Квадрафонический звук

Четырехканальная квадрафоническая схема, показывающая обычное расположение динамиков вокруг слушателя.

Квадрафонический (или квадрофонический , а иногда и квадрозвуковой ) звук , эквивалентный тому, что сейчас называется объемным звуком 4.0 , использует четыре аудиоканала, в которых динамики расположены в четырех углах пространства для прослушивания. Система позволяет воспроизводить звуковые сигналы, независимые (полностью или частично) друг от друга.

Четырехканальный квадрафонический объемный звук можно использовать для воссоздания высокореалистичного эффекта трехмерного живого концертного зала дома. Его также можно использовать для улучшения ощущений слушателя за пределами направленных ограничений обычного двухканального стереозвука . Квадрафоническое аудио было первым потребительским продуктом с объемным звуком. С тех пор, как он был представлен публике в начале 1970-х годов, были сделаны многие тысячи квадрофонических записей.

Квадрафонический звук при первом представлении оказался коммерческим провалом из-за множества технических проблем и несовместимости форматов. Производство четырехканальных аудиоформатов может быть дороже, чем стандартное двухканальное стерео. Для воспроизведения требуются дополнительные динамики и каналы усилителя. Также может потребоваться специально разработанное оборудование для декодирования.

Появление продуктов для домашнего кинотеатра в 1990-х годах сначала предназначалось для звука в фильмах, но также снова привело к популярности многоканального воспроизведения музыки. К этому времени были созданы новые цифровые форматы. Многие четырехканальные записи 1970-х годов были переизданы в современных системах объемного звучания, таких как Super Audio CD , DTS , Dolby Digital , DVD-Audio и Blu-ray . Многоканальное домашнее аудиовоспроизведение возродилось с 2000 года, и с этого времени для публики также были выпущены новые четырехканальные записи.

Квадрофоническая система будет воспроизводить аудиосигналы правого переднего, правого заднего, левого переднего и левого заднего динамиков в четырех отдельных динамиках. Воспроизводимость задних динамиков должна быть того же или почти такого же качества, как и у передних динамиков; в идеале квадрофоническая система использует четыре одинаковых динамика.

История

Первыми машинами для записи 4-канального звука были аналоговые катушечные магнитофоны . Они были разработаны для использования звукоинженерами в профессиональных студиях в 1950-х годах в Германии компанией Telefunken , а также компанией Ampex в США. К 1954 году такие машины появились в некоторых европейских студиях электронной музыки.

Первые попытки воспроизвести четырехканальный звук для домашнего воспроизведения начались с инженеров аудиолабораторий в конце 1960-х годов. Продюсер Томас Моури, Первоначально работая в Музыкальной школе Истмана , он был одним из пионеров классической квадрафонической записи. Позже в начале 1970-х он сделал квадрафонические произведения для Deutsche Grammophon и других лейблов, но многие из них были выпущены только в виде стереозаписей.

Небольшое количество квадрофонических записей было представлено на американском потребительском рынке компанией Vanguard Records в июне 1969 года на катушечной ленте. Самым популярным носителем, использовавшимся для продажи записей публике в 1970-е годы, была виниловая пластинка граммофонная . Квадрафонические записи на 8-дорожечной ленте также были популярны в 1970-х годах, особенно среди энтузиастов автомобильной аудиосистемы.

В 1970-х годах крупные производители электроники предлагали населению специализированные аппаратные системы для декодирования 4-канальных записей. Эти декодеры часто продавались как отдельные электронные компоненты. Декодеры также были доступны как встроенные функции некоторых аудиоресиверов или усилителей, продававшихся в 1970-х годах.

Во многих квадрофонических записях 1970-х годов использовались «матричные» технологии для кодирования и декодирования четырех каналов аудиоинформации на двухканальном носителе, обычно пластинке. Плохая производительность декодирования ранних матричных форматов была основной причиной их исчезновения с появлением улучшенных матричных систем. Более поздние матричные системы были основаны на работах Питера Шайбера . В его базовой формуле использовалась схема фазового сдвига на 90°, позволяющая разработать улучшенные матричные системы 4–2–4, двумя главными лидерами которых были Columbia системы SQ Sansui и QS .

