Systemy Dwiku Dooklnego Spis treci jak czowiek syszy

  • Slides: 40
Download presentation

Systemy Dźwięku Dookólnego

Systemy Dźwięku Dookólnego

Spis treści ¨ ¨ ¨ jak człowiek słyszy i lokalizuje dźwięk standardy adaptacji dźwięku

Spis treści ¨ ¨ ¨ jak człowiek słyszy i lokalizuje dźwięk standardy adaptacji dźwięku do odsłuchu w warunkach kinowych i domowych opis wybranych systemów kinowych i domowych dźwięk wirtualny podsumowanie koniec

Jak człowiek lokalizuje dźwięki • Do lokalizacji wykorzystywane są mechanizmy: - IID (Interaural Intensity

Jak człowiek lokalizuje dźwięki • Do lokalizacji wykorzystywane są mechanizmy: - IID (Interaural Intensity Difference) - wewnątrzsłuchowa różnica intensywności - ITD (Interaural Time Difference) - wewnątrzsłuchowa różnica czasu - HRTF (Head-Related Transfer Function) - efekt filtrujący głowy i małżowiny usznej (pozwala na dokładne określenie kierunku) - DRR (Direct to Reverberant Ratio) - stosunek głośności dźwięku, który dotarł bezpośrednio, do głośności dźwięku po odbiciach (pozwala na określenie odległości)

Z jaką dokładnością ludzie mogą zlokalizować źródło dźwięku? • większa zdolność określania azymutu niż

Z jaką dokładnością ludzie mogą zlokalizować źródło dźwięku? • większa zdolność określania azymutu niż wysokości - azymut - dla przedziału ± 30° dokładność lokalizacji nawet 1° - z boków głowy lokalizacja dużo gorsza dokładność 30° - wysokość - blisko horyzontu dokładność lokalizacji 9° - ze wzrostem wysokości dokładność lokalizacji szybko spada • zdolność lokalizacji zależna od częstotliwości sygnału - tony niskie < 100 - 150 Hz nie możliwe do lokalizacji • zdolność lokalizacji zależna od zmienności sygnału - proste, stałe tony są bardzo trudne do zlokalizowania • dla zebrania większej liczby informacji człowiek porusza głową

Możliwości i ograniczenia przy oszukiwaniu zmysłu słuchu. • możliwe utworzenie panoramy przedniej przez odpowiednie

Możliwości i ograniczenia przy oszukiwaniu zmysłu słuchu. • możliwe utworzenie panoramy przedniej przez odpowiednie spreparowanie sygnałów pochodzących z prawego i lewego głośnika przedniego. Pozwala to umieścić w panoramie jeden lub kilka instrumentów • nie jest możliwe utworzenie w podobny sposób panoramy bocznej • bardzo utrudniona lokalizacja sygnałów w panoramie tylnej. Dość precyzyjnie udaje się zlokalizować tylko jedno źródło

Możliwości i ograniczenia przy oszukiwaniu zmysłu słuchu. • w konsekwencji w systemie kwadrofonicznym słuchacz

Możliwości i ograniczenia przy oszukiwaniu zmysłu słuchu. • w konsekwencji w systemie kwadrofonicznym słuchacz nie będzie mógł lokalizować źródeł dźwięku w panoramie z boków i z tyłu. • aby lokalizacja była możliwa potrzeba większej liczby głośników • w najnowszych systemach DD-EX, DTS-ES Discrete głośniki umieszczone są także z boku słuchacza

Standard THX • powstał przy produkcji filmu „ Powrót Jedi” • wymagania THX dotyczą

Standard THX • powstał przy produkcji filmu „ Powrót Jedi” • wymagania THX dotyczą akustyki sali, jakości głośników oraz sposobu ich rozmieszczenia, wzmacniaczy mocy, okablowania. • Kina posiadające certyfikat THX charakteryzują się kilkoma bardzo ważnymi cechami [24]: • szerokie pasmo odtwarzanych częstotliwości; • równa odpowiedź częstotliwościowa dla całego zakresu; • równomierne pokrycie całej sali kinowej dźwiękiem; • czysty, bardzo wyraźny dialog; • dobra prezentacja nagrań o dużej dynamice, bez słyszalnych zakłóceń; • niski poziom szumu tła • zastosowanie ustalonego, opatrzonego znakiem firmowym, wysokiej jakości sprzętu odtwarzającego; • określona jasność ekranu; • trailer “DEEP NOTE” odtwarzany przed każdym seansem Systemy kinowe

