Dolby / DTS: понимание различных аудиоформатов домашнего кинотеатра и многоканальной обработки

Объемный звук, 3D-объект, Dolby Atmos, DTS: X, Dolby Digital, Dolby Prologic и другие DTS-HD Master Audio. Сложно ориентироваться в
многоканальных джунглях домашнего кинотеатра . К счастью, мы там, и из-за отсутствия возможности быть исчерпывающими, мы, конечно, не претендуем на это, мы предлагаем вам обойти вопрос и, мы надеемся, прояснить предмет.

Краткая история многоканальности

Сохраняя монофонический подход в течение очень долгого времени, звук Cinema был отмечен несколькими нововведениями, которые не имели продолжения, такими как очень амбициозный Disney Fantasound (протестированный для Fantasia), а также некоторые стереофонические заикания, прежде чем по-настоящему стать более демократичным с 1950-х годов. затем даже позже для бытовых видеосистем.

Дела ускорились с конца 70-х с появлением Dolby Stereo, а затем в начале 90-х с появлением первых по-настоящему многоканальных форматов: Sony SDDS (только формат кино), Dolby Digital и DTS, все три для хранения 6 отдельных каналов.

Слева: первый фильм в формате Dolby Digital. Справа: первый фильм DTS.

С тех пор многоканальность пришла в упадок в мире гостиной через Dolby Digital, с лазерными дисками, но прежде всего с демократизацией DVD в конце 90-х.

Нам придется подождать еще двадцать лет и заимствования технологии из видеоигр, звукового объекта, чтобы многоканальность открылась в третьем измерении и интегрировала понятие звукового объекта в форматы. Dolby Atmos, DTS: X, а также несколько небольших превью и производных технологий.

Многоканальный

Моно и стерео

Мы говорим о них на словах, но концепция многоканальности обычно применяется в рендере 2.0.

Моно - это запись, сделанная на одной дорожке, обычно с одного источника. Может появиться мало пространственной информации, поскольку нет другой звуковой справочной информации.

Независимо от количества динамиков концепция моно, стерео и многоканальности подразумевает количество задействованных каналов.

Стерео - это уже большой шаг вперед, потому что он вводит концепцию левого и правого каналов, представление, уже позволяющее создать согласованное звуковое пространство, даже достаточное, если используется аудиогарнитура.

Матрица / демозаика

Но здесь мы рассмотрим технологию, используемую, например, в очень старом Disney Fantasound или в Dolby Stereo: матричные каналы, а не дискретные каналы. Дискретные (отдельные) каналы - это каналы, записанные отдельно от других. Dolby Digital записывает 6 каналов для рендеринга 5.1.

Очень сложная система Fantasound, созданная для фильма «Фантазия», была первой серьезной попыткой создания многоканального звука. источник @dubspot

И наоборот, Dolby Stereo записывает 4 трека, которые он объединяет в 2 канала в миксе, так что это стереосигнал. Но микширование выполняется таким образом, что после обработки / демастерирования декодером Dolby Surround (путем воспроизведения фазы и общих точек между двумя левым и правым каналами) его можно выводить в когерентном формате 4.0. Для этого процесса демозаики требуется сигнал, записанный с матричными каналами (Dolby Surround), микшированный для получения информации о канале объемного звучания, но он также может работать с любым типом стереосигнала или выше в результате обработки Dolby Pro. Логика II.

Окружать

Концепция объемного звука напрямую связана с концепцией стерео, но значительно расширяет возможности горизонтального звука за счет увеличения числа каналов. Чтобы быть квадратным, термин «объемный» может применяться к 3D-форматам, поскольку концепция объемного звука (объемного) остается в силе. В повседневном языке эти два термина обычно разделяются.

С появлением 5.1 в домах увеличение количества динамиков и затрат … особенно начиная с акустических систем Focal hi-fi.

Хотя расположение каналов объемного звучания обозначено как X.1 или X.2, где X - количество каналов объемного звучания, расположение динамиков в комнате не является чем-то стандартизированным ни для разных
форматов, ни для тот же формат. Это тем более верно, что разработчики многоканальных форматов не согласны между собой, например, в отношении типа используемых динамиков. Некоторые предпочитают обычные динамики, распространяющиеся в одном направлении, другие диполярные / биполярные динамики (динамик с двумя динамиками, распространяющиеся в 2 направлениях).

