פיתוח מערכות סראונד - ממונו ועד תלת מימד. אומנות האודיו

ספרים ומאמרים
ספרייה חינם / מדריך / אומנות האודיו

פיתוח מערכות סאונד היקפי - ממונו ועד תלת מימד

אומנות האודיו

נכון לעכשיו, סטריאופוניה דו-ערוצית כבר הפכה לדרך קלאסית לשדר ושחזור סאונד. המטרה של שכפול צליל סטריאופוני היא לשחזר את תמונת הקול בצורה מדויקת ככל האפשר. לוקליזציה של סאונד היא רק אמצעי להשיג צליל עשיר וטבעי יותר. עם זאת, לשידור המידע המרחבי על ידי המערכות הדו-ערוציות ה"קלאסיות" הנפוצות ביותר יש מספר חסרונות, מה שמעודד מעצבים ליצור מערכות סראונד שונות.

המאזין באולם הקונצרטים שומע לא רק את הצליל הישיר המגיע מכלי נגינה בודדים של התזמורת, אלא גם מגיע מכיוונים שונים (כולל מאחור), צליל מפוזר (מפוזר) המוחזר מקירות החדר ומתקרה, מה שיוצר את אפקט החלל ומשלים את הרושם הכללי. ההשהיה שבה מגיע צליל מפוזר לאוזני המאזין וההרכב הספקטרלי שלו תלויים בגודל ובמאפיינים האקוסטיים של החדר. בשידור דו-ערוצי, המידע שנוצר מהסאונד המפוזר הולך לאיבוד במידה רבה, ובמקרה של הקלטת אולפן, ייתכן שהוא לא יהיה קיים בתחילה.

האוזן האנושית ממקמת בצורה הטובה ביותר את מקורות הקול במישור האופקי. יחד עם זאת, צלילים המגיעים מאחור, בהיעדר מידע נוסף, הם מקומיים גרועים יותר. הראייה, לרבות הראייה ההיקפית, היא החוש העיקרי לקביעת מיקומם של עצמים, לכן, ללא מידע חזותי, היכולת להעריך את מיקומו של הקול במישור האנכי ומרחקו מאיתנו חלשה ואינדיבידואלית למדי. באופן חלקי, ניתן להסביר זאת על ידי התכונות האנטומיות האישיות של האפרכסות. בעת השמעת תקליטים, אינפורמציה ויזואלית נעדרת, ולכן כל טכנולוגיית סאונד לשוק ההמוני המתיימר להיות "סאונד היקפי" נאלצת ליצור משהו ממוצע ולהתפשר בכוונה.

ניתן להשתמש בשיטות רבות כדי לשחזר או לסנתז את "אפקט האולם". עוד באמצע שנות ה-50, פיליפס, גרונדיג, טלפונקן בדקו מערכות השמעה תלת מימדיות בתלת מימד וראומטון. העברת הקול הייתה מונופונית, אך רמקולים נוספים (בדרך כלל מובנים, לעתים רחוקות יותר), המקרינים צליל לצדדים או כלפי מעלה, יצרו רושם של חלל גדול בשל הצליל שהוחזר מהקירות והתקרה. מאחר שעיכוב אות ההד בחצרים ביתיים הוא קטן למדי, הדהוד קפיץ שימש מאוחר יותר בערוץ להגברת אותות נוספים כדי להגדיל אותו. מערכות אלו, בשל המורכבות הטכנית שהייתה משמעותית לאותה תקופה, לא החזיקו מעמד זמן רב בשוק ויצאו במהירות מהבמה.

בהמשך פותחו מערכות אמביופוניות להעברת צליל מפוזר, ששימשו בעיקר בקולנוע. לערוץ (או לערוצים) הנוספים להעברת צליל מפוזר במערכות כאלה יש פחות הספק מהמרכזיים, וטווח התדרים שלהם מתאים לפס תדר האות המפוזר (כ-300...5000 הרץ). יש לפזר קרינה של רמקולים נוספים, עבורם הם מכוונים לקירות או לתקרה של חדר ההאזנה.