Standard THX Ultra • model pomieszczenia o powierzchni 110 m 3 • standaryzacja użytych

Standard THX Ultra • model pomieszczenia o powierzchni 110 m 3 • standaryzacja użytych głośników • Re-Equalization -zmniejszenie efektu błędnego odsłuchu kinowych ścieżek audio w warunkach domowych (inne n ch -tyki przenoszenia) • Timbre Matching - zachowanie zgodności tonu głośników surround z głośnikami głównymi i kompensacja faktu że odsłuchach domowych stosowane są pojedyncze głośniki do odbioru kanałów surround • Adoptive Decorrelation - fazowo/amplitudowe zmiany monofonicznego sygnału surround w celu efektu stereofonicznego odsłuchu kanału surround Systemy domowe

Standard THX Ultra • Bass Management Electronic Crossover - niskie częstotliwości przekierowywane do subwoofera

Standard THX Ultra • Bass Management Electronic Crossover - niskie częstotliwości przekierowywane do subwoofera ‘ mniejsze wymiaru głośników • Bass Peak Level Management - ochrona subwoofera przed przeciążeniem • Loud speaker Position Time Synchronization - możliwość optymalnego ustawienia systemu odsłuchowego (pozycjonowanie poszczególnych głośników) Standard THX Select • ograniczenie przestrzeni osłuchowej do 74 m 3 • zastosowanie technologii z THX Ultra Systemy domowe

Dolby Stereo • zaprezentowane w 1974 r • system analogowy • w miejsce dotychczasowej

Dolby Stereo • zaprezentowane w 1974 r • system analogowy • w miejsce dotychczasowej ścieżki mono wstawiono dwa kanały (stereo) poddane redukcji szumów Dolby A - zapisane optycznie na taśmie Systemy kinowe

Dolby Stereo • kodowanie i dekodowanie ( koder Dolby MP Matrix ) • separacja

Dolby Stereo • kodowanie i dekodowanie ( koder Dolby MP Matrix ) • separacja kanałów L/P - L(P)/C C/S - L(P)/S : >40 d. B : 3 d. B Systemy kinowe

Dolby Surround • 1982 r - pierwszy dekoder • system analogowy • system kodowania

Dolby Surround • 1982 r - pierwszy dekoder • system analogowy • system kodowania - analogiczny do kinowego Dolby Stereo - dwie ścieżki(zakodowane 4 kanały) - separacja kanałów jak w DS - kanał surround o paśmie 100 Hz - 7 k. Hz • układ dekodera pasywnego zbliżony do systemu DS (dodatkowy układ regulacji poziomów w przypadku symulacji kanału centralnego) • kanał centralny (Phanton)może być symulowany przez głośniki lewego i prawego kanału - liczba kanałów odbieranych 3 lub 4 - w przypadku 3 kanałów ( symulacja centralnego) mniejsza powierzchnia prawidłowego odsłuchu. Systemy domowe

Dolby SR • zaprezentowane w 1986 r • system analogowy • w stosunku do

Dolby SR • zaprezentowane w 1986 r • system analogowy • w stosunku do Dolby Stereo ścieżki dźwiękowe nagrano w Dolby SR (Spectral Recording) - dwukrotnie większa redukcja szumów - lepsze przenoszenie górnych częstotliwości sygnałów • we współczesnych cyfrowych systemach jako ścieżka zapasowa Systemy kinowe

Dolby Surround Pro Logic • zaprezentowane w 1987 r • cztery kanały: lewy, centralny,

