ЗВУКОВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ

СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ

Интенсивное развитие всех видов звуковоспроизводящей и звукозаписывающей аппаратуры с каждым годом возрастает. Наряду с огромным многообразием относительно недорогих массовых моделей большую часть составляют высококачественные акустические системы, относящиеся к категории Hi-Fi (High-Fidelity - высокая точность). Этот термин отражает основной принцип в развитии определенного направления звуковоспроизводящей и звукозаписывающей аппаратуры, заключающийся в обеспечении максимальной точности воспроизведения речевых или музыкальных программ.

Существующее многообразие акустических систем категории H-Fi заставило Международный Электротехнический Комитет (МЭК) разработать рекомендации по стандартизации их минимально допустимых параметров.

Создание и дальнейшее совершенствование акустической аппаратуры потребовало решения ряда основных задач: разработки методов оптимального машинного синтеза основных элементов АС – громкоговорителей, фильтров, корпусов и т.д., создания новой метрологической базы с применением цифровой обработки сигналов, синтеза новых материалов и обработки технологии изготовления из них акустических систем, исследования субъективных порогов слышимости основных видов искажений – переходных, амплитудно-частотных, фазочастотных и др. В связи с растущим спросом на высококачественные акустические системы в их разработке и производстве принимает участие все большое число специалистов.

Впервые успешное коммерческое использование многоканального звука осуществилось в начале 50-х годов в "целлулоидном" кинематографе. Киноиндустрия испытывала серьезные трудности, связанные со стремительным развитием вещательного телевидения. Нужно было как-то привлечь зрителей в кинозалы, для этого требовались качественно новые возможности полноэкранного кино. Именно в это время появились широкоформатные фильмы, и сразу же - фильмы со стереофоническим звуковым сопровождением. Термин "стерео" (stereo) употребляется для обозначения звука с двумя каналами. Видео до сих пор использующего двухканальный звук, в кино для объемного звучания использовались как минимум 4 звуковых канала. Одними из первых многоканальных звуковых форматов были 4-х канальный CinemaScope (пленка 35 мм) и 6-канальный Тоdd-АО (пленка 70 мм). Оба формата использовали для каждого канала звука отдельную магнитную дорожку, нанесенную поверх светочувствительного материала пленки.

Первоначально кинозалы были оборудованы несколькими акустическими системами, расположенными фронтально - перед зрителями. Затем добавился еще один звуковой канал, громкоговорители которого размещались в задней части зала - за спинами зрителей. Изначально этот канал получил название канала звуковых эффектов (effects channel) и использовался не постоянно, а только для организации единовременных эффектов (голоса призраков, ангелов, и т. п.). Зачастую канал вообще не использовался: из-за ограниченного места на пленке ширина дорожки для этого канала (effects channel) была меньше, чем для основных каналов, поэтому канал имел ограниченную полосу частот и более ощутимый уровень шума.

В широкоэкранных форматах (70 мм) для всех звуковых каналов предусматривались дорожки с одинаковыми характеристиками, поэтому оказалось возможным использовать канал эффектов постоянно - даже для передачи относительно негромких и продолжительных звуков. Результат превзошел ожидания - пространственное восприятие звука значительно приблизилось к реальному. Так канал эффектов стал пространственным каналом -surround сhаnnеl, а акустические системы, расположенные в задней части кинозала (а в современных кинозалах - и по бокам) получили название "the surrounds".

Тем временем техника домашнего аудио развивалась и совершенствовалась независимо от разработок для кино. Первые бытовые аппараты со стереозвуком, появившиеся в 1958 году, имели только два звуковых канала. Это не было обусловлено ни требованиями потребителей, ни рекомендациями разработчиков-профессионалов: просто существующие к тому времени магнитофоны и проигрыватели можно было относительно легко адаптировать только для двухканального звука.

Двухканальный звук создавал гораздо более реальное ощущение пространства, чем монофонический, и при этом мог быть легко реализован в существующей и вновь разрабатываемой аппаратуре. Именно поэтому с тех пор и до сегодняшних дней двухканальный звук для домашней аппаратуры стал нормой. Кинематографисты же продолжали утверждать, что двух каналов недостаточно для создания эффекта реального пространства, необходимы как минимум четыре. Появившееся вскоре двухканальное радиовещание с частотной модуляцией (FМ Stегео) окончательно закрепило в сознании слушателей термин Stегео за двухканальным звуком, хотя на самом деле он в полной мере таковым не является.

