b] + mc [c]; Group_code \u003d 25mc [a] + 5mc [b] + mc [c]; Group_code \u003d 11mc [a] + mc [b],

де Group_code, Group_code і Group_code - кодові слова груп табличних індексів мантисс відповідно при 3, 5, 11 ступенях квантування; mc [a], mc [b], mc [c] - табличні індекси мантисс коефіцієнтів МДКП з номерами a, b і c. Отже при трьох ступенях квантування мантисс (n \u003d 3) кодове слово групи, що складається з трьох індексів, буде містити 5 бітів, тому на кодування кожної мантиси в цьому випадку буде витрачено 5 ÷ 3 \u003d 1,67 біта. При n \u003d 5 кодове слово групи мантисс буде представлено вже семібітовим числом, і на кодування кожної мантиси потрібно вже 7 ÷ 3 \u003d 2,33 біта. І нарешті, при n \u003d 11 на кодування кожної мантиси потрібно вже 7 ÷ 2 \u003d 3,5 біта, а при n \u003d 15 - 4 біта і т. Д.

У кодере визначається довжина кодового слова кожної мантиси або відповідного їй табличного індексу, після чого мантиси розпаковуються за спеціальною процедурою.

При роботі в режимі об'єднання звукових сигналів кодер об'єднує високочастотні частини вихідних сигналів в певній смузі частот в один загальний сигнал і генерує додатково так звані координати об'єднання. Останні будуть використані декодером для відновлення енергетичних співвідношень високочастотних частин спектра кожного вихідного сигналу, підданої процедурі об'єднання. Після декодування об'єднані частини в кожному з відновлених сигналів матимуть однаковий спектральний склад і відрізнятися тільки рівнем.

Кодер формує загальний сигнал шляхом простого складання коефіцієнтів МДКП об'єднуються сигналів. При цьому коефіцієнти МДКП з 37-го по 252-й групуються в 18 субполос (так званих смуг об'єднання) по 12 коефіцієнтів у кожній такій субполосе. Нижня і верхня частотні межі смуг об'єднання задаються користувачем. Координати об'єднати розраховуються за кожним об'єднанням субполосного сигналу. Вони являють собою відносини максимальних коефіцієнтів МДКП кожного об'єднаного сигналу і сумарного сигналу в субполосе об'єднання. Далі координати об'діненія перетворюються в формат чисел з плаваючою комою і включаються в вихідний потік даних як додаткова інформація. Сумарний (об'єднаний) сигнал кодується так само, як і сигнал незалежних каналів.

Декодер системи Dolby AC-3

Декодер Dolby AC-3 отримує порядки коефіцієнтів МДКП в кодованому і упакованому вигляді. Щоб їх розпакувати і декодувати, необхідно мати додаткову інформацію про кількість переданих експонент в сигналі кожного каналу і про стратегію їх кодування (D15, D25, D45), що використовувалася в кодере. Процес декодування порядків здійснюється в блоці декодування експонент (Decode Exponent). Після декодування порядків виконується процедура розпакування, деквантованія і денормирование мантисс коефіцієнтів МДКП (Dequantize, Denormalize Mantissas). Для її виконання використовуються параметри психоакустической моделі, параметри, що визначають розподіл бітів в кодере, а також відновлення значення порядків коефіцієнтів МДКП. Операція денормирование мантисс проводиться за допомогою зрушень розрядів кодового слова мантиси вправо. При цьому число зрушень визначається порядком відповідного коефіцієнта МДКП. Якщо в кодере була використана процедура об'єднання сигналів ряду каналів, то, очевидно, декодер повинен виконати зворотну операцію (De-Coupling), використовуючи передані декодера в поле даних додаткової інформації значення координат об'єднання. У блоці зворотного ортогонального МДКП (Inverse Transform) здійснюється зворотне перетворення реконструйованого в декодере сигналу в тимчасову область.