פיתוח מערכות סאונד היקפי - ממונו ועד תלת מימד

המורכבות של סטנדרטיזציה ובעיות טכניות בהקלטה והעברת אותות של שלושה, ארבעה או יותר ערוצים הובילו לכך שסטריאופוניה דו-ערוצית הפכה למערכת העיקרית להקלטה והעברת סאונד במשך שנים רבות. אבל הניסיונות ליצור מערכות סראונד לא פסקו. התפתחות האמביופוניה הייתה קוואדרפוניה (שחזור סאונד בעל ארבעה ערוצים), שהגיעה לשיא הפופולריות במחצית הראשונה של שנות ה-70. בניגוד למערכת האמביופונית, כאן כל ערוצי רפרודוקציית הסאונד מצוידים באותה מידה. קוואדרפוניה דיסקרטית (מלאה), המספקת את האפקט המרבי של נוכחות, דורשת ארבעה ערוצי שידור קול, ולכן התבררה כלא תואמת את האמצעים הטכניים של הקלטת ושידור קול שהיו קיימים באותה תקופה.

פיתוח מערכות סאונד היקפי - ממונו ועד תלת מימד

כדי להתגבר על מכשול זה, נוצרו מספר מערכות של קוואדרפוניה מטריצת (בטרמינולוגיה של אז - מעין קוואדרפוניה), בהן האותות המקוריים של ארבעה ערוצים עברו מטריקס לשידור על פני שני ערוצים, ובמהלך ההשמעה שוחזרו האותות המקוריים על ידי טרנספורמציות של הבדל סכום, וללא מפענח ניתן היה לשחזר אות סטריאו רגיל. מאחר שאף אחת מהמערכות הללו לא הייתה מרובעת לחלוטין או תואמת לחלוטין לסטריפוניה דו-ערוצית בשל חדירת האותות הגבוהה מערוץ לערוץ, היישום המעשי שלהן היה מוגבל והעניין בהן דעך במהירות.

פיתוח מערכות סאונד היקפי - ממונו ועד תלת מימד

לא היו מנצחים ב"מלחמת התקנים" של מערכות מרובע, הרעיון מת בשלום, העקרונות נשכחו, אבל המונח נשאר. לכן, כעת מעט אנשים נבוכים מהעובדה ש"משהו" שיש לו ארבעה ערוצי הגברה וארבעה רמקולים נקרא בגאווה "מערכת מרובעת". עם זאת, זה שגוי מיסודו, מכיוון שמקור האות נשאר דו-ערוצי, והאותות של הערוצים הקדמיים והאחוריים עם בניית מערכת זו שונים זה מזה רק ברמה, כלומר, נעשה שימוש בעקרון ה-panning.

Panning נמצא בשימוש נרחב בייצור סטריאו מאז אמצע שנות ה-50 כדי למקם אותות אודיו מונופוניים "משמאל/ימין/אמצע" של שדה הקול. בעת הפנייה, אין השפעה על התדר והפאזה של האות, רק רמת אות המונו המסופק לכל אחד מערוצי הסטריאו משתנה. הפנייה למספר ערוצים (במקרה של הקלטות רב-ערוציות) מתבצעת באופן דומה. עם זאת, בעת קביעת הכיוון למקור הקול, מכשיר השמיעה שלנו משתמש לא רק בהבדל בעוצמת אותות הקול, אלא גם בהסטת הפאזה ביניהם, וההשפעה של הסטת הפאזה על הדיוק של לוקליזציה של מקור הקול היא הגבוהה ביותר. מבוטא בטווח התדרים שבין כ-500 ל-3000 הרץ. (שוב, טווח התדרים של צליל מפוזר!).

לכן, פנורמה פשוטה אינה מספקת את נאמנות הצליל הרצויה. אפקטי סטריאו ("קול ריצה", כריכת סאונד "שמאל-ימין" וכו') של הקלטות הסטריאו הראשונות הפכו במהרה למשעממים. לכן, מיטב ההקלטות של כלים אלקטרוניים באולפן בשנות ה-60 נעשו באמצעות טכנולוגיית מיקרופון, מה שמסביר את האופי ה"חי" של הסאונד: כניסתה של ריבוי ערוצי אלקטרוני מלא (ללא שימוש במיקרופונים) הקלטה של כלים עם ערבוב שלאחר מכן, שהקל על עבודתו של מהנדס הקול, הרס במקביל את האווירה של האולם. לאחר מכן, עובדה זו החלה להילקח בחשבון בעת ביצוע הקלטות אולפן, אם כי לא הייתה חזרה מלאה לטכנולוגיית המיקרופון.

