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サラウンドサウンドシステムの開発-モノラルから3Dまで
現在、XNUMX チャンネル ステレオ音響はサウンドを送信および再生する古典的な方法となっています。 ステレオ音響再生の目的は、音像をできるだけ正確に伝えることです。 音の定位は、より豊かで自然なサウンドを実現するための手段にすぎません。 しかし、最も一般的な「古典的な」XNUMX チャンネル システムによる空間情報の送信には多くの欠点があるため、設計者はさまざまなサラウンド サウンド システムを作成することになります。 コンサートホールのリスナーは、オーケストラの個々の楽器から発せられる直接音だけでなく、部屋の壁や天井に反射してさまざまな方向（後方を含む）から来る拡散音を聞くことで、空間の効果を生み出し、完成度を高めます。全体的な絵の印象。 拡散音がリスナーの耳に到達するまでの遅延とそのスペクトル構成は、部屋のサイズと音響特性によって異なります。 XNUMXチャンネル伝送の場合、拡散音による情報は大幅に失われますし、スタジオ録音の場合はそもそも存在しないこともあります。 人間の耳は水平面内の音源を最もよく定位します。 同時に、後ろから来る音は、追加情報がない場合、定位が悪くなります。 周辺視野を含む視覚は、物体の位置を決定する主な感覚であるため、視覚情報がなければ、垂直面内の音の位置と私たちからの距離を評価する能力は弱く、非常に個人的です。 これは、耳の個々の解剖学的特徴によって部分的に説明できます。 録音を再生するときは視覚的な情報がないため、「サラウンド サウンド」を提供すると主張する大衆市場向けのサウンド テクノロジは、平均的な、明らかに妥協点のあるものを作成することを余儀なくされます。 「ホール効果」を再現または合成するには、さまざまな方法を使用できます。 50 年代半ばに遡ると、フィリップス、グルンディッヒ、テレフンケンは 3D およびラウムトンの XNUMX 次元複製システムをテストしました。 音の伝達はモノラルでしたが、追加のスピーカー（通常は内蔵されているが、外部にあることはあまりありません）が音を横または上に放射し、壁や天井からの反射音により広い空間の印象を生み出しました。 家庭内でのエコー遅延は非常に小さいため、後にスプリング リバーブを使用して追加信号の増幅チャンネルでエコー遅延を増加させるようになりました。 当時としては技術的に非常に複雑だったため、これらのシステムは市場で長くは続かず、すぐに現場から姿を消しました。 その後、拡散音を送信するためのアンバイオフォニック システムが開発され、主に映画で応用されるようになりました。 このようなシステムで拡散音を送信するための追加のチャネル (複数のチャネル) は、メインのチャネルよりも出力が低く、その周波数範囲は拡散信号の周波数帯域 (約 300 ～ 5000 Hz) に対応します。 追加のスピーカーからの放射は拡散する必要があり、そのために放射はリスニング ルームの壁または天井に向けられます。
標準化の複雑さと、70 チャンネル、XNUMX チャンネル、またはそれ以上のチャンネルの信号の録音と送信に関する技術的問題により、長年にわたって XNUMX チャンネルのステレオ音響が音声の録音と送信の主要なシステムとなってきました。 しかし、サラウンド サウンド システムを作成する試みは止まりませんでした。 アンビオフォニーの発展はクアドラフォニー (XNUMX チャンネルのサウンド再生) であり、その人気のピークは XNUMX 年代前半に起こりました。 アンビオフォニック システムとは異なり、ここではすべてのサウンド再生チャンネルが同等に装備されています。 臨場感を最大限に高めるディスクリート（フル）クアドラフォニーは、XNUMX チャンネルの音声伝送を必要とするため、当時存在していた録音や放送の技術的手段と互換性がないことが判明しました。
この障害を克服するために、いくつかのマトリックスクワドラフォニー システム (当時の用語では準クアドラフォニー) が作成されました。このシステムでは、XNUMX つのチャンネルの元の信号が XNUMX つのチャンネルで送信するためにマトリックス化され、再生中に元の信号が復元されます。和差変換を行うことで、デコーダなしで通常のステレオ信号を再生することができました。 これらのシステムはどれも完全なクアドラフォニックではなく、チャンネルからチャンネルへの信号の透過量が大きいため XNUMX チャンネル ステレオとの完全な互換性もなかったため、実用的な用途は限られており、それらへの関心はすぐに薄れてしまいました。