Между тем популярность домашней стереофонической аппаратуры росла, вместе с ней росла и конкуренция среди компаний-производителей. Их инженеры начали серьезно задумываться над качественно новыми возможностями, которые помогли бы осуществить прорыв на рынке. В начале 70-х годов ими активно продвигался четырехканальный формат - квадро. Две дополнительных акустических системы устанавливались в дальних углах комнаты, за спиной у слушателя. Однако практически все существующие на этот момент системы предусматривали два звуковых канала, и адаптировать их для четырех раздельных каналов не представлялось возможным. Поэтому были разработаны несколько различных технологий, позволяющие передать информацию четырех звуковых каналов, используя два физических канала. Большинство разработок использовали матричную технологию, т.е. сигналы дополнительных каналов, предварительно сдвинутые по фазе на 90 или 180 градусов, суммировались с сигналами основных каналов. Аппаратура квадро не получила ожидаемого распространения, производители так и не смогли прийти к единому формату.

Все последующее десятилетие технологии для домашнего стерео и для звука в кино совершенствовались разными, независимыми путями.

В середине 1970-х Dоlbу lаboгаtоries разработала технологию объемного звучания для кинопленок формата 35 мм, получившую впоследствии название Dоlbу Stегео. В отличие от предыдущих систем звука, использующих в качестве носителей звука магнитные дорожки, новая технология предполагала использование оптических дорожек (фото-дорожек) и фотоэлементов вместо магнитных головок. Кинопленки с такими дорожками существовали еще на заре кинематографа, в 30-х годах. На пленке размещалась всего одна дорожка и традиционно она использовалась для передачи монофонического звука. Чтобы обеспечить совместимость стереофонической пленки с монофоническими проекторами, необходимо было разместить две стерео дорожки на том же пространстве, которое раньше занимала одна. Эксперименты показали, что это возможно, если звуковой сигнал перед записью обработать процессором Dolby А-tyре Nоisе Reduction. Однако разместить на этом же пространстве более двух звуковых дорожек оказалось невозможным: даже с использованием шумопонижения Dоlbу уровень шума увеличивался до неприемлемых значений.

Экраны кинозалов к 80-м годам стали огромными. Кроме традиционных правой и левой акустических систем потребовалась третья, центральная, чтобы обеспечить пространственное восприятие для зрителей, сидящих не в центральной части зала. Кроме того, в киноиндустрии термины "Stегео" и "surround" с самого начала были синонимами. Для кинозала, анонсирующего стереозвук, обязательно требовался четвертый канал – surround channel. Так сформировалась традиционная схема объемного звука в кино: четыре канала - левый (Left, L), правый (Right, R), центральный (Сеntег, С) и пространственный (Surround, S). В распоряжении разработчиков было только два физических канала, в которых необходимо было передать четыре.

Приемлемым решением оказалась матричная технология, первоначально разработанная для домашних систем квадро. Принципиальных изменения было внесено два. Первое - расположение акустических систем и, следовательно, назначение каналов соответствовали теперь уже традиционной схеме для кинематографа – L,C,R,S. Второе - была серьезно усовершенствована схема аналогового декодера. Так появилась технология Dоlbу surround.

Сегодня формат Dolby stereo является стандартом пространственного звука для полноэкранного кино. Он используется повсеместно, процессорами Dolby оборудованы десятки тысяч кинотеатров во всем мире. Даже теперь, с появлением цифрового формата Dolby Digital, на кинопленках остаются две аналоговых оптических дорожки Dоlbу surround - для обеспечения совместимости со всеми существующими проекторами (рис. 1).

Рис. 1. Аналоговая система кинотеатров Dolby

Первые видеокассеты предполагали только монофонический звук посредственного качества, однако вскоре начали тиражироваться кассеты с двухканальным звуком. Сначала использовались просто раздельные звуковые дорожки, затем технология Hi-Fi. Лазерные диски с самого начала выпускались с двухканальным стереозвуком высокого качества.