Dolby Surround Pro Logic • zaprezentowane w 1987 r • cztery kanały: lewy, centralny, prawy, surround (pasmo 100 -7 k. Hz) • kodowanie analogiczne jak w DS • dekodowanie (aktywny dekoder) - detekcja i uwypuklenie(w sieci układów kombinacyjnych) sygnału dominującego (analiza sygnałów P-L oraz C-S) - eliminacja przesłuchów (dodawanie w przeciwfazie wysterowanego przez VCA sygnału dominującego) - dodanie szumu do kanałów celu odpowiedniego dostrojenia poziomów wzmocnienia każdego z kanałów, by zminimalizować przesłuchy • separacja kanałów : 30 d. B Systemy domowe

Dolby Surround Pro Logic II • modyfikacja systemu Pro Logic • dwa kanały surround

Dolby Surround Pro Logic II • modyfikacja systemu Pro Logic • dwa kanały surround (jeden stereofoniczny) - brak filtacji kanałów surround (pełne pasmo akustyczne) - możliwość pracy w trybie Pro Logic (jeden monofoniczny kanał surround) • możliwość odtwarzania sygnałów stereo z rozszerzoną panoramą • kontrola powierzchni odsłuchowej (przesuwanie pola odsłuchowego w przód lub w tył) • kontrola położenia sygnału centralnego Systemy domowe

Dolby Digital • zaprezentowane w 1992 r (premiera „Batman Returns”) • cyfrowe optyczne ścieżki

Dolby Digital • zaprezentowane w 1992 r (premiera „Batman Returns”) • cyfrowe optyczne ścieżki dźwiękowe - kino musi być wyposażone w odpowiedni odtwarzacz ścieżki dźwiękowej i cyfrowy procesor dźwiękowy) • dodatkowa ścieżka dźwiękowa Dolby SR - zachowania kompatybilności - jako ścieżka zapasowa • korekcja drobnych błędów w sygnale cyfrowym Systemy kinowe

Dolby Digital • sześć niezależnych kanałów dźwiękowych (5. 1): - lewy, centralny, prawy, tylny

Dolby Digital • sześć niezależnych kanałów dźwiękowych (5. 1): - lewy, centralny, prawy, tylny lewy, tylny prawy 20 Hz - 20 k. Hz - kanał niskich częstotliwości 20 Hz - 120 Hz • pełna separacja kanałów pozwala na występowanie kilku źródeł dominujących • 20 bitowa rozdzielczość (dynamika 120 d. B) Systemy kinowe

Dolby Digital - kodowanie • system AC-3 - częstotliwości próbkowania 32, 44. 1 i

Dolby Digital - kodowanie • system AC-3 - częstotliwości próbkowania 32, 44. 1 i 48 k. Hz - przepływności dla 1 kanału od 32 kb/s do 640 kb/s (dla DD 384 kb/s) - współczynnik kompresji od 1: 3 do 1: 15 - transformacja t->f a pomocą banku filtrów TDAC ‘ redukcja wpływu aliasingu w sąsiednich podpasmach ‘ zmienna rozdzielczość czasowa transformacji(5, 33 lub 2, 67 ms) - transmisja obwiedni spektralnej o zmiennej rozdzielczości bitowej (zapis wektorowy zmiennoprzecinkowy, kodowanie różnicowe) - kodowanie perceptualne (w przypadku mantys): ‘ analiza sygnałów w podpasmach ‘ zastosowanie przybliżonej liniami prostymi f. rozkładu energii wzdłuż błony podstawnej Systemy kinowe

Dolby Digital (AC-3) • zaprezentowany w 1992 r • sześć niezależnych kanałów dźwiękowych (5.

Dolby Digital (AC-3) • zaprezentowany w 1992 r • sześć niezależnych kanałów dźwiękowych (5. 1): - lewy, centralny, prawy, tylny lewy, tylny prawy 20 Hz - 20 k. Hz - kanał niskich częstotliwości 20 Hz - 120 Hz Systemy domowe

Dolby Digital (AC-3) • system AC-3 - system kodowania analogiczny do systemu kinowego •

Dolby Digital (AC-3) • system AC-3 - system kodowania analogiczny do systemu kinowego • dodatkowo - możliwość downmixu do mono, stereo, Dolby Surround Systemy domowe

Dolby Digital (AC-3) • zastosowany m. in. w : - DVD-AUDIO - DVD-VIDEO -

Dolby Digital (AC-3) • zastosowany m. in. w : - DVD-AUDIO - DVD-VIDEO - DVD-ROM - DBS - direct broadcast satellite - HDTV - standard w amerykańskiej DTV ustalony przez ATSC (jako lepszy od MPEG-2) Systemy domowe

