Активный декодер Dolby Surround Pro Logic

24.05.2006 Автор: Administrator     

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)* (*автор не уверен в точности перевода) 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 рисунке 6 показана функциональная схема активного декодера. На каждом выходе декодера установлен усилитель, управляемый напряжением (Voltage Controlled Amplifier, VCA).

Для примера возьмем случай, когда источник звука - единственный, и он расположен непосредственно у микрофона центрального канала С. Из рисунка 4 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 C и S, когда на входе декодера присутствует только сигнал Lt. Фактически сигнал может приходить с любого направления в пределах всех 360 градусов, изменяя усиление каналов в определенной пропорции, можно достичь достаточной степени.

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

Полагаем, что 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 рисунке. 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 реальных активных декодерах.

После исключения сигнала центрального мощность звука в левом канале не уменьшается, часть сигнала левого канала заменяется инвертированным сигналом правого канала. Кроме того, в центральном канале по-прежнему прослушивается суммарный сигнал L+R. В результате доминирующий звуковой образ (речь в канале С) фокусируется в направлении акустической системы С, а образы, соответствующие направлениям R и L, наоборот, "размазываются" в пространстве. Декодером используется один из принципов психоакустики, принцип маскирования (signal masking concept): воздействие доминирующего звукового образа временно снижает способность слушателя определять направления на другие звуковые образы. Так как мощность звуков, соответствующих этим образам, остается неизменной, "качание" (модуляция) этих звуков не наблюдается. В этом заключается другой принцип психоакустики - принцип постоянства мощности (constant-power concept). Выполняя принцип постоянства мощности в сочетании с активной взаимной компенсацией только в те моменты, когда требуется передача точного направления на звуковой образ, можно эффективно скрыть факт перераспределения мощности не доминирующих звуков.

В примере мы предполагали, что громкость речи намного выше громкости музыки, поэтому сигнал речи используется, как управляющий, сигнал музыки - как управляемый. В реальности разница уровней подобных сигналов может быть менее значительной. Если два разных звука близки по уровню, один из них становится маскирующим для компонентов другого, попавших не в "свои" каналы и наоборот, и требования к степени развязки снижаются. В таком случае требуется меньшая степень активной компенсации, и, соответственно, меньшая степень перераспределения не доминирующих сигналов по направлению.

Иногда желательно вообще исключить регулировку усиления, сделав декодер "пассивным". Например, звуки дождя или ветра воспринимаются слушателем на подсознательном уровне. Они не связываются с конкретным источником и могут воспроизводиться всеми громкоговорителями одновременно. В этом случае не требуется пространственной фокусировки звука, следовательно, и активного декодирования.

Крайнее проявление доминирования: все присутствующие на саундтреке звуки в данный момент связаны с одним направлением. Если сигнал обрабатывается пассивным декодером, из-за перетекания части мощности сигнала в соседние каналы возникает ошибка направления. Так как звуковой образ один, то в сигнале нет других звуков, способных маскировать эту ошибку. Таким образом, если доминирующий звуковой образ - единственный звуковой образ, перераспределение мощности по направлению становится особенно заметным. Но именно при этом условии легче всего компенсировать проникновение сигнала в другие каналы, используя технику компенсации. Так как сигналов с других направлений нет, нет и эффекта модуляции их мощности.

Другой крайний случай: два или более звуковых образа присутствуют одновременно на разных направлениях и имеют примерно одинаковую мощность. В этом случае способность слушателя к определению направления на образы притупляется, поэтому технику компенсации можно не использовать или использовать не в полной мере.

Чтобы обеспечить эффективное декодирование для обоих случаев, декодер Pro Logic автоматически выбирает один из режимов декодирования, "быстрый" или "медленный". "Быстрый" режим используется, если доминирующий звуковой образ намного мощнее других образов. Если такие образы возникают на разных направлениях последовательно во времени, декодер должен последовательно воспроизвести их на соответствующих направлениях. В любой момент времени декодер регулирует усиление выходов, исходя из наличия одного источника доминирующего звука, но в течение некоторого времени все источники последовательно воспринимаются раздельно. Для этого необходимо, чтобы время реакции управляющей цепи декодера на изменение входных сигналов было минимальным. Второй режим, "медленный", включается декодером, если мощности разных образов отличаются незначительно. В "медленном" режиме декодер отслеживает изменения входных сигналов с большей задержкой. В таких условиях маскирование проявляется слабо, поэтому, если декодер продолжит работу в "быстром" режиме, модуляция мощности не доминирующих образов станет заметной.