SI	BSI	Audio Block 0	Audio Block 1	Audio Block 2	Audio Block 3	Audio Block 4	Audio Block 5	AUX Data	CRC

Схема 1. Структура даних аудіофрейма системи Dolby AC-3.

Block Switch Flags	Dither Flags	Dynamic Range Control	Coupling Strategy	Coupling coordinates	Exponent strategy	Exponent	Bit Allocation Parametrs	Mantissas

Схема 2. Структура даних аудіоблока системи Dolby AC-3.

Структура аудіо в стандарті Dolby AC-3 показана на схемі 1.Поле даних заголовка (Header) аудіофрейма містить інформацію про синхронізацію SI (Syncronizator Information) і інформацію про конфігурацію потоку даних BSI (Bit Stream Information).

Поле даних SI включає сінхрослово (0000 1011 0111 0111, або OB77h), біти завадостійкого кодування (CRC - код), частоту дискретизації і розмір аудіофрейма. Аудіофрейм системи Dolby AC-3 включає два 16-бітових слова CRC-коду, перше з них слід на початку кожного фрейма після слова синхронізації, а друге - в його кінці. Поле даних BSI містить інформацію про конфігурацію потоку цифрових даних, наприклад, таку, як тип сервісу, режим роботи кодера (тобто число кодованих сигналів або тип звукового формату), абсолютний акустичний рівень сигналу кожного каналу, інформацію про мову, про час та інше.

Структура даних аудіоблока показана на схемі 2.Он включає в себе наступні поля бітів: Block Switch Flags - параметр довжини ортогонального перетворення; Dither Flags - ознака наявності додаткового шуму; Dynamic Range Control - дані управління динамічним діапазоном переданих сигналів; Coupling Strategy - інформація про об'єднання сигналів (сигнали яких каналів об'єднані і починаючи з якої частоти); Coupling Coordinats - координати об'єднання для сигналу кожного каналу; Exponent Strategy - обрана стратегія кодування порядків; Exponents - кодові слова порядків коефіцієнтів МДКП; Bit Allocation Parametrs - параметри психоакустической моделі; Mantissas - кодові слова мантисс коефіцієнтів МДКП.

Технології Dolby Digital

Dolby Digital EX

EX - це приставка, що використовується для позначення систем звуку Dolby Digital c 6.1 каналами: двох фронтальних, центрального, низькочастотного, тилового об'ємного звучання і двох бічних об'ємного звучання.

Dolby Digital Surround-EX

Dolby Digital Surround-EX додає звуковій доріжці третій канал об'ємного звуку. Ідея належить звукорежисерам студії Skywalker Sound. Технологія розроблена спільно з Dolby Laboratories і Lucasfilm THX.

Dolby Digital Live

Dolby Digital Live (DDL) - технологія кодування багатоканального (5.1) аудіосигналу в формат AC3 в реальному часі, запропонована компанією Dolby Technologies. Призначена для передачі багатоканального звуку з ігор та інших додатків на ресивер по інтерфейсу S / PDIF (оптичному або коаксіальному).

Її використання дозволяє позбутися від обмежень, через які по цифровим інтерфейсам могли передаватися тільки вже готові (тобто зберігаються закодованими в формат AC3 або DTS) багатоканальні доріжки, зазвичай є звуковим супроводом фільмів), а в іграх можливості цифрового виходу обмежувалися звичайним стереозвуком. (Для повноцінного 5.1 в іграх в таких випадках потрібно трьохпровідний аналогове підключення, якщо воно, звичайно, можливо.)

Принциповим і непереборним недоліком технології DDL є якась втрата якості звуку від стиснення його в AC3 формат (порівнянна з переходом від CD-Audio до mp3 з високим бітрейтом) що, однак абсолютно некритично для основного передбачуваного її застосування.

В даний час ця технологія зустрічається переважно в материнських платах, оснащених кодеками Realtek ALC882D, ALC888DD і ALC888H, а також з деякими кодеками C-Media. Такі плати можна знайти по фразам "AC3 Encode" або власне "Dolby Digital Live" в описах товару.