MPEG-2 BC • przedstawiony w 1994 r. przez Moving Pictures Expert Group • kompatybilny

MPEG-2 BC • przedstawiony w 1994 r. przez Moving Pictures Expert Group • kompatybilny z wersją dwukanałową MPEG-1 - strumień bitowy złożony z dwóch kanałów danych w MPEG-1 i trzech kanałów używanych tylko przez dekoder MPEG-2 - nieefektywny w porównaniu z AC-3 przy kodowaniu sygnałów stereo - w 1997 r. powstał niekompatybilny wstecz MPEG-2 AAC • 3 tryby pracy (layers) • liczba kanałów 5(+1) L, C, R, LS, RS (lub również 7(+1) np. Philips) L, LC, C, R, LS, RS • częstotliwości próbkowania 32, 44. 1 i 48 k. Hz • dobra jakość dźwięku przy przepływności 640 -896 kbit/s dla pięciu kanałów

MPEG-2 BC • kodowanie perceptualne - analiza sygnału w 32 podpasmach - szybka transformata

MPEG-2 BC • kodowanie perceptualne - analiza sygnału w 32 podpasmach - szybka transformata FFT w celu wyznaczenia progu maskowania - użyty model psychoakustyczny (po stronie kodera) - maskowanie czasowe i częstotliwościowe - utrzymywanie szumu kwantyzacji poniżej progu maskowania - dynamiczna alokacja bitów - kompresja 12: 1 jakość CD • skalowalność - względem szerokości pasma - względem złożoności obliczeniowej

Digital Theater Systems ( DTS ) • opracowany przez Nu. Optix Inc. • zaprezentowany

Digital Theater Systems ( DTS ) • opracowany przez Nu. Optix Inc. • zaprezentowany w 1993 r. ( premiera „Jurrasic Park” ) • ścieżka z 24 bitowym kodem czasowym - identyfikuje film, szpule i występowanie klatek w czasie • ścieżka dźwiękowa jest umieszczona na 3 dyskach CD - dekoder dźwięku zawiera trzy odtwarzacze CD - pojemność CD pozwala na zastosowanie kompresji bezstratnej APT-X ( kompresja 4: 1) • dynamika 96 d. B • próbkowanie 44. 1 k. Hz (pasmo 20 Hz - 20 k. Hz) • liczba kanałów 5. 1 - 5 dyskretnych kanałów dźwięku : L, C, R (20 -20 k. Hz), SL i SR (80 Hz - 20 k. Hz) i LFE (20 Hz - 80 Hz) • automatyczny powrót do odczytu analogowego w przypadku braku informacji cyfrowej i odwrotnie Systemy kinowe

DTS Digital Surround • dla potrzeb kina domowego zrezygnowano z kompresji APT-X na rzecz

DTS Digital Surround • dla potrzeb kina domowego zrezygnowano z kompresji APT-X na rzecz lepszego kodowania CAC ( Coherent Acoustics Coding ) • standard DTS zapewnia następujące właściwości: - 1 do 8 multipleksowanych kanałów audio - dynamika 120 d. B (20 bit ) - częstotliwości próbkowania 8 k. Hz do 192 k. Hz - ekwiwalentna długość słowa PCM: 16 do 24 bit - współczynniki kompresji od 1: 1 do 40: 1 - przepływność danych wyjściowych kodera : od 32 kb/s do 4096 kb/s - możliwość kodowania bezstratnego (zmienna przepływność) - możliwość downmixu na mniejszą liczbę kanałów - dokładna synchronizacja pomiędzy sygnałami audio i video - stała architektura dekodera Systemy domowe

DTS Digital Surround Własności kodowania CAC ( Coherent Acoustics Coding ) • zaawansowane techniki