בעת שימוש בסכמת השמעה דו-ערוצית, האזור הראשי של מיקום יעיל של מקורות קול לכאורה (PSZ) ממוקם מול המאזין ומכסה רווח של כ-180 מעלות במישור האופקי. שני הערוצים הקדמיים אינם מסוגלים לשחזר בצורה מספקת צלילים שמקורותיהם נמצאים במציאות מאחורי ובמישור אנכי, אם אין תמיכה בצורת אותות נוספים. השימוש ברמקולים אחוריים בשילוב עם תנופת סאונד עובד היטב עם מקורות הסאונד מלפנים ומאחורי המאזין וחלש יותר עם תנוחת הצד. עם זאת, הזנת קול לבד לעולם לא תספק מיקום מקובל של מקורות קול במישור האנכי.

במהלך הפיתוח של מערכות מטריצות, התברר שחלק ניכר מהמידע המרחבי כלול באות ההפרש (אות מידע סטריאו), אותו ניתן להזין לרמקולי הערוץ האחורי בצורה טהורה או לערבב עם חלק מסוים של אותות קדמיים. במקרה הפשוט ביותר, זה אפילו לא דורש ערוצי הגברה נוספים, וניתן לעצב אותות ביציאת המגבר:

פיתוח מערכות סאונד היקפי - ממונו ועד תלת מימד

כך נולדו כמה מערכות פסאודו-קוואדרפוניות, שהדיחו לחלוטין את "האריים האמיתיים" מהשוק באמצע שנות ה-70. הם נבדלו זה מזה רק בדרכי השגת אות הבדל. עם זאת, הניצחון שלהם היה גם קצר מועד, מה שהוסבר בחסרונות של נושא האותות - דיסק הוויניל והסרט המגנטי. הרעש הלא מתאם של הערוצים השמאלי והימני לא הופחת, מה שבשילוב עם הרמה הנמוכה יחסית של אות ההפרש, החמיר מאוד את יחס האות לרעש בערוצים האחוריים.

חיסרון נוסף, לא פחות משמעותי, של מערכות כאלה הוא חוסר התלות של רמת האות האחורית באופי הפונוגרמה. עם רמה נמוכה של האות האחורי, האפקט המרחבי כמעט ולא מורגש, עם עליית הרמה מופיעה שבירה בבמת הסאונד ושבריו נעים אחורה (אפקט של "הקפת תזמורת", שאינו תואם למציאות).

בעת השמעת הקלטות "חיות" (בעלות חלוקה טבעית של רכיבי סכום, הפרש ופאזה), חסרון זה היה חסר חשיבות, אך ברוב פונוגרמות האולפן, הערוצים האחוריים הציגו שגיאות משמעותיות במיקום ה-CIP. כדי להתגבר על החיסרון הזה, מערכות סראונד מוקדמות ניסו להשתמש ב-panning אוטומטי. אותות בקרה התקבלו מרמת המידע המרחבי - עלייה ברמת אותות ההפרש הובילה לעלייה בהגבר בערוצים האחוריים. עם זאת, דגם ה-panning שאומץ היה גס מאוד, וכתוצאה מכך שגיאות בקרת הרחפן הובילו לשינוי כאוטי ברמת האותות האחוריים (אפקט "הנשימה הכבדה").

העניין במערכות סאונד היקפי צץ מחדש עם הופעת המדיה הדיגיטלית, רמת הרעש שלהם זניחה, ואפילו עיבוד אותות אנלוגי כמעט ולא ידרדר את הטווח הדינמי של המערכת. פיתוח שיטות עיבוד אותות דיגיטליות הוביל ליצירת מעבדי קול דיגיטליים (Digital Sound Processor - DSP).