クアドラフォニックシステムの「規格戦争」に勝者はなく、そのアイデアは幸いにも消滅し、原則は忘れ去られましたが、用語は残りました。 したがって、現在では、XNUMX つの増幅チャンネルと XNUMX つのスピーカーを備えた「何か」が誇らしげに「クアドラフォニック システム」と呼ばれているという事実に混乱する人はほとんどいません。 しかし、これは根本的に間違っています。信号源は XNUMX チャンネルのままであり、このシステム設計ではフロント チャンネルとリア チャンネルの信号はレベルのみが異なります。つまり、パンの原理が使用されます。 ステレオ録音の制作におけるパンニングは、モノラル オーディオ信号を音場の「左/右/中央」に配置するために 50 年代半ばから広く使用されてきました。 パンニングは信号の周波数や位相には影響せず、各ステレオ チャンネルに供給されるモノラル信号のレベルを変更するだけです。 複数のチャンネルにわたるパン (マルチチャンネル録音の場合) も同じ方法で行われます。 しかし、当社の補聴器は、音源の方向を決定する際に、音声信号の強度の差だけでなく、それらの間の位相シフトも使用します。位相シフトが音源の位置特定の精度に及ぼす影響は、約 500 ～ 3000 Hz の周波数範囲で最も顕著です。 （もう一度言いますが、拡散音の周波数範囲です！）。 したがって、単純なパンニングでは、必要なサウンドの忠実度は得られません。 最初のステレオ録音のステレオ効果 (「走行音」、サウンドの「左右」結合など) はすぐに退屈になってしまいました。 したがって、60 年代のスタジオでの電子楽器の最良の録音は、サウンドの「ライブ」性質を説明するマイク技術を使用して行われました。マルチチャンネルの完全電子 (マイクを使用しない) 楽器録音の導入。その後のミキシングは、サウンドエンジニアの仕事を容易にする一方で、同時にホールの雰囲気を破壊しました。 その後、マイク技術への完全な回帰は起こりませんでしたが、スタジオ録音を行う際にこの事実が考慮されるようになりました。 180 チャンネル再生方式を使用する場合、見かけの音源の有効位置 (ASS) のメイン ゾーンはリスナーの前に位置し、水平面で約 XNUMX 度の空間をカバーします。 追加の信号によってサポートされない限り、XNUMX つのフロント チャネルは、ソースが実際には垂直面の後ろおよび垂直面内に位置するサウンドを適切に再生できません。 サウンド パンニングと組み合わせたリア スピーカーの使用は、リスナーの前後にある音源ではうまく機能しますが、横にある場合はあまりうまく機能しません。 ただし、サウンドのパンニングだけでは、垂直面内での音源の許容可能な位置決めを行うことはできません。 マトリックス システムの開発中に、空間情報の重要な部分が差分信号 (ステレオ情報信号) に含まれていることが判明しました。差分信号は、純粋な形で、または特定の信号と混合してリア チャンネルのスピーカーに供給できます。フロント信号の割合。 最も単純なケースでは、追加の増幅チャンネルも必要なく、信号はアンプの出力でマトリクス化できます。
こうしていくつかの疑似クアドラフォニック システムが誕生し、70 年代半ばに「真のアーリア人」を市場から完全に追放しました。 それらは、差信号を取得する方法においてのみ互いに異なります。 しかし、彼らの勝利も長くは続かず、それは信号媒体であるビニールディスクと磁気テープの欠点によって説明されました。 左右のチャンネルからの相関のないノイズは差し引かれなかったので、差分信号のレベルが比較的低かったことと相まって、後部チャンネルの S/N 比が大幅に悪化しました。 このようなシステムのもう一つの、同様に重大な欠点は、後部信号のレベルがレコードの性質に依存しないことである。 後方信号のレベルが低い場合、空間効果はほとんど目立ちませんが、レベルが増加すると、サウンドステージに切れ目が現れ、その断片が後方に移動します（「オーケストラを取り囲む」効果であり、現実とは一致しません）。 。 「ライブ」録音 (合計、差分、および位相成分が自然に分布している) を再生する場合、この欠点はそれほど顕著ではありませんでしたが、ほとんどのスタジオのレコード盤では、後部チャンネルにより IZ の位置に重大な誤差が生じました。 この欠点を克服するために、初期のサラウンド サウンド システムは自動パンニングを使用しようとしました。 制御信号は空間情報のレベルから取得されます。差分信号のレベルの増加により、後部チャネルのゲインが増加します。 しかし、採用されたパンニングモデルは非常に粗く、その結果、エキスパンダー制御エラーがリア信号のレベルの無秩序な変化（「激しい呼吸」効果）を引き起こしました。 サラウンド サウンド システムへの関心は、デジタル メディアの出現に伴って再び高まっています。デジタル メディアの固有ノイズのレベルは無視でき、アナログ信号処理でもシステムのダイナミック レンジが実質的に低下しません。 デジタル信号処理方式の開発により、デジタル サウンド プロセッサ (デジタル サウンド プロセッサ - DSP) が誕生しました。 サラウンド サウンド プロセッサは、もともとホーム シアター システム用に開発されましたが、最近ではカー オーディオ システムでも積極的に使用され始めています。 これらを使用すると、車内のサウンドが大幅に改善されるため、個別の DSP デバイスとして製造されるだけでなく、比較的安価なラジオにも組み込まれます。 プロセッサー設定により、選択したリスニング場所に最適なパラメーターを選択できます。 限られた数の音響システムを使用して、機器が空間に定位した音を再現できるようにする方法は数多くあります。 