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모노에서 3D로 서라운드 사운드 시스템의 개발
현재 XNUMX채널 스테레오포니는 이미 사운드를 전송하고 재생하는 고전적인 방법이 되었습니다. 스테레오 사운드 재생의 목적은 사운드 이미지를 최대한 정확하게 재생하는 것입니다. 소리 위치 파악은 보다 풍부하고 자연스러운 소리를 얻기 위한 수단일 뿐입니다. 그러나 가장 일반적인 "클래식" XNUMX채널 시스템을 통한 공간 정보 전송에는 여러 가지 단점이 있어 설계자가 다양한 서라운드 사운드 시스템을 만들도록 권장합니다. 콘서트 홀의 청취자는 오케스트라의 개별 악기에서 나오는 직접적인 소리뿐만 아니라 다양한 방향(뒤를 포함하여)에서 나오는 소리, 방의 벽과 천장에서 반사되는 확산(확산) 소리를 듣게 됩니다. 공간의 효과를 높여 전체적인 인상을 완성해줍니다. 확산 사운드가 청취자의 귀에 도달하는 지연과 그 스펙트럼 구성은 공간의 크기와 음향 특성에 따라 달라집니다. XNUMX채널 전송에서는 확산음에 의해 생성된 정보가 크게 손실되며, 스튜디오 녹음의 경우 처음에는 존재하지 않을 수도 있습니다. 인간의 귀는 수평면에서 음원의 위치를 가장 잘 파악합니다. 동시에 추가 정보가 없으면 뒤에서 나오는 소리의 위치가 더 나빠집니다. 주변 시력을 포함한 시력은 물체의 위치를 결정하는 주요 감각이므로 시각적 정보가 없으면 수직면에서 소리의 위치와 우리와의 거리를 평가하는 능력은 약하고 다소 개별적입니다. 부분적으로 이것은 귓바퀴의 개별적인 해부학적 특징으로 설명될 수 있습니다. 레코드를 재생할 때 시각적 정보가 없기 때문에 "서라운드 사운드"라고 주장하는 대중 시장을 위한 모든 사운드 기술은 평균적인 것을 만들고 의도적으로 타협할 수밖에 없습니다. "홀 효과"를 재현하거나 합성하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있습니다. 50년대 중반에 Philips, Grundig, Telefunken은 3D 및 Raumton XNUMX차원 재생 시스템을 테스트했습니다. 사운드 전송은 모노포닉이었지만 측면이나 위쪽으로 사운드를 방사하는 추가 확성기(일반적으로 내장형, 원격으로 사용되는 경우는 적음)는 벽과 천장에서 반사되는 사운드로 인해 넓은 공간의 느낌을 만들어 냈습니다. 가정 내 에코 신호 지연은 다소 작기 때문에 나중에 이를 증가시키기 위해 추가 신호를 증폭하기 위해 채널에 스프링 잔향기가 사용되었습니다. 이러한 시스템은 당시로서는 상당한 기술적 복잡성으로 인해 시장에서 오래 지속되지 못하고 빠르게 무대에서 사라졌습니다. 그 후, 주로 영화에서 사용되는 확산 사운드를 전송하기 위해 앰비포닉 시스템이 개발되었습니다. 이러한 시스템에서 확산 사운드를 전송하기 위한 추가 채널(또는 채널)은 기본 채널보다 전력이 낮으며 해당 주파수 범위는 확산 신호 주파수 대역(약 300...5000Hz)에 해당합니다. 추가 스피커의 방사는 확산되어 청취실의 벽이나 천장으로 향해야 합니다.
70, XNUMX개 이상의 채널 신호를 녹음하고 전송하는 데 따른 표준화의 복잡성과 기술적 문제로 인해 XNUMX채널 스테레오포니가 수년 동안 사운드를 녹음하고 전송하는 주요 시스템이 되었습니다. 그러나 서라운드 사운드 시스템을 만들려는 시도는 멈추지 않았습니다. 앰비포니의 발전은 쿼드라포니(XNUMX채널 사운드 재생)로, XNUMX년대 전반에 인기가 최고조에 달했습니다. 앰비포닉 시스템과 달리 여기에서는 모든 사운드 재생 채널이 동일하게 제공됩니다. 최대의 현장감 효과를 제공하는 디스크리트(풀) 쿼드러포니는 XNUMX개의 사운드 전송 채널이 필요하므로 당시 존재했던 사운드 녹음 및 방송의 기술적 수단과 호환되지 않는 것으로 나타났습니다.