Вскоре и большинство стандартов вещательного телевидения были адаптированы для передачи видео с двухканальным звуковым сопровождением в эфире и в кабеле.

Первыми на рынке появились простые декодеры Dоlbу surround, которые позволяли на домашней аппаратуре выделить и прослушать третий, пространственный канал – surround channel. Впоследствии был разработан более интеллектуальный декодер, Dоlbу surround Рго Logic, который выделял и центральный канал - сеntег сhаnnel. Получился "домашний кинотеатр" - комплекс аппаратуры для высококачественного воспроизведения звука и видео с декодером Dolby Pro Logic Surround Sound (рис.2).

Рис. 2. Воспроизведение цифровой системы Dolby

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

Сегодня в Dоlbу surround кодируется звуковое сопровождение вещательного телевидения, причем не только художественных фильмов, но музыкальных, спортивных передач и даже новостей. Dоlbу surround используется и в областях, не связанных с видео - например, звукозаписывающие. Многими разработчиками ведутся успешные эксперименты по внедрению Dоlbу surround в видеоигры и другие мультимедийные приложения. Другими словами, системы объемного звука surround sound стали традиционными не только в кинотеатрах и в домашней аудио-видео аппаратуре, но и в компьютерах.

Цифровые технологии: Dolby Digital, Dolby Digital EX и Dolby-E.

В конце 1980-х, на волне возобновившегося интереса к кино, Dоlbу laboratories разработала цифровую технологию записи и воспроизведения многоканального звука для 35мм целлулоидной пленки. Несколько аналоговых сигналов звука преобразовывались в цифровой поток, который затем подвергался сжатию по алгоритму Dоlbу АС-3. Было использовано весьма оригинальное решение. Так как к этому времени огромное число существующих проекторов использовали двухканальный стерео или аналоговую систему Dоlbу Рго Logic, две аналоговых оптических дорожки на ленте необходимо было сохранить. Цифровая информация была размещена на "нерабочей" части пленки - между окошками перфорации. Система использовала шесть каналов звука, поэтому получила наименование " Dolby Digital 5.1".

"5.1" предполагает 5 полноценных каналов звука, в полном диапазоне - левый, правый, центральный, пространственный правый, пространственный левый - плюс шестой канал с ограниченной полосой частот. Этот канал получил название канала низкочастотных звуковых эффектов. Акустическая система этого канала располагается перед экраном кинозала, между системами каналов R и С. Для данного канала требовалась полоса частот примерно в 10 раз меньшая, чем для 5 основных каналов. Отсюда обозначение, соответствующее шестому каналу "0.1" (одна десятая). Первое коммерческое использование систем Dolby Digital состоялось в кинотеатрах в 1992 году, и на сегодняшний день этот формат звука используется не только в кино, но в цифровом вещательном телевидении (спутниковом и кабельном), в DVD и множестве мультимедийных приложений.

Появление Dolby Digital практически уравняло возможности кинозала и "домашнего кинотеатра". Так же, как в настоящем кинотеатре, в домашнем кинотеатре с Dolby Digital реализуются шесть каналов - L, С, R, LS, RS и LFE. Если в аналоговой системе Dоlbу surround использовался только один канал surround с ограниченной полосой частот (как правило, для его воспроизведения используются две акустических системы, синфазно излучающие один и тот же сигнал), то Dolby Digital предоставляет пользователю два раздельных канала surround с такой же полосой частот, как у трех фронтальных каналов. Благодаря такому набору, системы с Dolby Digital создают наиболее реалистичные ощущения и позволяют использовать сложные пространственные эффектов.

Только для кинотеатров разработана расширенная система Dolby Digital-EX- семиканальная, по схеме "6.1" (рис. 3). В Dolby Digital-EX предусмотрено не два, а три канала surround - пространственный левый LS, пространственный правый RS и пространственный центральный СS. Акустические системы канала СS размещаются вдоль задней стены кинозала, а системы каналов LS и RS - вдоль боковых стен.