DTS Digital Surround Własności kodowania CAC ( Coherent Acoustics Coding ) • zaawansowane techniki kodowania - podział na podpasma: 32 dla pasma 0 -24 k. Hz i dodatkowe 8 dla pasma 24 -48 k. Hz - analiza psychoakustyczna - liniowe kodowanie predykcyne LPC - kwantyzacja wektorowa - dynamiczna alokacja bitów - maskowanie • maksymalny strumień bitów 3, 528 Mbit/s Systemy domowe

Sony Dynamic Digital Sound (SDDS) • zaprezentowany w 1994 r. ( premiera „Last Action

Sony Dynamic Digital Sound (SDDS) • zaprezentowany w 1994 r. ( premiera „Last Action Hero”) • dźwięk zapisany bezpośrednio na taśmie filmowej - ścieżki z optycznym zapisem dźwięku umieszczone między perforacjami, a krawędziami taśmy filmowej - algorytmy zapewniające 100% nadmiarowości danych - ścieżki analogowe wykorzystywane w przypadku awarii • liczba kanałów 7. 1 (L, P, centralny, centralne L i P, surround L i P) - możliwość pracy w systemie 4, 5. 1, 6 (downmix) - konwersja systemów z mniejszą ilością kanałów na system 7. 1 • algorytm kodowania ATRAC (Audio Transform Acoustic Coding) - kompresja 5: 1 • częstotliwość próbkowania 44, 1 k. Hz - pasmo częstotliwości 20 Hz - 20 k. Hz • dynamika 105 d. B • separacja kanałów >80 d. B Systemy kinowe

IMAX PSE (Personal Sound Environment) • w użyciu od 1995 r - dzieło firmy

IMAX PSE (Personal Sound Environment) • w użyciu od 1995 r - dzieło firmy Sonics Associates Inc. • współdziałanie dwóch systemów dźwiękowych • pierwszy - sześciokanałowy system cyfrowy (lewy, prawy, centralny, LFE, dwa kanały surround) • w skład systemu wchodzi osiem kolumn (dwie dla kanału centralnego i dwa subwoofer’y) • drugi - (PSE) dwukanałowy słuchawkowy szerokopasmowy służący do odbioru muzyki, dialogów, efektów specjalnych nagranych przy użyciu sztucznej głowy • odpowiednie słuchawki na podczerwień nie zakrywające całej małżowiny usznej - możliwość odbioru dźwięków z głośników na sali • ścieżki muzyczne przechowywane na płycie DVD w standardzie PCM (24 bit/96 k. Hz) • przed projekcją zgranie płyty na szybki twardy dysk z którego ścieżka dźwiękowe odtwarzana podczas projekcji (odpowiednia synchronizacja) Systemy kinowe

Dolby Digital Surround EX • powstał dzięki współpracy Dolby Labs i THX Lucasfilm •

Dolby Digital Surround EX • powstał dzięki współpracy Dolby Labs i THX Lucasfilm • zaprezentowane w 1999 r (premiera ”Star Wars TPM” ) • w stosunku do DD – trzeci kanał surround (odtwarzany przez dodatkowy procesor Dolby SA-10) - rozwiązanie problemów z lokalizacją dźwięków - powiększenie strefy najlepszego odsłuchu • możliwość odtwarzania ścieżek przez system DD bez trzeciej ścieżki surround Systemy kinowe

Dolby Digital Surround EX • analog systemu kinowego zaimplementowanego w warunkach domowych • system

Dolby Digital Surround EX • analog systemu kinowego zaimplementowanego w warunkach domowych • system 6. 1 (trzy kanały surround) • centralny kanał surround jest zawarty (‘matrycowo’) w prawym i lewym kanale surround (zapis 5. 1) - zachowanie kompatybilności w dół - brak 100% separacji miedzy tymi trzema kanałami surround Systemy domowe

DTS-ES • 6. 1 kanałowy format Matrix - zaprezentowane w 1999 r (po prezentacj

DTS-ES • 6. 1 kanałowy format Matrix - zaprezentowane w 1999 r (po prezentacj DD-EX) - trzy kanału surround (lewy, prawy, centralny zawarty ‘matrycowo’ w prawym i lewym) - brak 100% separacji pomiędzy kanałami surround - kompatybilność ze wcześniejszymi systemami DTS 5. 1 - przepływność 1536 kbps lub 768 kbps Systemy kinowe / domowe