В 5.1 (Dolby Digital и DTS) компоновка обычно следующая: 1 центральный канал, 2 передних динамика (размещенных как стереодинамики), два динамика слева и справа от слушателя, сабвуфер. В 7.1 два дополнительных динамика размещены позади слушателя.

Практически нет ограничений в салоне, как этот очень заниженный комплект 11.2 от Klipsch.

В Home Cinema есть даже подходы 9.1, 11.1, даже 9.2 и 11.2 (доп. Бокс) и больше. В любом случае, мы больше не говорим здесь о форматах, использующих только дискретные каналы, а об обработке звука (Dolby Prologic IIz и DTS Neo: X), позволяющей добавить последние 2 или 4 канала путем демозаики, путем анализа дискретных каналов. существующий.

3D / Звуковые объекты

Концепция трехмерного звука в домашнем кинотеатре двояка. Во-первых, мы видим вертикальность звука, характеризующуюся потолочными динамиками, направленными вниз, динамиками, направленными в сторону потолка (отражение), или даже размещенными на более высокой плоскости, чем обычные динамики объемного звучания. Обозначение затем делается в X.1.Y или X.2.Y, где X -
количество каналов объемного звучания, Y - количество каналов вертикальности, стандарт обычно находится между 5.1.2 и 7.2.4.

Дополнительная степень достигается за счет использования нескольких звуковых плоскостей, позволяющих пересекать звуковые зоны. Среди различных систем Auro-3D предлагает дополнить объемные измерения через другую плоскость и последний динамик на третьей плоскости.

Во-вторых, звуковые объекты, позволяющие представлять во время микширования элементы, расположенные в трехмерном звуковом пространстве, через метаданные,
содержащие координаты (среди прочего). Dolby Atmos, а также DTS: X, чтобы назвать самые известные форматы 3D-звука, оба работают над этим сосуществованием:

С одной стороны, классическое многоканальное кодирование, когда каждая дорожка связана с каналом, для рендеринга 5.1.2 или 7.1.2 большую часть времени. Эти треки на хорошем английском называются «грядками» и могут быть переведены как «спящие треки», треки окружения, все, что не может быть определено как звуковой объект (дождь, ветер, фоновый шум, неразмещенный шум, музыка и т. д.).

С другой стороны, звуковые объекты, закодированные на монодорожках, привязанные не к конкретному каналу, а к координатам. Затем декодер отвечает за интерпретацию и рендеринг положения объекта в реальном времени, используя одновременно несколько каналов.

В таких системах, как Dolby Atmos, микширование звука также принимает во внимание концепцию объекта, что может почти создать аналогию с «визуальным» 3D.

Обратите внимание, что (что характерно для большинства конфигураций жилых комнат) концепция звукового объекта может существовать в конфигурации 7.1 или 9.1. Форматы DTS: X и Auro-3D не определяют высотные громкоговорители как принципиально разные.

Маркетинг при этом, Dolby Atmos / DTS: X Cinema и Consumer Dolby Atmos / DTS: X называются одинаково. На практике требования и возможности явно разные. Меньшая сеть громкоговорителей конфигурации домашнего кинотеатра и ее меньшая вычислительная мощность означают, что две системы имеют общую только гибридную модель многоканального / звукового объекта. Для многих концепция звукового объекта в такой конфигурации на самом деле не имеет смысла, и было бы так же легко предложить простой многоканальный подход, не начиная с концепции виртуальных каналов, по которым звуковые объекты звучат, или добавить динамики к потолку, чтобы попытаться имитировать кинотеатр.

Декодирование и битовый поток

Существует два способа декодирования многоканального сигнала в домашнем кинотеатре. Во-первых, используйте внутренний декодер продукта, считывающего носитель: проигрыватель Blu-Ray, телевизор или даже ТВ-бокс (например, Apple TV или Shield TV). Во-вторых, и это остается оптимальным, оставьте это выделенному многоканальному аудио / видео усилителю или даже звуковой панели (в этой конфигурации).