이 장애물을 극복하기 위해 여러 개의 매트릭스 쿼드러포니(당시 용어로 준 쿼드라포니) 시스템이 만들어졌습니다. 이 시스템에서는 XNUMX개 채널의 원래 신호가 두 채널을 통한 전송을 위해 매트릭스화되었으며 재생 중에 원래 신호가 복원되었습니다. 합차 변환을 통해 디코더 없이도 정상적인 스테레오 신호를 재생할 수 있었습니다. 이러한 시스템 중 어느 것도 채널 간 높은 신호 침투로 인해 완전히 쿼드이거나 XNUMX채널 스테레오포니와 완벽하게 호환되지 않았기 때문에 실제 적용이 제한되었고 이에 대한 관심이 빠르게 사라졌습니다.
쿼드 시스템의 "표준 전쟁"에는 승자가 없었고 아이디어는 안전하게 죽었고 원칙은 잊혀졌지만 용어는 그대로 유지되었습니다. 따라서 이제 XNUMX개의 증폭 채널과 XNUMX개의 스피커를 갖춘 '무언가'를 자랑스럽게 '쿼드 시스템'이라고 부르는 사실에 당황하는 사람은 거의 없습니다. 그러나 신호 소스는 XNUMX채널로 유지되고 이러한 시스템 구성을 사용하는 전면 및 후면 채널의 신호는 레벨만 다르므로 이는 근본적으로 잘못된 것입니다. 즉 패닝 원리가 사용됩니다. 패닝은 50년대 중반부터 스테레오 제작에서 음장의 모노 오디오 신호 "왼쪽/오른쪽/중간" 위치를 지정하는 데 널리 사용되었습니다. 패닝 시 신호의 주파수와 위상에는 영향이 없으며 각 스테레오 채널에 공급되는 모노 신호의 레벨만 변경됩니다. 여러 채널로의 패닝(다중 채널 녹음의 경우)도 비슷한 방식으로 수행됩니다. 그러나 당사의 보청기는 음원 방향을 결정할 때 소리 신호의 강도 차이뿐만 아니라 이들 사이의 위상 변이도 사용하며, 위상 변이가 음원 위치 파악의 정확도에 미치는 영향이 가장 큽니다. 약 500~3000Hz의 주파수 범위에서 두드러집니다. (다시 말하지만, 확산음의 주파수 범위입니다!). 따라서 단순한 패닝으로는 원하는 사운드 충실도를 얻을 수 없습니다. 첫 번째 스테레오 녹음의 스테레오 효과("실행 사운드", "왼쪽-오른쪽" 사운드 바인딩 등)는 금방 지루해졌습니다. 따라서 60년대 스튜디오에서 최고의 전자 악기 녹음은 마이크 기술을 사용하여 이루어졌으며 이는 사운드의 "라이브" 특성을 설명합니다. 후속 믹싱은 사운드 엔지니어의 작업을 촉진하는 동시에 홀의 분위기를 파괴했습니다. 그 후 마이크 기술로 완전히 복귀하지는 않았지만 스튜디오 녹음을 수행할 때 이 사실이 고려되기 시작했습니다. 180채널 재생 방식을 사용하는 경우 PSZ(유효 위치의 주요 영역)는 청취자의 전면에 위치하며 수평면에서 약 XNUMX도 공간을 차지합니다. 추가 신호 형태의 지원이 없으면 두 전면 채널은 실제로 소스가 수직면 뒤편에 있는 사운드를 적절하게 재생할 수 없습니다. 사운드 패닝과 함께 후면 스피커를 사용하면 청취자 앞과 뒤의 음원과 잘 어울리고 측면 위치에서는 약해집니다. 그러나 사운드 패닝만으로는 수직면에서 사운드 소스의 적절한 위치 지정을 결코 제공할 수 없습니다. 매트릭스 시스템을 개발하는 동안 공간 정보의 상당 부분이 차 신호(스테레오 정보 신호)에 포함되어 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 신호는 순수한 형태로 또는 특정 비율의 신호와 혼합되어 후면 채널 라우드스피커에 공급될 수 있습니다. 전방 신호. 가장 간단한 경우에는 추가 증폭 채널이 필요하지 않으며 신호는 증폭기 출력에서 매트릭스화될 수 있습니다.