Рис. 3. Система кинотеатров Dolby Digital Surround EX

Dolby Digital использует цифровую компрессию звука, обеспечивающую минимальную необходимую скорость цифрового потока - до 320 кбит/сек. Это позволяет наиболее эффективно использовать информационную емкость носителей или каналов связи - пространство на пленке, магнитной ленте, частотную полосу эфирного или спутникового канала и т. п. Платой за низкую скорость является то обстоятельство, что формат Dolby Digital рассчитан только на один цикл кодирования - декодирования. Кроме того, цифровой поток АС-3 не привязан по времени к кадровой структуре изображения, поэтому редактировать видеоматериалы со звуком Dolby Digital сложно. В профессиональных приложениях зачастую возникает необходимость в многократном кодировании-декодировании. Например, станции-ретранслятору необходимо получить материал с цифровым звуком surround по спутниковому каналу связи, сохранить его на цифровом носителе, отредактировать, смонтиоовать и затем ретранслировать в связи, сохранить его на цифровом носителе, отредактировать, смонтировать и затем ретранслировать в распределительную сеть (или тиражировать и распространить). Для таких задач Dolby Laboratories разработала профессиональный цифровой формат Dolby -Е. Цифровой поток Dolby–Е может содержать до восьми каналов звука с полной полосой частот. Кроме собственно сжатых данных звука, в поток вводятся метаданные - "данные, описывающие данные". Это инструкции для декодера Dolby-Е, которые носят необязательный, рекомендательный характер. Например, специальная инструкция может автоматически установить в декодере то или иное ограничение динамического диапазона выходных сигналов. В зависимости от оборудования, используемого для приема и обработки сигнала Dolby -Е, метаданные могут использоваться полностью, частично или не использоваться вообще. Поток Dolby -Е делится на два потока, которые могут быть переданы по двум физическим линиям стандарта АЕЗ-3 или записаны на цифровой магнитофон вместо двух каналов несжатого звука. Структура потока соответствует кадровой структуре видео, поэтому материал со звуком Dolby-Е можно легко монтировать и редактировать, не нарушая синхронность аудио и видео. Формат допускает до 10 последовательных циклов кодирования - декодирования.

Виртуальный surround (рис. 4).

Существует множество приложений, в основном "домашних", в которых по тем или иным причинам невозможно или нецелесообразно использовать более двух акустических систем. Типичный пример -носимая аппаратура с головными телефонам. Сложно использовать более двух громкоговорителей и в компьютерных системах, поскольку рабочее место оператора пространственно ограничено. Для таких приложений Dolby Laboratories была разработана технология Virtual surround. Она позволяет прослушивать звук, кодированный в Dolby Surround или Dolby Digital, на двух акустических системах и при этом субъективно воспринимать его, как полноценный Surround. Принцип виртуального Surround показан на рис. 4.

Рис. 4. Виртуальный surround

Сигналы каналов I и К с выходов декодера поступают на акустические системы L и R без изменений. Сигнал канала С ослабляется на 3 дБ и суммируется с сигналами каналов L и R, создавая виртуальную акустическую систему центрального канала. Сигнал одного или двух каналов S также суммируется с сигналами L и R, но предварительно обрабатывается специальным процессором - виртуализатором. Этот процессор вносит в сигнал изменения, благодаря которым звук канала S связывается в сознании слушателя с виртуальной акустической системой, расположенной сзади.

Эксперименты показали, что субъективные ощущения от прослушивания Virtual surround практически не уступают ощущениям зрителя полноценного домашнего кинотеатра. Однако использование Virtual surround ограничено одним немаловажным обстоятельством. В отличие от "настоящего" surround, создающего пространственное восприятие звука на некоторой площади, виртуальная технология применима только для одного фиксированного положения слушателя относительно двух акустических систем L и R. Для головных телефонов это условие обеспечивается автоматически, а при прослушивании на два громкоговорителя неудобства очевидны. Даже небольшое смещение головы слушателя приводит к искажениям звуковой картины.