Это второе решение требует передачи сырого аудиосигнала, а не декодированного. Для этого необходимо, чтобы целевой сокет (сторона считывателя / коробки / телевизора) мог разрешить это, что называется режимом сквозной передачи / битового потока, но также чтобы его поток был достаточным. Для не слишком тяжелых форматов, не превышающих 5.1, таких как Dolby Digital и DTS, можно передать этот поток на SPDIF (оптические и коаксиальные разъемы).

Оптические и коаксиальные разъемы SPDIF (внизу справа) остаются классикой для вывода аудиопотока, будь то в битовом потоке или в PCM (декодированный сигнал). Но однажды в тяжелых многоканальных форматах стандарт больше не может следовать в Bitstream.

Кроме того, он неизбежно будет проходить через соединение HDMI, которое менее ограничено. Для этого вам понадобится как минимум версия HDMI 1.4 для передачи Dolby TrueHD и DTS-HD Master Audio в битовом потоке. Если подключение к усилителю осуществляется через телевизор, в этом случае вы должны использовать разъем HDMI ARC (обеспечивающий возврат звукового потока) или, что еще лучше, HDMI eARC, причем последний не ограничивается количеством каналов. ни по потоку (до 37 мб / с).

Если соединение не поддерживает Bistream в целевом формате, декодирование будет проходить через TV / box / Blu-Ray проигрыватель, который отправит декодированный поток в PCM на усилитель, который все равно должен будет позаботиться о цифро-аналоговое преобразование. Если даже этот вариант невозможен, тогда цифровое / аналоговое преобразование будет выполнено в восходящем направлении, а передача звука изменится на аналоговую, например, на портах RCA.

Пример паспорта экстрактора HDMI. Не слишком старые версии этого стандарта обязательны для отправки сырого фида

Что касается совместимости с определенным форматом, все, как правило, решается в индивидуальном порядке и во многом будет зависеть от поколения продуктов.

Форматы / кодеки

Здесь мы будем иметь дело только с наиболее распространенными потребительскими форматами.

Окружать

Dolby Digital

• Имена: Dolby Digital; АС-3; Dolby Stereo Digital (больше не используется)
• Тип: формат сжатия и кодек (AC3)
• Каналы: 5.1
• Кодирование звука: 16 бит, дискретизация 32, 44,1 и 48 кГц
• Тип кодека: сжатие с потерями
• Классический битрейт: 384 кбит / с или 448 кбит / с в многоканальном режиме, иногда 640 кбит / с
• Обязательно поддерживается на DVD

DTS 6

• Имена : DTS; DTS 6; DTS Digital Surround; DTS Core; DTS Coherent Acoustic (кодек)
• Тип : формат многоканального сжатия
• Каналы : 5.1
• Кодирование звука : 20 бит, дискретизация 32, 44,1 и 48 кГц
• Тип кодека : сжатие с потерями
• Битрейт : макс. 1509,75 кб / с, обычно ограничивается 754,5 кб / с на DVD.
• Необязательная поддержка DVD и Blu-Ray
• DTS - это название семейства форматов, но оно также означает, в просторечии, DTS 6.

Dolby Digital Surround EX

• Тип : Расширение Dolby Digital, многоканальный формат сжатия с матричным компонентом.
• Каналы : 6.1; 5.1 дискретное кодирование, матричный 7-й канал. Соответствует добавлению заднего канала объемного звучания
• Кодирование звука : 16 бит, дискретизация 32, 44,1 и 48 кГц
• Тип кодека : AC3, сжатие с потерями
• Классический битрейт : 384 кбит / с или 448 кбит / с в многоканальном режиме, иногда 640 кбит / с

DTS-ES

• Имена : DTS-ES Matrix; DTS-ES Дискретный
• Тип : Двухвариантный формат многоканального сжатия
• Каналы : 6.1 дискретный (DTS-ES Discrete): 5.1 дискретный + 1 матричный канал (DTS-ES Matrix)
• Кодирование звука : 20 бит, дискретизация 32, 44,1 и 48 кГц
• Тип кодека : сжатие с потерями
• DTS-ES Matrix работает так же, как Dolby Digital EX, DTS-ES Discrete действительно кодирует этот задний канал объемного звучания