さまざまな実装方法には長所と短所があるため、主要な信号処理方法間の基本的な違いを理解することが重要です。 最新のサラウンド サウンド システム (Dolby Surround、Dolby Pro-Logic、Q-Sound、Curcle Surround など) は、和差変換という同じ考え方に基づいており、「独自の」信号処理方法 (アナログとデジタルの両方) によって補完されています。 。 多くの場合、これらは「3D システム」という通称で統一されます (XNUMX 年前の用語の「復活」!)。 サラウンド サウンド システムにおけるオーディオ信号の処理に関連する原理を説明する前に、一般的な録音プロセスについて考えてみましょう。 まず、楽器、音声、音響効果など、多くの個別のチャンネルを含む録音が作成されます。 ミキシング中、望ましい結果を達成するために、各オーディオ トラックの音量レベルと音源の位置が制御されます。 ステレオ録音の場合、ミキシングの結果は 6 チャンネルになりますが、サラウンド システムの場合、チャンネル数はさらに多くなります (たとえば、「5.1」ドルビー デジタル/AC-3 フォーマットの場合は XNUMX チャンネル)。 いずれの場合も、各チャンネルは、ユーザーが聴くときに個々のスピーカーに送信されるように設計された信号で構成されます。 これらの信号はそれぞれ、元のソース信号が複雑に混合された結果です。 次に、ミキシング後に得られたチャネルをエンコードするプロセスが発生し、その結果が XNUMX つのデジタル ストリーム (ビットストリーム) になります。 再生中、デコーダはデジタル ストリームを処理し、個別のチャネルに分割して、再生のためにスピーカー システムに送信します。 マルチチャンネル (ディスクリート) サラウンド サウンド システムの場合、実際に存在しないスピーカー システムをシミュレートするモード (ファントム モード) が可能です。 スピーカーが XNUMX つしかない場合は、サブウーファー (低周波) チャンネルとセンター (対話) チャンネルが両方の出力チャンネルに同時に追加されます。 リア左チャンネルは左出力チャンネルに追加され、リア右チャンネルは右出力チャンネルに追加されます。 パンはオーディオ信号の振幅にのみ影響することに注意してください。 最新の 3D システムにおけるオーディオ変換には、オーディオ ストリームへの出力チャンネル間の振幅と位相差/遅延に関する追加情報が含まれます。 通常、処理量は信号の周波数によって異なりますが、一部のエフェクトは単純な時間遅延を使用して作成されます。 オーディオ信号の処理にはどのような方法が使用されますか? まず、これはステレオ拡張 (Stereo Expansion) で、フロント チャンネルの差ステレオ信号に影響を与えることによって生成されます。 この方法は古典的なものと考えられており、主に従来のステレオ録音に適用されます。 信号処理はアナログまたはデジタルのいずれかです。 3 つ目は、Positional 3D Audio (ローカライズされた 3D オーディオ) です。 この方法は、多くの個別のオーディオ チャネルで動作し、空間内の各信号の位置を個別に特定しようとします。 第三に、バーチャルサラウンドは、限られた数の音源を使用してマルチチャンネル録音を再生する方法であり、たとえば、XNUMX つのアコースティックスピーカーで XNUMX チャンネルのサウンドを再生します。 明らかに、最後の XNUMX つの方法はマルチチャンネル オーディオ メディア (DVD、AC-XNUMX 形式での録音) にのみ適用でき、自動車システムにはまだあまり関係ありません。 リストを締めくくるのは、さまざまな人工残響法です。 音が空間を伝わると、さまざまな物体によって反射または吸収されます。 広い空間での反射音は、実際にははっきりと認識できるエコーを生み出しますが、限られた空間では多くの反射音が重なって、原音に追随して減衰していく一つの系列として聞こえます。また、減衰の度合いは環境によって異なります。周波数は周囲の空間の特性に直接依存します。 デジタル サウンド プロセッサは、一般化された残響モデルを使用します。これにより、残響プロセスの制御が主要なパラメータ (遅延時間、反射回数、減衰率、反射信号のスペクトル構成の変化) の設定に限定されます。 これにより、ホール、ライブ、スタジアムなどのモードが実装されます。 模倣は非常に現実的であることが判明しました。 アナログプロセッサは、この目的のために信号遅延線を使用します。 この場合のリバーブパラメータの制御ははるかに複雑であるため、通常は固定操作モードが XNUMX つだけあります。 もちろん、既存のすべてのサラウンド サウンド システムの構造的特徴を説明することは困難ですが、それらの機能は説明した原則に基づいており、違いはアルゴリズムとモードのセット (プリセット) の詳細にのみあります。 したがって、サウンド プロセッサを選択する際の最良のアドバイザーは自分の聴覚です。 出版物: www.bluesmobil.com/shikhman
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