Також ця технологія починає впроваджуватися в ноутбуки, де в умовах дефіциту місця для "зайвих" аналогових роз'ємів обіцяє найбільші переваги - один роз'єм дозволить отримати повноцінний 5.1 звук у всіх додатках за умови підключення ноутбука до ресивера або набору активних колонок з вбудованим декодером.

З окремих звукових карт з підтримкою цієї технології варто відзначити Terratec Aureon 7.1, а в популярних звукових картах сімейства Creative X-Fi підтримка DDL відсутня, але (за неофіційною інформацією) в майбутньому не виключено її введення заднім числом при виході нової версії драйверів.

На 2010 рік з сімейства Creative X-Fi можна виділити наступні моделі з підтримкою цієї технології: CREATIVE X-Fi Titanium 7.1, CREATIVE X-Fi Titanium Fatal1ty Pro 7.1, CREATIVE X-Fi Titanium Fatal1ty Champion 7.1

Dolby Digital Plus

Компанії MIPS Technologies і Dolby Laboratories представили нову технологію побудови звуку для пристроїв, що підтримують відтворення відео і аудіо високої чіткості, наприклад HD DVD і Blu-ray програвачі. Аудіо-технологія отримала назву Dolby Digital Plus і зможе використовуватися в мікропроцесорних ядрах MIPS32.

Також Dolby Digital Plus дозволить підвищити якість запису звукового контенту на HD DVD і Blu-ray Disk носії, завдяки підтримці ще більшої кількості каналів, ніж це було можливо з Dolby Digital. Компанії представлять розробникам SoC-рішень (System-on-Chip) різновиди інтегрованого кодека Dolby Digital Plus на основі ядра MIPS.

особливості:

• Багатоканальний звук з незалежними каналами
• Підтримується до 7.1 каналів * і можливість наявності декількох аудіо програм в одному потоці
• Висновок потоку Dolby Digital для сумісності зі старими пристроями
• Максимальна швидкість потоку до 6 Mbps
• Бітрейт від 3 Mbps на HD DVD і до 1.7 Mbps на Blu-ray Disc
• підтримується HDMI
• В одному потоці може містяться матеріал на різних мовах
• Нові можливості при кодуванні для аудіо професіоналів
• Збереження високої якості на більш ефективних для радіомовлення швидкостях передачі даних (200 Kbps для 5.1 каналів)

"Dolby Digital Plus підтримує більше 8 аудіо каналів. Стандарти HD DVD і Blu-ray Disc зараз обмежують це число до 8.

Dolby TrueHD

Dolby TrueHD є одним з перших двох форматів нестислого звуку (стисненого без втрат), доступних тільки для оптичних HD-плеєрів. Незважаючи на те, що кодек Dolby TrueHD є опціональним, даний формат широко підтримується плеєрами та дисками Blu-ray (набагато більше, ніж DD +, який часто відсутня на дисках Blu-ray). Dolby TrueHD використовує алгоритм стиснення без втрат Meridian Lossless Packing (MLP). Цифровий потік Dolby TrueHD може вміщати до 14 окремих звукових каналів, але на практиці працює з 6 (5.1) або 8 (7.1) каналами. Стандарт Dolby TrueHD підтримує розрядність до 24 біт і частоту дискретизації до 192 кГц (для максимального нестислого потоку 63 Мбіт / с), але для Blu-ray на поточний момент є максимум 8 каналів з 24 біт і 96 кГц (або, як альтернатива, 6 каналів з 24 біт і 192 кГц) для максимального стисненого потоку 18 Мбіт / с. Пошук доступних фільмів у форматі Dolby TrueHD на дисках Blu-ray показав, що на сьогоднішній день можна отримати тільки половину: 6 каналів з частотою дискретизації 96 кГц і глибиною 24 біт (що відповідає незжатими потоку 13,5 Мбіт / с і стиснутому 9 Мбіт / с, наприклад, на дисках з концертами групи Dave Matthews and Tim Reynolds, які отримали відмінні бали за якість на сайті Cinema Squid).