Dolby Digital Plus

• Имена : Dolby Digital Plus; E-AC-3; AC3 +
• Тип : Расширенный набор Dolby Digital; Формат и кодек многоканального сжатия
• Каналы : до 15,1, обычно 5,1 или 7,1
• Кодирование звука : 16 бит, дискретизация 32, 44,1 и 48 кГц
• Тип кодека : AC3 +, сжатие с потерями; оптимизация по сравнению с AC3
• Максимальный битрейт : 6144 кбит / с, в основном намного ниже
• Широко используется для стриминговых сайтов и трансляций TNT HD.
• Звуковое кодирование, используемое для Dolby Atmos (например, сайт потоковой передачи)

DTS 96/24

• Тип : Многоканальный формат сжатия; Ядро DTS с расширениями
• Каналы : 5.1
• Кодирование звука : 24 бита, частота дискретизации до 96 кГц
• Тип кодека : сжатие с потерями
• Битрейт : макс. 1509,75 кб / с, обычно ограничивается 754,5 кб / с на DVD.
• Совместимость со стандартным декодером DTS, воспроизведение до 16 бит / 48 кГц макс.

Аудио высокого разрешения DTS-HD

• Тип : Многоканальный формат сжатия; DTS с расширениями
• Каналы : 7.1
• Кодирование звука : 24 бита, частота дискретизации до 96 кГц
• Тип кодека : сжатие с потерями
• Битрейт : 3 мб / с или 6 мб / с

DTS-HD Master Audio

• Тип : Многоканальный формат сжатия; второй член семейства DTS-HD
• Каналы : без ограничений; обычно 5.1 или 7.1
• Кодирование звука : 24 бита, дискретизация до 192 кГц (в 5.1) и до 96 кГц (7.1)
• Тип кодека : без потерь
• Битрейт : переменный битрейт, макс. 24,5 мб / с
• Совместимость : воспроизводится на обычном декодере DTS с качеством 20 бит / 48 кГц
• Доступно только на Blu-Ray для широкой публики

Dolby TrueHD

• Тип : Расширенный набор Dolby Digital; Формат и кодек многоканального сжатия
• Каналы : до 14 каналов, ограничение до 7.1 на Blu-Ray
• Кодирование звука : 24 бита, частота дискретизации до 96 кГц
• Битрейт : 18 мбит / с макс.
• Тип кодека : без потерь; на основе кодека Meridian Packed PCM
• Необязательный для проигрывателей Blu-Ray, но все еще присутствует на практике на последних моделях
• Не используется для потоковых сервисов (слишком тяжелый)

3D / объектно-ориентированный

Dolby Atmos

• Тип : Многоканальный формат с поддержкой звуковых объектов
• Каналы (потребительская версия): технически ограничено 24.1.10, редко превышает 7.1.2 на обычных декодерах. 10 «лежачих» каналов и до 118 звуковых объектов
• Кодирование аудио : зависит от кодека
• Тип кодека : AC3 + или Dolby TrueHD
• Использование : ТВ (AC3 +), потоковая передача (AC3 +), Blu-Ray (AC3 + и TrueHD)

DTS: X

• Тип : Многоканальный формат с поддержкой звуковых объектов
• Каналы (потребительская версия): до 11,1 каналов
• Кодирование звука : DTS-HD Master Audio
• Использование : Blu-Ray
• Большая гибкость, чем у Atmos, в конфигурации динамиков, ненадежные вертикальные динамики

Ауро 3D

• Тип : Многоканальный формат с поддержкой звуковых объектов
• Принцип : на основе 2 или 3 горизонтальных уровней динамиков
• Каналы (потребительская версия): с 8.0 по 13.1
• Кодирование звука : PCM (без сжатия)
• Использование : Blu-Ray
• Система звуковой сетки за счет удвоения классической сетки объемного звучания на втором уровне
• Довольно редкий формат