이것이 바로 70년대 중반 시장에서 "진정한 아리아인"을 완전히 축출한 여러 유사 쿼드라포닉 시스템이 탄생한 방식입니다. 그들은 차이 신호를 얻는 방식에서만 서로 달랐습니다. 그러나 그들의 승리는 비닐 디스크와 자기 테이프와 같은 신호 매체의 단점으로 설명되는 단기적이었습니다. 왼쪽 및 오른쪽 채널의 상관되지 않은 노이즈는 차감되지 않았으며, 이는 상대적으로 낮은 레벨의 차 신호와 결합하여 후면 채널의 신호 대 노이즈 비율을 크게 악화시켰습니다. 이러한 시스템의 또 다른 중요한 단점은 음반의 특성에 대한 후면 신호 레벨의 의존성이 부족하다는 것입니다. 후면 신호의 레벨이 낮을 경우 공간 효과는 거의 눈에 띄지 않으며 레벨이 증가하면 사운드 스테이지의 중단이 나타나고 그 조각이 뒤로 이동합니다("오케스트라에 의한 주변" 효과는 해당하지 않음). 현실로). "라이브" 녹음(합, 차이 및 위상 구성 요소가 자연스럽게 분포됨)을 재생할 때 이러한 단점은 미미했지만 대부분의 스튜디오 음반에서 후면 채널은 KIZ 위치에 심각한 오류를 가져왔습니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 초기 서라운드 사운드 시스템에서는 자동 패닝을 사용하려고 했습니다. 제어 신호는 공간 정보 수준에서 얻어졌습니다. 차동 신호 수준이 증가하면 후면 채널의 게인이 증가했습니다. 그러나 채택된 패닝 모델은 매우 조잡했으며 그 결과 확장기 제어 오류로 인해 후면 신호 레벨이 혼란스럽게 변경되었습니다("무거운 호흡" 효과). 디지털 미디어의 출현으로 서라운드 사운드 시스템에 대한 관심이 다시 부각되었으며, 자체 소음 수준은 무시할 수 있을 정도이며, 아날로그 신호 처리조차도 시스템의 다이내믹 레인지를 거의 저하시키지 않습니다. 디지털 신호 처리 방법의 개발은 디지털 사운드 프로세서(Digital Sound Processor - DSP)의 탄생으로 이어졌습니다. 원래 홈 시어터 시스템용으로 개발된 서라운드 사운드 프로세서는 최근 자동차 오디오 시스템에 활발히 사용되기 시작했습니다. 이를 사용하면 자동차의 사운드를 크게 향상시킬 수 있으므로 별도의 DSP 장치 형태로 생산될 뿐만 아니라 상대적으로 저렴한 라디오 테이프 레코더의 일부로도 생산됩니다. 프로세서 설정을 사용하면 선택한 청취 위치에 가장 적합한 매개변수를 선택할 수 있습니다. 제한된 수의 스피커를 사용하여 장비가 공간에 국한된 사운드를 재생할 수 있도록 하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 다양한 구현 방법에는 장단점이 있으므로 주요 신호 처리 방법 간의 근본적인 차이점을 이해하는 것이 중요합니다. 최신 서라운드 사운드 시스템(Dolby Surround, Dolby Pro-Logic, Q-Sound, Curcle Surround 및 기타)의 중심에는 "독점적인" 신호 처리 방법(아날로그 및 디지털). 종종 그들은 "3D-systems"(XNUMX년 전 용어의 "rebirth"!)라는 일반 이름으로 통합됩니다. 서라운드 사운드 시스템에서 오디오 신호 처리와 관련된 원리를 살펴보기 전에 일반적인 녹음 프로세스를 요약해 보겠습니다. 먼저, 악기, 음성, 음향 효과 등 많은 개별 채널이 포함된 녹음이 이루어집니다. 믹싱하는 동안 각 오디오 트랙에 대해 볼륨 레벨과 오디오 소스의 위치가 제어되어 원하는 결과를 얻을 수 있습니다. 스테레오 녹음의 경우 믹싱 결과는 6개 채널이고, 서라운드 시스템의 경우 채널 수가 더 많습니다(예: Dolby Digital/AC-5.1 "3" 형식의 경우 XNUMX개 채널). 