פותחו במקור עבור מערכות קולנוע ביתי, מעבדי סאונד סראונד החלו בשימוש פעיל במערכות שמע לרכב לאחרונה. השימוש בהם יכול לשפר משמעותית את הסאונד במכונית, כך שהם מיוצרים לא רק בצורה של התקני DSP נפרדים, אלא גם חלק ממקלטי רדיו זולים יחסית. הגדרות המעבד מאפשרות לך לבחור את הפרמטרים האופטימליים ביותר עבור עמדת ההאזנה שנבחרה.

ישנן מספר שיטות המאפשרות לציוד לשחזר סאונד מקומי בחלל עם מספר מוגבל של רמקולים. לשיטות יישום שונות יש חוזקות וחולשות, לכן חשוב להבין את ההבדלים המהותיים בין שיטות עיבוד האותות העיקריות. בלב מערכות סאונד היקפי מודרניות (Dolby Surround, Dolby Pro-Logic, Q-Sound, Curcle Surround ואחרים) נמצא אותו רעיון של המרת סכום-הפרש, בתוספת שיטות עיבוד אותות "קנייניות" (הן אנלוגיות והן דִיגִיטָלי). לעתים קרובות הם מאוחדים בשם הנפוץ "מערכות תלת מימד" ("לידה מחדש" של המונח לפני ארבעים שנה!).

לפני שנסתכל על העקרונות הכרוכים בעיבוד אותות אודיו במערכות סאונד סראונד, בואו נסכם את תהליך ההקלטה הטיפוסי. ראשית, מתבצעת הקלטה שיש לה הרבה ערוצים בודדים - כלי נגינה, קולות, אפקטים קוליים וכו'. במהלך המיקס, עבור כל רצועת אודיו, עוצמת הקול ומיקום מקור השמע נשלטים להשגת התוצאה הרצויה. במקרה של הקלטת סטריאו, תוצאת המיקס היא שני ערוצים, למערכות היקפיות מספר הערוצים גבוה יותר (למשל 6 ערוצים לפורמט Dolby Digital/AC-5.1 "3"). בכל מקרה, כל ערוץ מורכב מאותות המיועדים לניתוב לרמקולים בודדים כאשר המשתמש מקשיב. כל אחד מהאותות הללו הוא תוצאה של ערבוב מורכב של אותות המקור המקוריים.

לאחר מכן, מתבצע תהליך קידוד הערוצים המתקבלים לאחר המיקס, וכתוצאה מכך מתקבל זרם דיגיטלי אחד (ביטסטרים). במהלך השמעה, המפענח מעבד את הזרם הדיגיטלי, מחלק אותו לערוצים בודדים ומשדר אותם להשמעה למערכות רמקולים. עבור מערכות סראונד רב ערוציות (בדידות), ניתן לדמות מערכות אקוסטיות מהחיים האמיתיים (מצב פנטום). אם יש לך רק שני רמקולים, אז ערוצי הסאב-וופר (וופר) והמרכז (דיאלוג) פשוט מתווספים בו-זמנית לשני ערוצי הפלט. הערוץ השמאלי האחורי מתווסף לערוץ הפלט השמאלי, הערוץ הימני האחורי לערוץ הפלט הימני.

נזכיר ש-panning משפיע רק על משרעת אות השמע. המרת אודיו במערכות תלת מימד מודרניות כוללת מידע נוסף על משרעת והפרש/השהיית פאזה בין ערוצי המוצא בזרם האודיו. בדרך כלל, כמות העיבוד תלויה בתדירות האות, אם כי חלק מהאפקטים נוצרים באמצעות עיכובי זמן פשוטים.

באילו שיטות משתמשים לעיבוד אות השמע? קודם כל, מדובר בהרחבת בסיס הסטריאו (Stereo Expansion), המופקת על ידי השפעה על אות הסטריאו הדיפרנציאלי של הערוצים הקדמיים. שיטה זו יכולה להיחשב קלאסית והיא חלה בעיקר על הקלטות סטריאו קונבנציונליות.