Тремя наиболее популярными форматами квадрофонических пластинок в 1970-х годах были SQ (Stereo Quadraphonic) , QS (Regular Matrix) и CD-4 (Compatible Discrete 4)/Quadradisc .

Японский руководящий орган и производители аудиооборудования определили стандарты квадрофонического звука. RM ( Регулярная матрица ) использовалась как синоним QS, QM ( Квадрафоническая матрица). использовался для Stereo-4 и Dynaquad ) и QX ( QuadXtra , на базе DH Cooper «Dual-Triphonic») для УД4 .

Совместно с Шайбером и Мартином Уиллкоксом Джим Фосгейт разработал декодер Tate II 101 SQ, который создавал очень точное звуковое поле за счет использования регулирования усиления и эффекта Хааса для маскировки артефактов декодирования. В нем использовалась специальная, собранная вручную и откалиброванная схема с компонентами, отсортированными до 1%, для обеспечения точных характеристик. Декодеры Sansui серии QSD и приемники серии QRX были очень хороши, даже синтезируя лево-правое стерео в топологию ⋂ подкова. Однако все они появились слишком поздно и были слишком дорогими или трудными для публичной покупки, чтобы спасти матричный четырехъядерный процессор от безвестности.

К началу 2000-х годов более сложные «дискретные» многоканальные системы в основном заменили матричные технологии, обеспечивая более высокий уровень производительности и полную независимость каналов. Сегодня программное обеспечение может заменить аппаратное декодирование. Современные программные алгоритмы способны обеспечить более точную производительность декодирования, чем более ранние аппаратные технологии.

Все широко используемые сегодня многоканальные аудиосистемы являются цифровыми системами. Цифровое многоканальное аудио стало доступно для дома с момента появления фильмов с объемным звуком в 1990-х годах с использованием Dolby Digital и DTS. Сегодня наиболее распространенными цифровыми носителями, способными воспроизводить музыку с объемным звуком, являются Super Audio CD, DVD и Blu-ray, каждый из которых способен воспроизводить звук высокого разрешения по нескольким каналам.

Квадрафоническое микширование звука

Процесс микширования звука для четырехканального звука отличается от процесса микширования стереоверсий той же записи. Большая часть студийного оборудования предназначена только для стерео, поэтому должны быть доступны специализированные многоканальные микшерные пульты и системы воспроизведения.

Для классической музыки продюсеры обычно предпочитают эффект, при котором оркестр появляется в стерео только в передних каналах, а естественная реверберация или «эхо» концертного зала присутствует во всех динамиках. Таким же образом микшировались и некоторые записи популярной музыки с живых концертов. В классических записях основные или сольные инструменты редко размещаются в тыловых каналах, хотя иногда это делается.

Несколько классических записей были сделаны с такой точки зрения, что слушатель кажется сидящим в центре оркестра. Одним из примеров является 1973 году, сделанная Columbia Masterworks запись Белы Бартока в Концерта для оркестра под управлением Пьера Булеза . Оригинальная четырехканальная запись была выпущена на матричной пластинке и 8-дорожечной кассете и переиздана в формате Super Audio CD компанией Dutton Vocalion в 2018 году. В примечаниях, прилагаемых к записи, указано направление, с которого можно услышать каждую группу инструментов.

Продюсеры поп-, рок- и джазовой музыки, как правило, используют стиль микширования с относительно высокой степенью музыкального разделения между четырьмя каналами. При записи этого типа в тыловых каналах могут размещаться музыкальные звуки, которые имеют такое же значение, как и передние каналы. Это может расширить ощущение направления и простора слушателя, подобно тому, что произошло, когда инженеры звукозаписи представили стереозапись. В некоторых четырехканальных записях звуки вращаются вокруг слушателя.

Инженеры по микшированию также могут стремиться к гибридному эффекту между стилями. Хотя квадрофонические эффекты иногда считаются искусственными, музыкальное удовольствие можно значительно улучшить, если более полно вовлечь слушателя.