По определению, в каждый момент времени может существовать только один доминирующий образ, и ему соответствует единственное направление. Декодеру необходимо в любой момент времени иметь информацию о точном направлении на доминирующий образ, независимо от того, как быстро меняется пространственная звуковая картинка. Анализируя две пары электрических сигналов, соответствующих ортогональным осям декодера (левый-правый каналы, центральный канал-surround) можно однозначно идентифицировать любое направление в пространстве.

На рисунке изображена система координат. Оси "левый-правый канал" соответствует ось Х, оси "центр-surround" - ось Y. Если на осях отложить значения отношений амплитуд одного и того же сигнала в соответствующих каналах, по двум проекциям можно построить вектор, полностью определяющий доминирующий звуковой образ в данный момент времени. Угол вектора относительно оси Х определяет направление на источник звука (encoded angle), длина вектора - мощность звука.

Основой декодера Pro Logic является адаптивная матрица Pro Logic. В адаптивной матрице существуют два параллельных канала: канал прохождения входных сигналов Lt и Rt к суммирующей цепи и сложный канал управления. Большая часть электронных компонентов декодера используются для анализа входных сигналов и генерации сигналов управления, и относительно небольшая их часть занята собственно в обработке сигнала.

Главная задача управляющей цепи - определить параметры вектора доминирующего звукового образа. Сначала входные сигналы декодера нормируются, чтобы исключить ошибки, связанные с различием характеристик каналов передачи. Полосовой фильтр отсекает низкочастотные составляющие, не несущие информацию о направлении, и высокочастотные составляющие, и фазы которых сильно зависят от фазовых характеристик физических каналов.

Вторым этапом определяются отношения амплитуд пар сигналов, соответствующих осям декодера. Для этого четыре сигнала Lt, Rt, (Lt-Rt) и (Lt+Rt) детектируются амплитудными детекторами, полученные огибающие подаются на входы дифференциальных усилителей с логарифмической характеристикой. На выходах двух дифференциальных усилителей выделяются два ортогональных управляющих сигнала, пропорциональные разности логарифмов от амплитуд, т. е. пропорциональные отношению самих амплитуд. Хотя управляющих сигнала всего два, каждый из них биполярный - он может принимать как положительные, так и отрицательные значения. Например, если сигнал на выходе дифференциального усилителя оси "левый-правый каналы" положителен, доминирующий образ расположен слева от оси "центр-surround", если этот сигнал отрицателен, образ расположен справа от оси "центр - surround". Если сигнал нулевой, доминирования по сои "левый-правый" в данный момент нет.

Мгновенное значение управляющих сигналов постоянно сравнивается с пороговым значением, чтобы определить степень доминирования по той или иной оси в данный момент. Если сигнал хотя бы одной оси превышает пороговое значение, управляющая цепь переключает тракты обеих осей по принципу "ИЛИ" в "быстрый" режим.

Преобразователи полярности делают из двух биполярных сигналов четыре униполярных управляющих сигнала - El, Er, Ec и Es. Теперь вектор доминирующего образа представлен четырьмя электрическими сигналами, которые можно использовать для управления компенсирующими регулируемыми усилителями (VCA). Имеем: на входе сигнала - два входных сигнала Lt и Rt, на входе управления - четыре управляющих сигнала El, Er, Ec и Es. Получаем матрицу из восьми VCA и восемь выходных сигналов ElL, ElR, ErL, ErR, EcL, EcR, EsL и EsR. Вместе со входными сигналами Lt и Rt получается десять сигналов. Для получения выходных сигналов декодера четыре комбинирующих цепи суммируют и вычитают все десять сигналов с определенными весовыми коэффициентами. Выбор амплитуды и полярности каждого из сорока сигналов на входах комбинирующих цепей обеспечивает точную передачу направления на доминирующий образ, перераспределение мощности не доминирующих сигналов по направлению и сохранение мощности каждого звукового образа постоянной.


Источник: www.alltelevision.ru

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

 

© 2001-2018 «Компания Sat World». Все права защищены.
Порядок использования информации
Создание сайта — веб-мастерская «Хороший проект»

Яндекс цитирования