어떤 경우든 각 채널은 사용자가 들을 때 개별 스피커로 라우팅되도록 의도된 신호로 구성됩니다. 이러한 각 신호는 원래 소스 신호를 복잡하게 혼합한 결과입니다. 다음으로, 믹싱 후 수신된 채널들을 인코딩하는 과정이 이루어지며, 결과적으로 하나의 디지털 스트림(비트스트림)이 획득된다. 재생 중에 디코더는 디지털 스트림을 처리하여 이를 개별 채널로 나누고 재생을 위해 스피커 시스템으로 전송합니다. 다중 채널(개별) 서라운드 사운드 시스템의 경우 실제 음향 시스템(팬텀 모드)을 시뮬레이션할 수 있습니다. 스피커가 XNUMX개만 있는 경우 서브우퍼(우퍼)와 중앙(대화 상자) 채널이 두 출력 채널에 동시에 추가됩니다. 후면 왼쪽 채널은 왼쪽 출력 채널에 추가되고 후면 오른쪽 채널은 오른쪽 출력 채널에 추가됩니다. 패닝은 오디오 신호의 진폭에만 영향을 미친다는 점을 기억하세요. 최신 3D 시스템의 오디오 변환에는 오디오 스트림의 출력 채널 간의 진폭 및 위상 차이/지연에 대한 추가 정보가 포함됩니다. 일반적으로 처리량은 신호의 주파수에 따라 다르지만 일부 효과는 단순한 시간 지연을 사용하여 생성됩니다. 오디오 신호를 처리하는 데 어떤 방법이 사용됩니까? 우선, 이것은 프론트 채널의 차동 스테레오 신호에 영향을 주어 생성되는 스테레오 베이스의 확장(Stereo Expansion)입니다. 이 방법은 고전적인 것으로 간주될 수 있으며 주로 기존 스테레오 녹음에 적용됩니다. 신호 처리는 아날로그일 수도 있고 디지털일 수도 있습니다. 둘째, 위치 3D 오디오(현지화된 3D 사운드)입니다. 이 방법은 많은 개별 오디오 채널에서 작동하며 공간에서 각 신호를 개별적으로 찾으려고 시도합니다. 세 번째로, Virtual Surround(가상 서라운드 사운드)는 제한된 수의 음원을 사용하여 다채널 녹음을 재생하는 방식입니다. 예를 들어 3개의 스피커에서 XNUMX채널 사운드를 재생합니다. 마지막 두 가지 방법은 다중 채널 오디오 미디어(DVD, AC-XNUMX 형식으로 녹음)에만 적용 가능하며 지금까지 자동차 시스템에는 그다지 관련이 없다는 것이 분명합니다. 목록을 마무리하는 것은 다양한 인공 반향 방법입니다. 소리는 공간을 통해 전파되면서 다양한 물체에 의해 반사되거나 흡수될 수 있습니다. 넓은 공간에서 반사된 소리는 실제로는 뚜렷하게 구별되는 울림을 만들어 낼 수 있지만 제한된 공간에서는 반사된 소리가 많이 결합되어 원래의 소리를 따라가다가 희미해지는 하나의 시퀀스로 들리게 되며 감쇠 정도는 주파수에 따라 다르며 환경의 특성에 직접적으로 의존합니다. 디지털 사운드 프로세서는 일반화된 잔향 모델을 사용하여 잔향 프로세스의 제어를 주요 매개변수(지연 시간, 반사 횟수, 감쇠율, 반사 신호의 스펙트럼 구성 변경) 설정으로 축소합니다. 이에 따라 홀, 라이브, 스타디움 등의 모드가 구현된다. 시뮬레이션은 매우 현실적입니다. 아날로그 프로세서는 이러한 목적으로 신호 지연 라인을 사용합니다. 이 경우 리버브 매개변수의 제어는 훨씬 더 복잡하므로 일반적으로 고정된 작동 모드는 하나만 있습니다. 물론 기존의 모든 서라운드 사운드 시스템의 구조적 특징을 설명하기는 어렵지만 해당 작업은 고려된 원칙을 기반으로 합니다. 차이점은 알고리즘의 세부 사항과 모드 세트(사전 설정)에만 있습니다. 따라서 음향 처리기를 선택할 때 가장 좋은 조언은 자신의 청력입니다. 발행: www.bluesmobil.com/shikhman
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