Кодер Dolby Surround

Система не предназначена для передачи четырех независимых сигналов звука, каждый из которых надо прослушивать раздельно (например, звука одной ТВ программы на разных языках). В этом случае развязка между двумя любыми каналами должна была бы быть максимальной, а амплитуды и фазы сигналов могли бы быть совершенно не связаны между собой. Напротив, задача Dolby Surround - передать четыре канала звука (soundtrack), которые будут прослушиваться одновременно и при этом воссоздавать в сознании слушателя пространственную звуковую картину (soundfield). Эта картина составляется из нескольких звуковых образов (sound images) - звуков, которые слушатель воспринимает связанными со зрительными образами на экране. Звуковой образ характеризуется не только содержанием и мощностью звука, но и направлением в пространстве. На входе кодера Dolby Surround присутствуют сигналы четырех каналов - L, С, R и S, а на выходах - два канала L_t (left-total) и R_t (right-total). Слово "total' (общий) означает, что каналы содержат не только "свой" сигнал (левый и правый), но и кодированные сигналы других каналов - С и S. Функциональная схема кодера показана на рис. 5.

Рис. 5. Функциональная схема кодера Dolby Surround

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

1. Полоса частот ограничивается полосовым фильтром (BPF) от 100 Гц до 7 кГц

2. Сигнал обрабатывается шумоподавителем - процессором Dolby B-type Noise Reduction

3. Сигнал S сдвигается по фазе на +90 и -90 градусов, таким образом, составляющие сигнала S, предназначенные для сложения с L_t и R_t, оказываются в противофазе друг с другом.

Сигналы L и R не влияют друг на друга, они совершенно независимы -между сигналами С и S развязка теоретически также идеальная. Действительно: в декодере сигнал S получается как разность сигналов L_t и R_t. Но в этих сигналах присутствуют совершенно одинаковые компоненты сигнала С, которые при вычитании взаимно компенсируются. Напротив, сигнал С выделяется декодером, как сумма L_t и R_t. Так как компоненты сигнала S, присутствующие в этих сигналах, находятся в противофазе, при сложении они также взаимно компенсируются.

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

Представим себе, что сигнал, кодированный в Dolby Surround, прослушивается на обычной стереофонической аппаратуре, без декодера Surround. Сигнал L_t поступает на акустическую систему левого канала, сигнал R_t - на систему правого. При записи двухканального звука сигнал от источника, расположенного у левого микрофона, поступает преимущественно в левый канал, от источника, расположенного у правого микрофона - преимущественно в правый канал. Если источник равно удален от левого и правого микрофонов, его сигнал делится поровну между правым и левым каналами. В кодере Dolby Surround сигнал С делится между каналами L_t и R_t именно таким образом, но не на акустическом, а на электрическом уровне. Поэтому при прослушивании на две акустические системы L и R звук канала С воспринимается, как сигнал виртуальной акустической системы, расположенной между реальными системами L и R. Кроме сигнала С, в каналах L_t и R_t присутствуют компоненты сигнала S, но они находятся в противофазе, и акустические сигналы, соответствующие этим компонентам, компенсируются в пространстве между акустическими системами. Поэтому звук канала Surround воспринимается как едва заметный, "призрачный" звук (phantom sound), витающий где-то между акустическими системами L и R. Таким образом, сигнал Dolby Surround совместим с любой аппаратурой стерео, как с декодером surround, так и без него.

Пассивный декодер Dolby Surround

Простейший декодер Surround выделяет только один дополнительный канал - канал S. Функциональная схема декодера показана на рис. 6.

Рис. 6. Функциональная схема пассивного декодера Dolby Surround

Сигнал L_t без каких-либо изменений поступает на выход L декодера. Сигнал R_t таким же образом поступает на выход декодера R. Сигналы L_t и R_t содержат "половинки" сигнала центрального канала С, которые создают виртуальную акустическую систему между реальными акустическими системами L и R. Узел вычитания L-R выделяет сигнал surround, который поступает на отдельную акустическую систему. Компоненты сигнала S воспроизводятся также акустическими системами R и L, но, так как они в противофазе, слушателем не воспринимаются. Так как основу декодера составляет простой дифференциальный усилитель, выполняющий операцию вычитания L-R, такой декодер получил название "пассивного декодера".