Характеристика доріжки Dolby TrueHD для фільмів Blu-ray виглядає наступним чином:

• Аудіокодек - Dolby TrueHD.
• Вентиляційні канали (звукова схема) майже завжди 5.1, дуже рідко зустрічаються 6.1 і 7.1.
• Дані про чіткості звуку часто відсутні, але зазвичай значення наступні: 16 біт при частоті 48 кГц або 24 біт при частоті 48 кГц; для деяких концертних дисків ці значення становлять 24 біт при частоті 96 кГц.
• Значення потоку, як правило, відсутня, але зазвичай становить 4 608 кбіт / с (4,5 Мбіт / с, що відповідає шести каналах при частоті 48 кГц і 16 біт). Найвище значення, яке ми бачили на комерційних концертних дисках Blu-ray, склало 9,0 Мбіт / с, що відповідає шести каналах при частоті 96 кГц і 24 біт. Максимальне значення для Blu-ray складає 18 Мбіт / с.

Технології Dolby на оптичних носіях

	HD DVD			Blu-ray Disc			DVD-Video			DVD-Audio			Лазердіск
кодек	апаратна підтримка	Число каналів (макс.)	Макс. швидкість течії	апаратна підтримка	Число каналів (макс.)	Макс. швидкість течії	апаратна підтримка	Число каналів (макс.)	Макс. швидкість течії	апаратна підтримка	Число каналів (макс.)	Макс. швидкість течії	апаратна підтримка	Число каналів (макс.)	Макс. швидкість течії
Dolby Digital	обов'язково	5.1	504 кбіт / с	обов'язково	5.1	640 кбіт / с	обов'язково	5.1	448 кбіт / с	Додатково в відеочасті для сумісності зі звичайними DVD-плеєрами	5.1	448 кбіт / с	додатково	5.1	384 kbit / s
Dolby Digital Plus		7.1	3 Мбіт / с	додатково	7.1	1.7 Мбіт / с	Не використовується
Dolby TrueHD		8	18 Мбіт / с		8	18 Мбіт / с

• Звук Dolby Digital вперше з'явився в кінотеатрах в 1992 році у фільмі «Бетмен повертається».
• Поштовхом для розробки Dolby Digital Surround-EX послужила необхідність звуковий картини прольоту космічного корабля над залом для глядачів у фільмі «Зоряні війни. Епізод I. Прихована загроза ».

Див. також

• Dolby Atmos
• Immsound
• цифровий звук

література

1. Digital Audio compression Standart (AC-3) /Doc.A/52, 1995-12-20
2. І. А. Алдошина, Е. І. Вологодін, А. П. Єфімов та ін. Електроакустика та звукове мовлення: навчальний посібник для вузів / За редакцією Ю. А Ковалгін. - М.: Гаряча лінія-Телеком, Радио и связь, 2007.- 872 с.: Ил.

посилання

Стиснення аудіо (формати порівняння)
кодеки
Мова / голос
Без втрат
стандарти і формати

медіаконтейнера
Відео / аудіо
Аудіо
Графічні формати (стиснення)
растрові
векторні
комплексні

мовні формати відео
телебачення
аналогове	525 ліній NTSC · NTSC-J · PAL-M 625 ліній PAL · PAL-N / NC · PALplus · SECAM Аудіо BTSC (MTS) · NICAM-728 · Zweiton (A2 / IGR) · EIAJ приховані сигнали Captioning · Teletext · CGMS-A · GCR · PDC · VBI · VEIL · VITC · WSS · XDS Defunct systems Pre-1940 · Baird-Nipkow · 405 lines · 441 lines · 819 lines · MAC · MUSE
цифрове	чересстрочная розгортка SDTV (