LP граммофонные пластинки

Квадрафоническое воспроизведение звука на виниловых граммофонных пластинках было проблематичным. По мере быстрого развития технологий в 1970-х годах было предложено несколько различных решений для воспроизведения четырехканального звука с пластинок. Некоторые из этих систем оказались гораздо более успешными, чем другие. Простейшими системами были «производные» (2–2–4) форматы. Вскоре за ними последовали гораздо более сложные «матричные» (4–2–4) форматы и, наконец, наиболее совершенные «дискретные» (4–4–4) форматы.

Производные (2–2–4) форматы

Производные форматы (2–2–4) представляют собой простые и недорогие электронные решения, которые добавляют или извлекают тыловые звуковые каналы «эмбиента» или «реверберации» из стереозаписей, например, студийную реверберацию, аплодисменты публики и т. д. Точного размещения отдельных инструментов не существует. в задних каналах.

• ДЯ / Дайнаквад (1969)
• Схема Хафлера (1969)
• Системы ABC (Quadra ABC - недолгое время использовались только в Советском Союзе) (1981 г.)

Матричные (4–2–4) форматы

В матричных форматах четыре канала преобразуются (кодируются) в два канала. Затем они пропускаются через двухканальную среду передачи (обычно LP-запись), а затем декодируются в четыре канала и воспроизводятся четырьмя динамиками. Чтобы передать четыре отдельных аудиосигнала стереосовместимым образом, необходимо одновременно использовать четыре линейных уравнения для воспроизведения исходных четырех аудиосигналов на выходе.

Эти системы использовали технологию матричного декодирования для восстановления четырех каналов из двух каналов, записанных на пластинке. Матричные системы могут иметь значительный уровень независимости каналов, но не полное разделение каналов.

• ЭВ / Стерео-4 (1970)
• DY / Dynaquad (используется в качестве формата кодирования на некоторых записях) (1971)
• SQ / Стерео квадрофонический (1971)
• QS (квадрафонический звук) / RM (обычная матрица) (1971)

Матричные квадрафонические записи можно воспроизводить в двух каналах на обычных стереопроигрывателях. В этих системах существуют различные уровни стерео- и моносовместимости. Термин «совместимость» означает, что:

1. Одноканальная (моно) система воспроизводит все четыре аудиосигнала в одном динамике.
2. Двухканальная (стерео) система будет воспроизводить левый передний и левый задний аудиосигналы в левом динамике, а правый передний и правый тыловые сигналы в правом динамике.

Этот процесс 4:2:4 не мог быть осуществлен без некоторой потери информации. То есть четыре канала, созданные на заключительном этапе, не были полностью идентичны тем, с которых процесс начался. Чтобы эффект работал так, как задумано, инженеру звукозаписи необходимо было пройти специальную подготовку для работы в каждом из этих форматов. Специальные правила микширования для матричной записи минимизируют технологические ограничения, присущие матричным форматам, и маскируют или устраняют нежелательные побочные эффекты.

EV-4/Stereo-4 и Dynaquad (DY)

Первыми из них были базовые системы с относительно низкой производительностью, разработанные Electro-Voice ( EV-4/Stereo-4 ) и Dynaco ( Dynaquad (DY) ). Так называемый матричный формат, в нем использовались четыре звуковых канала, которые были «закодированы» в две стереодорожки альбома. Затем они были «декодированы» в исходные четыре звуковых канала. Но из-за плохой производительности декодирования эти системы не смогли достичь точности или независимости канала более поздних матричных форматов.

Исходные системы (DY и EV-4) страдали низким разделением левых и правых сигналов спереди (около 12 дБ) и плохим разделением левых и правых сигналов сзади (2 дБ). Декодеры были разработаны больше для получения эффекта, чем для точного декодирования, что в основном было связано с ограничениями обеих систем. Поскольку обе системы были очень тесно связаны математически, пользователям требовался только один декодер любой системы для воспроизведения альбомов обеих систем.

Различия между ранней и поздней матричными системами были настолько огромными, что декодирование DY/EV-4 с помощью декодеров SQ или QS с высокой точностью было невозможным; в результате часто получается «размазанная» или плохо выраженная звуковая сцена, которая может сильно отличаться от того, что было задумано продюсером или инженером звукозаписи.

QS Regular Matrix и SQ Quadraphonic

Звуковой декодер Sansui QS

Усовершенствованные системы, основанные на работе Питера Шайбера по использованию схемы фазового сдвига на 90 градусов, появились позже, а именно системы QS и SQ .

Первый из них, известный как QS , был разработан компанией Sansui Electric . Так называемый матричный формат, в котором использовались четыре звуковых канала, которые «закодировались» в две стереодорожки альбома. Затем они были «декодированы» в исходные четыре звуковых канала. Система QS дебютировала в США в марте 1971 года и была усовершенствована системой Vario-Matrix в 1973 году.

Второй, SQ , был разработан и продавался компаниями Columbia Records и Sony и вышел на рынок США в апреле 1971 года. Формат SQ также использовался такими компаниями, как EMI в Великобритании, которые выпустили несколько выпусков альбомов SQ . Разделение звука в системе SQ было значительно улучшено с появлением в 1975 году декодирования SQ Full Logic с использованием чипов Motorola MC1312, MC1314 и MC1315.

И SQ, и QS пользовались значительной поддержкой со стороны крупных звукозаписывающих компаний и производителей оборудования в 1970-е годы. Они также добились заметных продаж и проникновения на рынок. К сожалению, из-за сходства названий и технологий общественность может легко их спутать.

Дискретные (4–4–4) форматы

Дискретное воспроизведение описывает квадрафоническую систему, в которой все четыре канала полностью независимы друг от друга. Как следует из названия, в дискретных форматах исходные четыре аудиоканала проходят через четырехканальную среду передачи, подаются в четырехканальную систему воспроизведения и подаются на четыре динамика. Это определяется как система 4–4–4.

• CD-4 (совместимый дискретный 4) / Quadradisc (1972)
• УД-4/UMX/BMX (1974 г.)

Дискретные фонографические системы используют специализированный демодулятор для декодирования четырех полностью независимых звуковых каналов. Это позволило полностью разделить каналы. Такие системы могут быть склонны к сокращению срока службы пластинок. Однако для решения этой проблемы были быстро разработаны более прочные составы винила, и почти во всех отдельных пластинках используется специальный винил. Когда отдельные квадрафонические пластинки воспроизводятся на обычных стереопроигрывателях, всю музыкальную программу можно услышать в стереофоническом режиме.

CD-4 или Quadradisc

Запись RCA Quadradisc

Третий основной формат четырехканальных виниловых пластинок, известный как CD-4 или Quadradisc , был разработан японской корпорацией JVC вместе с ее американским аналогом RCA Records .

Этот квадрофонический формат был впервые продан в Соединенных Штатах в мае 1972 года. Будучи полностью дискретной системой, он отказался от матричных технологий в пользу метода, аналогичного кодированию стереофонических FM- передач. При стереозаписях система использует 2 основных левых и правых аудиоканала, и именно это позволяет CD-4 сохранять совместимость с обычным стереофоническим воспроизведением. CD-4 также добавляет к основным каналам 2 дополнительных «разностных» аудиоканала. Разностные сигналы кодируются ультразвуковыми несущими частотами в диапазоне 30 кГц, что выше слышимого диапазона. Для CD-4 требуется специальный фонокорректор со стилусом «Сибата» для считывания этих дополнительных высоких частот. Объединенные сигналы затем отправляются на специальный демодулятор для четырехканального декодирования. Демодулятор преобразует ультразвуковые сигналы обратно в слышимый диапазон и использует разностные каналы для отделения тыловой аудиоинформации от основных каналов. Поскольку система CD-4 поддерживает четыре независимых сигнала на протяжении всего процесса, она может точно восстановить предполагаемое четырехканальное звуковое поле.

УД-4/УМХ/БМХ

UD-4/UMX был разработан компанией Nippon/Columbia ( Denon ). Это гибридная дискретно-матричная система. В этом формате закодировано только 35–40 элементов, и он продавался только в Великобритании, Европе и Японии.

Недолговечная система страдала от несовместимости с обычным стереовоспроизведением из-за разницы фаз между левым и правым каналами. UD-4 был менее критичен в настройке, чем CD-4, поскольку несущим не приходилось работать с такими высокими частотами, как в системе CD-4.

Форматы ленты

• Q4 / квадрофоническая катушка на катушку (1969)
• Quad-8 (Q8) / квадрофонический 8-дорожечный (1970)

Были также представлены квадрафонические системы на основе ленты, основанные на новом оборудовании, способном воспроизводить четыре дискретных канала. Все эти записи представляют собой отдельные записи по 4–4–4, выпущенные в формате катушечного и 8-дорожечного картриджа . Для воспроизведения этих записей требовались специально разработанные четырехканальные машины. Они не совместимы со стереоплеерами.

Квадрафоническая лента с открытой катушкой (Q4)

Четырехканальный катушечный магнитофон 1970-х годов, один из немногих способов добиться дискретного четырехканального звука в домашних условиях.

В этих системах все четыре доступные дорожки записывались на ленту, идущую в одном направлении. Предварительно записанные четырехканальные катушечные ленты были записаны на скорости 7 1 ⁄ дюйма в секунду (IPS), что является самой высокой скоростью, используемой в катушечных машинах потребительского класса. Для сравнения, предварительно записанные стереокатушечные ленты содержат две разные программы, каждая из которых движется в противоположном направлении. Многие стереокассеты были записаны всего за 3 3/4 , что составляет IPS половину полной скорости. Более низкая скорость приводит к значительному ухудшению качества звука.

Квадрафоническая 8-дорожечная лента (Quad-8 и Q8)

В апреле 1970 года компания RCA Records анонсировала четырехканальную версию 8-дорожечной ленты , названную Quad-8 или Quadraphonic 8-track Tape (позже сокращенную до Q8 ). В конечном итоге они появились поэтапными выпусками (70 кассет), разделенными на октябрь, ноябрь и декабрь 1970 года.

Формат был почти идентичен внешне 8-дорожечному стерео, за исключением небольшой сенсорной выемки в верхнем левом углу картриджа. Это дало сигнал квадрафоническому 8-дорожечному проигрывателю объединить нечетные треки в качестве аудиоканалов для программы 1, а четные треки в качестве каналов для программы 2. Формат не имел обратной совместимости со стерео- или моноплеерами; хотя квадрафонические проигрыватели воспроизводили 8-дорожечные стереофонические записи, при воспроизведении квадрофонических кассет на стереоплеерах одновременно можно было прослушивать только половину каналов.

Последний релиз в квадрофоническом 8-трековом формате вышел в 1978 году, хотя к концу 1976 года большинство из них перестало выходить.

Форматы радиовещания

Было проведено несколько экспериментов с радиопередачами (например, концерт Клиффа Ричарда на BBC , чья самая ранняя квадрафоническая трансляция состоялась в июле 1974 года. ), но они были недолгими.

Одной из самых долгоживущих радиопередач была WQSR -FM «Quad 102½» в Сарасоте, Флорида . На протяжении большей части 1970-х годов эта станция транслировала сигнал, который можно было настроить как две отдельные станции с помощью обычных стереоприемников.

Сан-Франциско Станция классической музыки KKHI-FM транслировала оперу Сан-Франциско в «совместимом» (то есть с матричным кодированием) квадрафоническом формате в 1970-е годы. как и прямая трансляция "Чикагской лирической оперы" чикагской радиостанции WFMT .

KRMH -FM («Радио Good Karma Radio») (Сан-Маркос/Остин, Техас) вещало в формате «Quad Stereo» в начале 1970-х годов из своей студии и передатчика недалеко от Буды, штат Техас .

WWWW-FM (W4-QUAD 106.7) (Детройт) транслировал квадрафонический звук, закодированный QS, в 1974 году.

KEXL -FM («KEXL 104.5») (Сан-Антонио, Техас) вещал на «Quadraphonic» в начале-середине 1970-х годов из своей студии в высотном офисном здании недалеко от Мейн Плаза.

Сиэтлская станция KIRO-FM 100.7, позже известная как KSEA 101, транслировала несколько часов ежедневно в период с 1973 по начало 1976 года в кодировке квадрофонической музыки SQ. Воскресное утро «Музыка и изреченное слово» из мормонской скинии Солт-Лейк-Сити проходило в квадрате SQ.

Амбисоник смесительное оборудование

Matrix H был разработан инженерами BBC в 1977 году для передачи квадрафонического звука через FM-радио таким образом, который был бы наиболее совместим с существующими моно- и стереоресиверами.

Квадрафонические тестовые программы были созданы для BBC Radio 3 и BBC Radio 4 , включая пьесы и The Proms .

Существующие форматы матриц были протестированы в первую очередь. «H» не означает слова; они назвали первую матрицу, которую они оценили, Матрицей А, а затем проработали алфавит. Matrix H оказался лучшим решением для моносовместимости и радиопередачи. но специального коммерчески доступного декодера для него не было.

Позже BBC сотрудничала с разработчиками Ambisonics для создания BBC/NRDC System HJ . Это было основано на зонах допуска, предназначенных для включения модифицированных версий как Matrix H , так и прототипа двухканального кодирования Ambisonics , известного как System 45J . Впоследствии матрица UMX компании Nippon-Columbia была включена в стандарт, что привело к окончательному названию UHJ, которое теперь ассоциируется с Ambisonics .

Универсальный SQ

В 1976 году Бен Бауэр интегрировал матричные и дискретные системы в USQ , или Universal SQ (другие также сделали это со своими счетверенными системами).

Это была иерархическая дискретная матрица 4–4–4, которая использовала матрицу SQ в качестве основной полосы для дискретных квадрафонических FM-передач с использованием дополнительных разностных сигналов, называемых «T» и «Q».Для FM-трансляции USQ дополнительная модуляция «T» была размещена на частоте 38 кГц в квадратуре стандартного стереоразностного сигнала, а модуляция «Q» была размещена на несущей на частоте 76 кГц.

Для стандартных двухканальных трансляций SQ Matrix CBS рекомендовала разместить дополнительный пилот-тон на частоте 19 кГц в квадратуре к обычному пилот-тону, чтобы указать сигналы, закодированные SQ, и активировать логический декодер слушателя. CBS утверждала, что систему SQ следует выбрать в качестве стандарта для квадрофонического FM, поскольку в тестах FCC на прослушивание различных предложений четырехканального вещания система SQ 4:2:4, декодированная с помощью декодера CBS Paramatrix, превзошла 4:3. :4 (без логики), а также все другие протестированные системы 4:2:4 (с логикой), приближаясь к производительности дискретной мастер-ленты с очень небольшим отрывом. В то же время «сложение» SQ для стерео и моно было предпочтительнее «сложения» стерео и моно в 4:4:4, 4:3:4 и всех других системах кодирования 4:2:4.

Живые концерты

Координатор азимута, используемый Pink Floyd, сделанный Бернардом Спейтом, 1969 год (Музей Виктории и Альберта, Лондон)

В 1967 году группа Pink Floyd представила изготовленную на заказ квадрофоническую акустическую систему и дала первый в истории рок-концерт с объемным звуком. Это мероприятие получило название « Игры мая » и проводилось в лондонском Queen Elizabeth Hall . Созданное ими устройство управления, Координатор азимута , использовало два джойстика . Сейчас он выставлен в лондонском Музее Виктории и Альберта как часть галереи Театральных коллекций. Контроллер, которым обычно управлял Ричард Райт , позволял музыкантам размещать звуки в любом динамике и перемещать их по зоне прослушивания.

Сравнение форматов

В 1976 году Майк Торн создал виниловый альбом Quadrafile , на всех четырех сторонах которого записана одна и та же музыка, причем каждая сторона в разном квадрафоническом формате (QS, SQ, CD-4 и UD-4).

См. также

• Амбиофоника
• Координатор по азимуту
• Четырехканальный цифровой аудио компакт-диск
• Матричный декодер
• Многодорожечная запись
• Октофонический звук

Внешние ссылки

• Марк Андерсон. Квадрафоническая дискография
• Список квадрафонических 8-треков
• КвадрофоническийQuad
• SurroundSound - дискуссионная группа Quad и Surround Music
• Веб-сайт Quadraphonic Венди Карлос
• Схема Хафлера
• Долби объемный звук
• Объемный звук 1970-х годов
• Дискография RCA Quadradisc
• Quadraphonic.info – Статьи, инструкции, информация о квадрофонике.