MPEG-H 3D аудио

• Тип : Многоканальный формат и формат кодека с поддержкой звуковых объектов и амбиозонных компонентов (полезно, например, для VR)
• Работает в 5 разных уровнях сложности, в зависимости от конфигурации
• Каналы : от 8 макс. (Уровень 1) до 64 макс (уровень 5) физических каналов
• Кодирование звука : с потерями (без дополнительной информации), оптимизировано
• Использование : приложение для трансляции (TNT-HD), потоковой передачи и 3D-аудио.
• Используется в качестве основы для системы 360 Reality Audio. Не исключено, что он интегрирован в звуковую обработку Tempest PS5 (чистое предположение)
• Обеспечивает множество настроек звука, включая регулировку громкости отдельного канала

Dolby AC-4

• Тип : Многоканальный формат и формат кодека, с поддержкой звуковых объектов (метаданные Atmos, без интеграции в этот формат)
• Кодек : AC-4
• Улучшение кодека AC-3 + (Dolby Digital Plus) объявляет качество, эквивалентное 50% битрейта
• Каналы : 7.1.4 максимум
• Классическая скорость : от 224 до 288 кбит / с в режиме 7.1.4
• Использование : трансляция (TNT-HD), стриминг
• Интеграция к 2024 году во французский стандарт TNT
• Позволяет настраивать звуковые каналы для использования в трансляции (выделять диалоги, вырезать один из каналов и т. Д.) И может анализировать целевой материал для адаптации динамики звука. Предпочтительный формат Dolby для будущего вещания

Звуковые процедуры

Многоканальная обработка звука, которую часто путают с форматами, позволяет из моно, стерео или многоканального источника добавлять
дополнительные каналы, чтобы обеспечить более захватывающий рендеринг. Их
основная операция - это, как правило, демозаика, хотя более свежие модели идут гораздо дальше.

За исключением очень старого Dolby Surround и первого Dolby Pro Logic, который должен использовать матричный сигнал в Dolby Surround, нет необходимости работать над микшированием в восходящем потоке, матрицами каналов, чтобы позволить эту обработку.

Dolby Surround

• Тип : как формат кодирования, так и обработка звука (декодирование)
• Операция кодирования: специальное микширование звука, матрица четырех треков на два канала
• Декодирование : декодирует стереосигнал Dolby Surround в сигнал 3.0 (стерео + тыловой канал объемного звучания), при этом канал объемного звука является каналом объемного звучания.
• Совместимость : лазерный диск, VHS, некоторые стерео DVD треки

Dolby Surround может быть помещен в абзац формата, поскольку его основная работа зависит от определенного стереокодирования.

Dolby Pro Logic

• Тип : известная версия декодирования Dolby Surround, немного улучшенная
• Декодирование : декодирует стереосигнал Dolby Surround в сигнал 4.0 (стерео + задний канал объемного звучания + центральный канал)

Dolby Pro Logic II

• Тип : Многоканальная обработка звука
• Как это работает : преобразует стереосигнал, даже не Dolby Surround, в 5.1
• Несколько режимов работы : Кино, Музыка, Игра
• Игровой режим, интегрированный на консолях PS2 и Gamecube

Dolby Pro Logic IIx

• Тип : Многоканальная обработка звука, улучшенная версия Dolby Pro Logic II
• Как это работает : преобразует сигнал из стерео в 5.1 в сигнал 6.1 в 7.1

DTS Neo: 6

• Тип : Многоканальная обработка звука
• Эквивалентно Dolby Pro Logic IIx
• Операция : позволяет преобразовывать любой тип сигнала от 2.0 до 7.1 в сигнал от 3.1 до 7.1
• Чуть более сложная операция
• Менее распространен

Dolby Pro Logic IIz

• Тип : Многоканальная обработка звука с введением окружающих каналов (фоновый шум звукового микса: дождь, ветер и т. Д.)
• Эксплуатация : та же базовая возможность, что и у Dolby Pro Logic IIx. Возможность добавления двух каналов объемного звучания (для размещения над передними стереоканалами) к сигналу 5.1 и сигналу 7.1 для переключения на 7.1 или 9.1

DTS Neo: X

• Тип : Многоканальная обработка звука с введением каналов объемного звучания
• Принцип действия : То же, что и Pro Logic IIz, но добавляет еще 2 дополнительных канала объемного звучания (11.1) либо над тыловыми динамиками объемного звучания, либо под углом 45 ° перед слушателем.