На рисунке показаны взаимные развязки (separation) между каналами простейшего декодера Диаметральное расположение каналов на схеме относится только к электрическим сигналам. Реальное расположение акустических систем иное - системы трех каналов расположены в одной фронтальной плоскости, а системы четвертого канала - по бокам сзади слушателя. Заметим, что акустическая система С - виртуальная, ее сигнал формируется пространственно акустическими системами правого и левого каналов. Поэтому для такого декодера очень важно положение слушателя относительно акустических систем L и R и - в идеальном случае он должен быть равно удален от них.

Эксперименты показали, что прослушивание сигналов фронтальных каналов в громкоговорителях surround, особенно речи, в большой степени портит впечатления от саундтрека. Для того чтобы обеспечить развязку центральных каналов и канала surround, в реальном пассивном декодере используются дополнительные преобразования:

1. Временная задержка (около 10 миллисекунд) устраняет так называемый эффект Хааса (Haas effect). Если слушатель располагается ближе к акустическим системам Surround, чем к системам фронтальных каналов, он сперва слышит компоненты сигналов L и R, проникшие в канал surround, и только затем эти же сигналы, излученные громкоговорителями фронтальных систем. Несмотря на то, что мощность звука на фронтальном направлении больше, из-за временного опережения звуковой образ в сознании слушателя связывается с направлением тыла. Задержка гарантирует, что звук-фронтальных каналов достигнет слушателя раньше, чем тот же звук, попавший в канал surround.

2. Используется ФНЧ 7 кГц по нескольким причинам. Основная из них: если источник звука смещен вправо или влево от центра, то чем выше частота звука, тем выше амплитуда сигнала, проникающего в канал surround. Это естественно, так как при одинаковой геометрической разности хода разность фаз зависит от частоты, а при одинаковой амплитуде L и R амплитуда разностного сигнала L-R (т. е. сигнала, проникающего в канал S) определяется только разностью фаз. Поэтому на более высоких частотах труднее добиться эффективного разделения каналов. Вторая причина: чем выше частота звука, тем более точно слушателем определяется направление на его источник (тем острее "диаграмма направленности" ушей). Исключение высокочастотной составляющей "размазывает" звуковые образы в канале surround, благодаря этому слушатели, сидящие рядом с акустическими системами surround, не связывают звуки в этом канале с направлением на громкоговорители.

3. Система шумопонижения Dolby Noise Reduction типа "В" используется для подавления проникающих сигналов каналов L и R, если их уровни значительно ниже уровня сигнала surround.

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

Активный декодер Dolby Surround Pro Logic

Пассивный декодер обеспечивает высокую степень воспринимаемой развязки между фронтальными каналами, но только для слушателей, равноудаленных от акустических систем. Кроме того, несмотря на специальную обработку сигнала surround, в пассивном декодере невозможно добиться полного разделения сигналов surround и R/L. Использование пассивных декодеров ограничено, поскольку они не способны обеспечить корректное восприятие для любого положения слушателя в зале. Активные декодеры предполагают пространственную фокусировку (Directional Enhancement) звуковых образов. Этим термином обозначается любая технология, используемая для устранения проникновения сигналов одного канала в другой (crosstalk) и основанная на изменении выходных сигналов декодера. Активный декодер представляет собой комбинацию пассивного декодера и регулирующей цепи (enhancement circuit). Чтобы понять сам принцип, рассмотрим простейшую технику активного декодирования - регулировку усиления каналов (gain riding). На рис. 7 показана функциональная схема активного декодера. На каждом выходе декодера установлен усилитель, управляемый напряжением (Voltage Controlled Amplifier, VCA).

Рис. 7. Функциональная схема активного декодера Dolby Surround

Для примера возьмем случай, когда источник звука - единственный, и он расположен непосредственно у микрофона центрального канала С. Из рисунка видно, что пассивный декодер передаст сигнал центрального канала в выходной канал С, а также и в каналы R и L с ослаблением всего 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 L_t. Фактически, сигнал может приходить с любого направления.

Таким "прямым" методом проблема решается только для единственного звукового образа. Саундтрек 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.

Активный декодер считает речь доминирующим звуковым образом (dominant sound), 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" (pumping) мощности не 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. 8. 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 (cancellation concept) - основной принцип активного декодирования и в том или ином виде используется во всех активных декодерах.

Рис. 8. Предотвращение проникновения речевого сигнала