DTS-ES • 6. 1 kanałowy format Discrete - zaprezentowany w czerwcu 2000 r -

DTS-ES • 6. 1 kanałowy format Discrete - zaprezentowany w czerwcu 2000 r - trzeci dyskretny kanał surround (zapisywany w nieużywanym dotąd bloku ”data frame” - kompatybilność z wcześniejszymi systemami DTS 5. 1 i 6. 1 Matrix (kanał centralny zawarty jest w lewym i prawym kanale surround i należy go zniwelować przy odsłuchu w systemie 6. 1 Discrete dodając w przeciwfazie do lewego i prawego kanału surround) - brak 100% separacji pomiędzy kanałami surround (choć jest ona większa niż w przypadku systemu Matrix) - w kinie konieczność zastosowania przystawki DTS-ES Systemy kinowe / domowe

Wirtualny dźwięk przestrzenny • użycie standartowego głośnikowego zestawu stereo • dźwięk w jednym z

Wirtualny dźwięk przestrzenny • użycie standartowego głośnikowego zestawu stereo • dźwięk w jednym z formatów dookólnym zostaje ‘przystosowany’ do odsłuchu stereofonicznego - kanał centralny jato ‘phantomowy’ - kanały surround poprzez ‘virtualizer’ (oparty najczęściej na procesorze DSP) dodane są do dwóch dostępnych kanałów - zmniejszone pole prawidłowego odsłuchu Systemy domowe

Dolby Headphones • zaprezentowane zimą 2000 r • symulacja za pomocą procesora DSP wirtualnego

Dolby Headphones • zaprezentowane zimą 2000 r • symulacja za pomocą procesora DSP wirtualnego pomieszczenia z zestawem odsłuchowym zgodnym z AC-3 - możliwość wyboru charakterystyki wnętrza odsłuchowego - symulacja na słuchawkach odsłuchu stereo z zestawu głośnikowego( brak efektu dźwięku w środku głowy) • odbiór poprzez zwyczajne słuchawki stereofoniczne - brak potrzeby „personifikacji” stanowiska odsłuchowego - odbiorca jest cały czas w najlepszej pozycji odsłuchowej • kompatybilność z formatami dźwieku wielokanałowego : - Dolby Surround - Dolby Digital - PCM pakowane przez MLP - MPEG (do 5 kanałów) Systemy domowe

Dolby Headphones • pierwsze procesory DSP - firma Analog Devices INC • system znalazł

Dolby Headphones • pierwsze procesory DSP - firma Analog Devices INC • system znalazł miejsce w rozwiązaniach softwearowych - wtyczka programowa Personal Listening Space (firma Lake) wymagania Pentium II 266, 64 Mb RAM - softwearowe odtwarzacze DVD(Soft. DVD, Win. DVD, Power. DVD) Systemy domowe

Wirtualny dźwięk przestrzenny • do systemów tych należą m. in. : - Q Surround

Wirtualny dźwięk przestrzenny • do systemów tych należą m. in. : - Q Surround (Q Sound Labs) - Tru. Surround (SRS LABS ) - 3 D-Phonic (JVC ) - Lucas (Sennheiser) - Virtual Dolby Surround (Dolby Laboratories ) - Virtual Dolby Digital (Dolby Laboratories ) - Dolby Headphones (Dolby Laboratories ) - Virtual Sonic (Matsushita ) - VMAx (Harman International) - Digital Virtual Surround-5. 1 (Spatializer Audio Laboratories) - Aureal A 3 D Surround (Aureal Semiconductor ) - Sensaura EMI/CRL - Sony MDR-DS 5000 Systemy domowe

Podsumowanie systemy wielokanałowe

Podsumowanie systemy wielokanałowe

Podsumowanie systemy wielokanałowe

Podsumowanie systemy wielokanałowe

Przygotowali : Przemysław Maziewski (kat. Inżynierii Dźwięku) Marcin Rymon Lipiński (kat. Systemów i Urządzeń

Przygotowali : Przemysław Maziewski (kat. Inżynierii Dźwięku) Marcin Rymon Lipiński (kat. Systemów i Urządzeń Radiokomunikacyjnych) 11. 01. 2001