עיבוד אותות יכול להיות אנלוגי או דיגיטלי. שנית, אודיו תלת מימד מיקום (צליל תלת מימדי מקומי). שיטה זו פועלת על ערוצי שמע בודדים רבים ומנסה לאתר כל אות בנפרד בחלל. שלישית, Virtual Surround (סאונד סראונד וירטואלי) היא שיטה להשמעת הקלטה רב-ערוצית באמצעות מספר מוגבל של מקורות קול, למשל, השמעת צליל של חמישה ערוצים בשני רמקולים. ברור ששתי השיטות האחרונות חלות רק על מדיה רב-ערוצית (הקלטות בפורמט DVD, AC-3), מה שלא חשוב מאוד למערכות רכב עד כה.

מסיימים את הרשימה שיטות שונות של הדהוד מלאכותי. כאשר צליל מתפשט בחלל, הוא יכול להשתקף או להיספג על ידי עצמים שונים. צלילים מושתקפים בחלל גדול יכולים למעשה ליצור הד המובחן בבירור, אך בחלל מוגבל יש שילוב של הרבה צלילים משתקפים כך שאנו שומעים אותם כרצף אחד העוקב אחר הצליל המקורי ומתפוגג, ומידת ההנחתה היא שונה עבור תדרים שונים ותלוי ישירות במאפייני הסביבה.

מעבדי קול דיגיטליים משתמשים במודל הדהוד כללי, אשר מצמצם את השליטה בתהליך ההדהוד לקביעת פרמטרים מרכזיים (זמן השהיה, מספר השתקפויות, קצב דעיכה, שינוי בהרכב הספקטרלי של האותות המוחזרים). כך, מצבי האולם, החיים, האצטדיון וכו' מיושמים. הסימולציה די ריאלית. מעבדים אנלוגיים משתמשים בקווי השהיית אות למטרה זו. השליטה בפרמטרי הדהוד במקרה זה היא הרבה יותר מסובכת, כך שבדרך כלל יש רק מצב פעולה אחד קבוע.

כמובן שקשה לתאר את המאפיינים המבניים של כל מערכות הסאונד הקיימות, אבל עבודתן מבוססת על העקרונות הנחשבים - ההבדל הוא רק בפרטי האלגוריתמים ובסט המצבים (קביעות מוקדמות). לכן, היועץ הטוב ביותר בבחירת מעבד קול הוא השמיעה שלך.

פרסום: www.bluesmobil.com/shikhman

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף אומנות האודיו:

▪ פיתוח מערכות סאונד היקפי - ממונו ועד תלת מימד

▪ אות חדשה באלפבית

▪ מה זה RIAA, MM ו-MC

ראה מאמרים אחרים סעיף אומנות האודיו.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

מעקב וידאו ברכבת התחתית מזהה את העבריין 03.04.2013

מערכת מעקב וידאו שמזהה אוטומטית מבוקשים תיבדק בקרוב באחת מתחנות המטרו של מוסקבה, כך מדווח Interfax, תוך ציטוט של אלכסיי מאירוב, ראש מחלקת הביטחון האזורית של הבירה.

הוא הבהיר כי כיום קיימת תוכנה המאפשרת זיהוי אוטומטי של מבוקשים באמצעות תמונת וידאו, וכן זיהוי פוטנציאליים של מפירי חוק על ידי ההתנהגות. יחד עם זאת, לדבריו, התקנה נרחבת של מצלמות וידאו המאפשרות לזהות אזרחים המצויים ברשימת המבוקשים אינה ראויה, שכן הדבר ידרוש "מרכז מחשבים".

עוד חדשות מעניינות:

▪ טושיבה רוכשת את מפעל סוני תמורת 835 מיליון דולר

▪ LED בשמן

▪ אספקת כוח דיגיטלית ללא מאוורר Mean Well PHP-3500

▪ כפפת טלפון

▪ Xiaomi Wi-Fi Amplifier 2

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ סעיף האתר הוראות שימוש. בחירת מאמרים

▪ מאמר מאת שרה ברנהרדט. פרשיות מפורסמות

▪ כתבה אילו שבבים דרשו ללא הצלחה על ידי החברה שלהם שלא ייחשבו כשבבים? תשובה מפורטת

▪ מאמר נקודות מצפן, סימונים זוויתיים. טיפים לתיירים

▪ מאמר חידוד של 35AC-015 מבוסס על מסנן סולם. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר ספק כוח ללא שנאי, עד 30 מיליאמפר. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר