Auro-3D

Odpovědět
Uživatelský avatar
pixel
Administrátor
Příspěvky: 408
Registrován: 09 bře 2009 14:55

Auro-3D

Příspěvek od pixel » 12 lis 2013 10:30

Nejmodernější systém pro prostorové ozvučení.

Již delší dobu se kinematografie potýká s řadou problémů, které způsobují odliv diváků z kin. A nejen to. Náklady na natočení filmu neustále stoupají a od toho se také odvíjí cena vstupenek do kin, která rovněž neustále stoupá. Diváci dávají přednost televizi anebo domácímu kinu, v poslední době k tomu přispívá i internet. Je tedy potřeba dát divákovi něco, co v jiném prostředí nezažije, a to je třídimenzionální zvuk. Vývoj však jde dále a v současnosti se již u filmu setkáváme i s tzv. čtvrtou dimenzí, což je pocitové přenesení diváka do filmového děje pomocí pohybu sedadla i zavedením jiných prostředků, např. spršky aerosolu simulující vodu. Taková kina již ve světě existují. I u nás se objevilo pár „pohyblivých“ sedadel, jejichž pohyb je ovládán další přidanou stopou v DCP.

Nové 3D technologie tak začínají ovládat nejen kinematografii, ale i hudební svět. Divák či posluchač teď dostávají nevšední zážitky, které jim ostatní média zatím nemohou dát.

Předchůdci 3D zvuku
Než se začneme zabývat 3D technologií, podívejme se trochu do historie. Prvním způsobem reprodukce zvuku byl systém Mono. Je to víceméně bodový zdroj zvuku, kde se přímý zvuk, první odrazy a dozvuk mísí v jakousi silně zvukově zabarvenou směs. Prostorové vnímání nastává pomocí poznávacích procesů, tedy přes vědomé přiřazení. Např. delší dozvuk => prostor, tišší přímý zvuk => velká vzdálenost.

Vývoj záznamu a reprodukce zvuku pokračoval dále přes stereo systém, který můžeme též označit jako 1D prostorový zvuk. Vyjádřeno exaktněji, zvuk se šíří v horizontální rovině podél osy X. Dalším stupněm reprodukce byl 2D prostorový zvuk, někdy označovaný jako surround. Tento zvuk se šíří rovněž pouze v horizontální rovině, ale již podél dvou os, totiž podél osy X = šířka a podél osy Y = hloubka. Jsem si vědom toho, že matematicky by to měla být spíše osa Z, ale v odborné audio literatuře se jako označení pro hloubku ustálila osa Y. Mnozí lidé si myslí, že 2D audio je klasické stereo a 3D je surround zvuk. To je naprostý omyl. Teprve aurofonie, tedy zvuk, který v sobě nese i výškovou informaci, je zvuk 3D.
Obrázek
Jestliže pomineme systémy Cinemascope (čtyřkanálový zvuk na magnetických stopách na kombinované kopii) a 70mm systém Todd (šestikanál, zvuk rovněž na magnetických stopách), bylo jedním z formátů, který představoval 2D šíření zvuku, klasické Dolby Surround. To mělo za plátnem umístěno tři hlavní reproduktory označené jako Levý, Střed a Pravý. Prostor v horizontální rovině dodávala řada reproduktorů - zpravidla 16, kterým se říkalo Surround. Dopředu bylo ještě možné umístit volitelně subwoofer.
Obrázek
Obrázek
Obrázek
Shora dolů: Dolby Digital 5.1, Dolby Surround a Dolby Surround 7.1.

Nicméně klasiku dnes představuje systém Dolby Digital 5.1, tedy formát, který je dnes v kinech běžně užíván, a méně používaný systém Dolby Digital 7.1, který má vzadu rozdělený surround kanál na dva, a sice levý zadní a pravý zadní. Dlužno podotknout, že tento formát nebyl moc podporován výrobci míchacích stolů a tak měla studia jen omezené možnosti mixu v tomto formátu. Tento formát nebyl schopen vyřešit nedostatky, které s sebou přináší formát 5.1, totiž častý rozpad signálů mezi předními a zadními reproduktory. Nehledě na to, že formát 7.1 není zrovna moc vhodný pro domácí kina. V neposlední řadě se při mixu 7.1 téměř vždy jedná o up mix formátu 5.1, což odporuje původní myšlence. Norma 5.1 je kompromisem, který byl tenkrát nutný kvůli různým omezením (kompatibilita s 2.0 Stereo a kinoformáty, maximálně 6 přenosových kanálů).

První vážnější pokusy o 3D zvuk
Porovnáme-li mezi sebou 3D obraz a 3D zvuk, dojdeme k zásadnímu rozdílu. Celou dobu jsme byli zvyklí vidět plochý, dvojdimenzionální obraz, který byl omezen pouze na výšku a šířku. Třetí dimenzí je pro obraz hloubka. Můžeme si to představit jako okno do třídimenzionální scény, přičemž objekty mohou do okna vyčnívat. Rozlišujeme 2 1/2 D reprodukci (hloubka se uskutečňuje pomocí pohybu pozorovatele) anebo 3D reprodukci (intuitivně vnímaná hloubka pomocí stereoskopie). Naproti tomu pro zvuk, který se dosud šířil pouze v horizontální rovině, je třetí dimenzí výška, tedy osa Z (prvé dvě jsou směr a vzdálenost).

Je nutné podotknout, že první pokusy s 3D zvukem učinili mistři zvuku, kteří se zabývali především záznamem hudby, i když filmoví mistři zvuku se do tohoto procesu později také připojili.

Werner Dabringhaus
Před 11 lety předvedl Werner Dabringhaus svoji techniku zvanou 2+2+2 a přivedl tak na trh první 3D zvukové nahrávky. V principu je tato technika modifikací metody 5.1, pouze neobsahuje centrální reproduktor a subwoofer. Zavádí ale dva přidané reproduktory, které byly umístěny nad stávající reproduktory L a R. Tento koncept byl zamýšlen pro Audio-DVD a měl pokud možno co nejvěrněji reprodukovat autentický zvukový obraz z koncertního sálu. Proto se upustilo od centrálního reproduktoru a subwooferu ve prospěch informací z horních reproduktorů, tedy reproduktorů umístěných nad stávajícími L a R. Formát 2+2+2 měl však také své slabé stránky, nebyl například kompatibilní s formátem 5.1. Nepříjemná byla také absence zadního, nahoře umístěného reproduktoru, protože se ještě více zvětšoval problém předozadního dělení, které je známo již u 5.1 mixu.

Tomlinson Holman
Filmový mistr zvuku Tomlinson Holman, známý především jako autor doporučení THX, přišel s konfigurací 10.2, kterou nazval Channel Surround Sound. Přidal dva reproduktory, které byly umístěny ve výšce šikmo vpravo a vlevo od posluchače. Konfigurace měla osm kanálů v horizontální rovině a původně byla zamýšlena pro kino a domácí kino.
Obrázek
Dolby 9.1
Nesmíme ale zapomenout na firmu Dolby Laboratories. Ta se rozhodla podpořit systém 9.1 jako následníka formátu 7.1 a to tak, že přidala dopředu dva horní reproduktory. Toto však také není správná cesta k dosažení rovnováhy mezi zvukem zepředu a zezadu pro vytvoření sférického zvuku. Jako příklad může sloužit přelet helikoptéry letící zepředu dozadu přes hlavy diváků. Přistane zdánlivě v zadních reproduktorech, protože vzadu chybí horní reproduktory. Vyšší umístění zadních reproduktorů tento problém nevyřeší, pouze se posune pocit v horizontální rovině a to bude působit nepřirozeně.

Wilfried van Baelen
V roce 2006 představil Wilfried van Baelen na AES Convention v Paříži a poté v San Francisku novou technologii, kterou nazval Auro-3D. Tato technologie, resp. její forma je plně kompatibilní s technologií 5.1 Surround. Auro-3D je pravý třídimenzionální formát odpovídající normě ITU 5.1. Auro-3D vychází v principu z formy 5.1, jsou to ale de facto dvě kvadrofonní výchozí pozice doplněné o centrální reproduktor a LFE. Nejjednodušší varianta se nazývá Auro-3D 9.1.

Auro-3D
Jak je z obrázku patrné, energie se rozděluje na 5 reproduktorů vepředu, 4 reproduktory vzadu, 4 reproduktory vlevo, 4 reproduktory vpravo, 5 reproduktorů dole a 4 reproduktory nahoře. Toto optimální rozdělení energie vnímáme jako velmi přirozený zvukový obraz oproti normě 5.1.
Dlouho se uvažovalo o tom, jaký sklon by měly mít horní reproduktory. Po dlouhodobých zkouškách se dospělo k názoru, že optimální sklon by měl být 25-35 stupňů. Prakticky se dá tento sklon naměřit tak, že osy horních reproduktorů směřují nad hlavu sedícího posluchače do míst, kde by se ocitla hlava tohoto posluchače vestoje. Jde o místo, kterému se v odborné literatuře říká Sweet Spot - místo optimálního poslechu. Výška sedícího člověka je v toleranci nedůležitá.
Obrázek
Obrázek
Auro3D 9.1 - základní umístění reproduktorů.

Kromě toho musí být vzdálenost mezi centrálním a levým, resp. pravým reproduktorem identická se vzdáleností mezi dolním a horním reproduktorem. Vzdálenost mezi horním a dolním reproduktorem by tedy měla odpovídat přibližně poloviční šíři báze. Horní reproduktory by měly být montovány přesně tak, aby to odpovídalo dolním reproduktorům, nesmí u nich být žádná stranová výchylka. Při jiné výšce anebo při jiném úhlu se rozpadne jak zvukový obraz, tak lokalizace zvukového zdroje a také představa prostorovosti. Jestliže je vzdálenost malá, snižuje se Auro-3D efekt, jestliže je vzdálenost příliš velká, signál se rozpadne. Prezentace Auro-3D a také timbre nástrojů se změní, jestliže se změní výška umístění reproduktorů.

Důležitým aspektem Auro-3D je to, že Sweet Spot, jak je znám ze sestavy 5.1, zdánlivě zmizí. Ve všech pozicích uprostřed kruhu může být uskutečněn zvukový obraz bez omezení.

Sestava reproduktorů pro Auro-3D se může skládat z až 14 (13.1) kanálů. Možné jsou následující sestavy:
Auro 9.1 - uspořádání 5.1 plus 4 horní reproduktory.
Auro 10.1 - 5.1 plus pět horních reproduktorů (dodatečný vrchní - Top Surround, kterému se také říká „hlas boží“).
Auro 11.1 - 5.1 plus šest horních reproduktorů (dodatečný Top Surround a horní centrální reproduktor).
Auro 12.1 - Auro-3D 11.1 plus zadní centrální reproduktor.
Auro 13.1 - Auro-3D 12.1 plus zadní horní centrální reproduktor.

Zatímco Auro 9.1 se týká především záznamu hudby, Auro 11.1 si zvolila firma Barco jako formát pro kina. Protože hudební průmysl je zaměřen z valné části na spotřebitele s jejich domácími zařízeními, vyvstává otázka, jak tento 3D vícekanálový zvuk ke spotřebiteli dostat.
Obrázek
Wilfried van Baelen poskytl rozhovor pro magazín VDT, ve kterém říká: „Víme již, že 3D reprodukční systém je kompatibilní se všemi dosud existujícími audio formáty. Zároveň musí tento formát využívat zvukových nosičů, které se dnes vyskytují na trhu a pro multimediální aplikace nabízí optimální řešení. Pracuje se s transparentními PCM daty. V produkci Digital Cinema se Audio Master - součást DCP neopírá o signály s komprimovanými daty, nýbrž opět zpracovává PCM data. DVD však dovoluje jenom dvě PCM audio stopy, Blu-ray formát podporuje osm PCM kanálů a také HDMI formát je omezen osmi kanály. Na jedné straně se dbá na transparentní PCM audio, na druhé straně to nesouhlasí s novými 3D audio formáty, které nabízejí vyšší počet kanálů, jež současné nosiče nemohou nabídnout. To ale zase vyžaduje větší šíři pásma. Musejí se tedy od základu vymyslet nové technologie.

Auro-3D není jen nový reprodukční formát. Za Auro-3D stojí nová, patentovaná technologie, která garantuje kompatibilitu s dnešními audio normami. Na druhé straně se používá známá technika PCM jako základní technologie. Nová Auro technologie dovoluje, aby byly dvě PCM stopy zakódovány do jedné PCM stopy jako normální, dynamicky ovládaný nebo automatizovaný mix. Přitom zůstane šíře pásma nezměněna. Tato Auro zakódovaná PCM stopa, která obsahuje informace obou smíchaných kanálů, zůstane standardní konformní PCM stopou a může být reprodukována na každém přístroji, který podporuje PCM. Téměř všechny audio a AV přístroje na trhu podporují normu PCM. Auro dekodér je schopen z takto Auro kódované PCM stopy dekódovat obě originální PCM stopy v jejich originální zvukové kvalitě. Rozdíl mezi dekódovanou a originální PCM stopou není slyšitelný ani na highendových systémech. Díky tomu je tato technologie např. schopna signály z horních reproduktorů Auro-3D signálů dynamicky automatizovat a smíchat bez ztráty kvality do existujícího 5.1 datového toku. To opět znamená, že film, kde byl proveden mastering v Auro-3D, může být reprodukován ve stávajících zařízeních 5.1 nebo stereo zařízeních, protože všechny mixy se nachází na jednom nosiči. S instalovaným Auro-3D systémem a s odpovídajícím dekodérem mohou být reprodukovány všechny Auro-3D informace.“

Rozdíl mezi hudebním 3D a 3D filmovou produkcí
Prostorový záznam a reprodukce zvuku jsou poněkud odlišné v případě hudby a v případě filmové produkce. U hudby lze říci, že záznam i reprodukce spolu úzce souvisejí, je to míněno i z pohledu koncového uživatele. U filmu se naopak jedná především o postprodukci a výsledný prostorový mix, je to tedy záležitost především reprodukce.

Z pohledu hudby jde především o kvalitní zvukový, prostorový záznam, který člověka jakoby obklopí ze všech stran. To ovlivňuje například rozestavění hudebníků na scéně, které je zhusta již dáno předem, ale může se i měnit podle požadavků mistra zvuku. Dále je záznam ovlivněn postavením mikrofonů na scéně (Němci pro to mají krásný výraz „Mikrofonierung“), které ovlivňuje svými zkušenostmi mistr zvuku. U Auro-3D se nejedná pouze o prostředek reprodukce. Postavení reproduktorů a kvalita konečného produktu, který je spotřebiteli nabízen, se odráží přímo v nahrávacím zařízení, v postavení mikrofonů a v mixu.

S použitím sytému Auro-3D v hudebním světě mají již své zkušenosti mistři zvuku Gregor Zielinsky od firmy Sennheiser (Auro-3D záznam Candide Suite od Leonarda Bernsteina a Le Sacre du Printemps od Igora Stravinského, natočil rovněž několik popových nahrávek) a Malgorzata Albinska Frank (Auro-3D záznam a zpracování středověké hudby Crux). Z jejich hodnocení vyplývá fakt, že při metodě Auro-3D nabízí postavení reproduktorů virtuální zobrazení prostoru, který není omezen pouze na malý Sweet Spot, který známe ze sterea a ze surroundu. Posluchač si může ve všech pozicích v rámci reproduktorového obvodu dopřát požitek z třídimenzionálního zvukového obrazu. Zdroje zvuku neskáčí dopředu ani dozadu, doleva ani doprava. Nemají žádné zvláštní zvukové zabarvení. Člověk se může svobodně pohybovat a přesto si může užívat zvukového obrazu. Zdroje zvuku přitom zůstávají na místě. Signály z horních reproduktorů obsahují všechnu barvu zvukové nahrávky tak, že zdroje zvuku znějí absolutně přirozeně a jeví se plasticky ve své šířce i hloubce. Ostatně tyto signály jsou též velmi užitečné při stereo mixu.

Auro-3D nabízí více možností provedení v oboru hudebních nahrávek než stereo nebo surround. Koncertní situace se dají realisticky zobrazit. Pro Auro-3D se dá také aranžovat hudba a směrové informaci lze dát hudební funkci. A v neposlední řadě je možné i třídimenzionálně komponovat.

Jak jsem již zmiňoval, je rozdíl mezi třídimenzionálním hudebním a třídimenzionálním filmovým zvukem. Filmový zvuk se vlastně skládá ze tří komponentů: z dialogů, hudby a ruchů. Všechny tyto tři komponenty pak musíme v postprodukci vzájemně zkombinovat dohromady. Filmový zvuk je jednou z částí audiovizuálního díla, která vlastně doplňuje jeho obrazovou část. A tady dochází ke sporu. Jak jsem již říkal, celou dobu jsme se dívali na plochý obraz, který měl pouze dva rozměry: výšku a šířku. Třetím rozměrem je pro obraz hloubka. U zvuku je tomu jinak. Zvuk dosud dokázal vyjádřit šířku, tedy směr a také hloubku, neuměl však vyjádřit výšku. To se změnilo s příchodem nových technologií, kdy se musí obě tyto části audiovizuálního díla opět propojit. Jsme teprve na začátku, ale již teď máme některé zajímavé poznatky. Například že náš mozek, léta se v kinech zaobírající pouze dvěma rozměry, není příliš citlivý na ruchy z vertikální osy. Příkladem může být zachycení pádu stromu, kde musíme vertikálu mnohem více zdůraznit.

3D filmová produkce
Skutečnosti, že díky trojrozměrnému obrazu vystupují věci více do popředí, je třeba podřídit i zvuk, což znamená dbát na větší čistotu dialogů, abychom spolu s představeným dialogem nevytáhli do popředí i šum prostředí. Tudíž vyvstává otázka použití kontaktního zvuku.

Pominu-li všechny technologie, které se zaobírají 2D zvukem, ať již prvním Cinemascope nebo 70 mm Todd, různá Dolby Sterea nepočítaje, byl vůbec prvním, dalo by se říci 3D prostorovým zvukem film z dílny Walta Disneyho „Fantasia“. Byl to především hudební film a Disney si přál, aby diváci měli dojem, že sedí přímo před dirigentem. Nahrávání hudby se provádělo ve Philadelphii v budově Hudební akademie. Orchestřiště bylo pro lepší rezonanci pozměněno zaoblenými přihrádkami z dřevotřísky, které rozdělily orchestr na pět dílů.

Pro nahrávání hudby byl použit vícestopý záznam. Orchestr byl nahráván pomocí 33 mikrofonů, které byly umístěny kolem něj a zvuk byl zaznamenáván do osmi optických zařízení, jež byla umístěna ve sklepě pod halou. Každé toto zařízení představovalo jeden kanál, který se soustředil na určitou část hudebních nástrojů: violoncella a kontrabasy, housle, žestě, violy, dřevěné nástroje a tympány. Sedmý kanál spojil prvních šest, zatímco osmý zaznamenával celkový zvuk orchestru. Později byl přidán ještě devátý kanál pro animátory, aby mohli přizpůsobit kresbu hudbě. Inženýři od Disneyho a RCA vymysleli systém, kterému se říkalo „Fantasound“ a zároveň vyvinuli několik procesů, které se používají dodnes -vícestopý záznam, dabing a omezení šumu. Fantasound měl čtyři zvukové stopy synchronizované pilottonem, tři reproduktory za plátnem (levý, střed, pravý) a navíc tři reproduktory v hledišti (levý, střed a pravý), které získávaly zvuk odvozený od levého a pravého kanálu a působily tak jako surroundové reproduktory. Některé prameny uvádějí až 51 reproduktorů (House-speakers), které byly umístěny v prostoru na zvukově dramaturgických místech. Protože byla konečná zvuková nahrávka kvůli omezení šumu provedena v maximální špičkové úrovni, byl čtvrtý kanál použit jako kontrolní kanál pro ovládání dynamiky signálu. Iluze zvuku pohybujícího se od reproduktoru k reproduktoru byla umožněna pomocí pan-potu.
Obrázek
Obrázek
Barco Auro 3D 11.1 - celkový pohled a pohled od plátna.

Ale vraťme se do přítomnosti. Firma Barco se jako jedna z prvních začala zabývat použitím technologie Auro-3D pro kina a vyvinula vlastní systém, který nazvala Barco Auro-3D 11.1. Tento systém by měl být instalován v multiplexu Premiere Cinemas Park Hostivař (nyní je tam instalován systém Dolby Atmos). Vlastní konfigurace vypadá tak, že základem je opět osazení 5.1, tedy tři reproduktory za plátnem, dva surroundové kanály po stranách a z kanálu LFE. Dalších pět kanálů je umístěno nad těmito základními a konečně jedenáctý kanál napájí reproduktory ve stropě - viz obrázky dole na předchozí straně.
Jak již bylo řečeno, Auro-3D 11.1 dokáže rovněž bezproblémově přehrát nahrávku 5.1 nebo 7.1 pomocí tzv. DSP módů pro zpracování stereofonního záznamu do prostorového poslechu. Je zajímavé, že podporu tomuto systému slíbila společnost Lucasfilm a její zvuková divize Skywalker Sound.
Poslední technologií 3D zvuku je technologie od firmy Dolby Laboratories, která je uváděna pod jménem Dolby Atmos.

Karel Jaroš

Odpovědět