Audyssey DSX и DSX2

• Тип : Многоканальная обработка звука с введением каналов объемного звучания
• Эквивалентен DTS Neo: X во второй конфигурации динамиков (под углом 45 °)
• Может доходить до 11,2 (добавление второй коробки)

Dolby Surround (последняя версия)

• Тип : Многоканальная обработка звука с поддержкой вертикального канала
• Ожидается, что со временем заменит семейство Dolby Pro Logic
• Может имитировать многоканальный вывод звука типа Dolby Atmos, от 5.1.2 до 24.1.10 (ограничение атмосферы потребителя), от сигналов 2.0, 5.1 или 7.1
• Название вызывает большую путаницу, но не следует путать со старым форматом / декодером Dolby Surround.

Процедуры, посвященные шлемам

Даже если речь идет скорее о многоканальных / многоканальных динамиках, прослушивание в наушниках имело право с конца 90-х (или даже раньше) на
свои методы, адаптированные к стереофоническим особенностям этого объекта. Итак, давайте закончим с этими конкретными процедурами, бегло по ним бегло.

Практически все современные методы лечения включают поддержку многоканального или трехмерного сигнала, сведенного к бинауральному стереосигналу, при попытке сделать HRTF как можно более универсальным. HRTF, или «передаточная функция, относящаяся к голове», будет учитывать особенности человеческой головы в целом и ее роль в трехмерном обнаружении звука для человека.

• Dolby Headphone: игровая технология, заимствованная из Dolby Pro Logic II, обеспечивающая 5.1 или 7.1 для подходящего стереосигнала. В
  большинстве случаев приставки были встроены в игровые гарнитуры, такие как
  A50 от Astro Gaming.
• Dolby Atmos для наушников : преобразование сигнала Atmos в бинауральный звук на 360 °, подходящий для наушников, следовательно, улучшенная версия Dolby Headphone. Эта обработка реализована в последних версиях W10, Xbox One / Series X и S или многих смартфонах, таких как Iphone Xs / Xr и 11, начиная с iOS 14 (хотя уже немного введено в iOS13).

Уже далекая от идеи Atmos Cinema, технология Dolby Atmos для наушников позволяет путем обработки сигнала в специальный стереофонический сигнал воспроизводить в наушниках тот же трехмерный эффект. Программное обеспечение Dolby Access позволяет наслаждаться им на W10

• NX Waves: патентованные процедуры, интегрированные, например, в превосходный Mobius от Audeze. NX Waves сочетает в себе бинауральный подход и отслеживание движений головы, чтобы акустически удерживать «источник» (экран) в одном месте. Это вам что-то напоминает?
• Система Apple: представленное на WWDC20, недавнее обновление Airpods 2 / Airpods Pro позволяет использовать преимущества реализации Dolby Atmos для создания эквивалента Dolby для наушников в соусе Apple, одновременно возвращая идею отслеживания движений глава NX Waves.

Еще один способ управления Dolby Atmos в наушниках, обработка, предлагаемая Apple начиная с iOS14 Apple

• DTS Headphone: X: эквивалент DTS Dolby Atmos для наушников, виртуализация из многоканального источника или DTS: X бинаурального стереосигнала.
• Auro-Headphones : Опять же, Auro-3D эквивалент Dolby Atmos для наушников.
• Sony Tempest Engine (PS5): мы почти ничего не знаем об этой технологии, которая сама по себе не предназначена исключительно для наушников. Немногое представленное, однако, подчеркнет его объектно-ориентированное управление 3D-звуком и, прежде всего, выделение этого 3D-звука для наушников через стереозвук с использованием кривых HRTF.

Еще одно желание Sony создать собственную технологию, которая не учитывает Dolby Atmos на ее PS5, а запатентованную обработку, Tempest Engine, явно адаптированную для прослушивания через наушники.

Вопросы ? Есть вопросы, требующие уточнения? Не стесняйтесь
реагировать в комментариях.