Surroundformaten deel 3
Klik hier voor deel 1
Klik hier voor deel 2
Klik hier voor deel 4
In de voorgaande delen van het artikel ‘Surroundformaten’ heeft u al kunnen lezen hoe ‘suround sound’ zich in de loop der jaren ontwikkeld heeft. Alhoewel het gegeven meerkanaals opnames en weergaven eigenlijk al een behoorlijk aantal decennia oud is (om precies te zijn ruim 64 jaar wanneer we ‘Fantasound’ als eerste meerkanaals formaat beschouwen), lijkt de "echte" ontwikkeling pas enkele jaren definitief te zijn. Van ‘Todd AO’ naar ‘Dolby Digital’, is een ontwikkeling die sterk overeenkomt met de ontwikkeling op het gebied van twee-kanaals stereoweergave. Namelijk de ontwikkeling van analoge naar digitale geluidsdragers en weergave.
De LP maakt plaats voor de CD en de optische of analoge geluidstrack op de filmprint maakt plaats voor een digitale variant, al dan niet op de filmprint. Van ‘matrix encoded’ surround geluidstracks tot discrete formaten waarbij elk kanaal over dezelfde specificaties, en dus mogelijkheden beschikt, met uitzondering van het "Low Frequency Effects" kanaal natuurlijk. ‘Dolby Stereo’, het matrix-encoded 4:2:4 surroundformaat, maakt in 1992 plaats voor de digitale variant ‘DSD’ oftewel ‘Dolby Stereo Digital’.
Voor de consument en zijn drang om de ultieme filmbeleving in huis te halen betekende deze ontwikkeling de overgang van ‘Dolby ProLogic’ naar ‘Dolby Digital’. Nieuwe formaten zoals ‘DTS’ en ‘SDDS’ verrijkten de markt, waarbij het laatste discrete surroundformaat enkel voor de commerciële bioscopen bedoeld is. In deze gehele ontwikkeling komen steevast twee sleutelwoorden naar voren, "Discreet" en "Digitaal". Maar dit wil uiteraard niet zeggen dat de ontwikkeling in het analoge domein compleet stil ligt. Sterker nog, het zijn vaak de analoge equivalenten die voor veel onduidelijkheid zorgen bij de consument. ‘Dolby Digital’ en ‘DTS’ zijn toch al meer ingeburgerde termen dan bijvoorbeeld ‘Circle Surround’ of ‘Trifeld’.
Maar ook bij ‘Dolby Laboratories’ of ‘DTS’ zijn de matrix systemen nog lang niet afgeschreven, getuige het feit dat ‘ProLogic II’ en ‘DTS Neo:6’ op veel moderne AV-receivers, geïntegreerde AV-versterkers en surround voorversterkers te vinden zijn.
Meerdere wegen leiden naar Rome
En hoewel ze allemaal een andere benadering hanteren, is het einddoel toch sterk eenzijdig, namelijk het neerzetten van een driedimensionale surroundstage, al dan niet vanuit een tweekanaals stereo-opname. Hoewel discrete formaten als ‘Dolby Digital’ en ‘DTS’ de behoefte aan nieuwe, verbeterde matrix surround systemen teniet lijken te doen, is niets minder waar. Naast het feit dat er nog steeds behoorlijk veel DVD’s in ‘slechts’ ‘Dolby Surround Prologic’, tweekanaals stereo of zelfs mono te koop zijn, is het ook de behoefte om van andere tweekanaals stereo-opnames een pseudo-surround weergave te realiseren, dat maakt dat de behoefte aan goede matrix surround systemen nog steeds blijft bestaan. Daarnaast bestaan er ook nog eens de matrix surround systemen, zoals bijvoorbeeld Meridian’s ‘Trifield’, die zelfs een heuse verbetering aan bestaande meerkanaals discrete weergave kunnen geven. Ik denk dan alleen al aan het doeltreffend transformeren van een bijvoorbeeld een Dolby Digital 5.1 opname naar een overtuigende 7.1 weergave.
De vele mogelijkheden maken het kiezen voor een nieuwe AV-receiver, geïntegreerde AV-versterker of suround voorversterker er niet makkelijker op. Welke decodering voor welk surroundformaat is nu absoluut onmisbaar en welke matrix technologie biedt de grootste meerwaarde? Uiteindelijk is het niet de decoder die de dienst uit moet gaan maken wat betreft de keuze voor een nieuwe AV-receiver, geïntegreerde AV-versterker of surround-processor, maar de wens van diegene die het apparaat koopt. Van welke decoders zal hij of zij wel gebruik gaan maken en welke dienen enkel als leuke toevoeging? Wegen de kosten van de leuke toevoeging wel op tegen het uiteindelijke plezier dat men eraan beleeft? Etcetera, etcetera. Allemaal vragen waarop u in dit artikel geen antwoord zult gaan vinden, hoe vervelend dat ook is. Wat ik wel kan doen, is een toelichting geven op de meest voorkomende matrix surround systemen om u zodoende meer kennis te geven om een gefundeerde beslissing te kunnen nemen.
Dolby’s ProLogic II en ProLogic IIx
In 1975 ontwikkelde ‘Dolby Laboratories’ samen met ‘Kodak’ de wederopstanding van de optische geluidsspoor voor film op celluloid. Luisterend naar de naam ‘Dolby Stereo’ kon het publiek kennis maken met Dolby’s eerste 4:2:4 matrix encoded surround systeem. Met drie kanalen voor de frontstage en 1 surroundkanaal waren het de films ‘Close Encounters of the Third Kind’ en ‘Star Wars’ die de toegevoegde waarde van "surround sound" bij films uiterst doeltreffend demonstreerde. In 1982 was de thuismarkt aan de beurt en werd ‘Dolby Stereo’ onder de naam ‘Dolby Surround’ geïmplementeerd in verschillende AV-apparatuur. ‘Dolby Surround’ was de equivalent van ‘Dolby Stereo’ maar de eerste generatie decoders kon enkel het surroundkanaal extraheren uit de tweekanaals stereobron. Ook de kanaalscheiding van deze matrix-decoder was vrij slecht te noemen. Niet alleen het lekken van het geluid naar de andere kanalen was een groot nadeel, maar ook het vrijwel inactieve surroundkanaal. Het antwoord op de kritieken kwam in 1987, Dolby Laboratories presenteerde ‘Dolby Surround ProLogic’. Een nieuwe generatie decoder die een betere kanaalscheiding kende, maar ook in staat was om, naast het surroundkanaal, het centerkanaal uit de tweekanaals stereobron te extraheren.
In het eerste deel van dit artikel werd al kort en simpel uitgelegd, hoe matrix encodering en decodering van ‘Dolby ProLogic’ werkt. Er wordt voornamelijk gekeken naar de levels en fase van het inkomende signaal. Middels een VCA-controle worden de levels van het anti-fase signaal bewerkt om de crosstalk sterk te verbeteren. Dit principe noemt men een ‘feedforward design’, maar kent enkele nadelige effecten. De sturing van beide bewegingsvelden, Left-Right en Front-Back, wordt gedaan door een enkel slow/fast circuit. Indien een van de bewegingsvelden een snelle ‘panning’ in het bewegingsveld kent, dan zullen beide bewegingsvelden dezelfde sturing krijgen. Alleen wanneer beide bewegingsvelden een langzame ‘panning’ in het bewegingsveld kennen, zullen ze ook beiden een langzame sturing krijgen. U kunt zich voorstellen dat deze uniformiteit weinig bewegingsvrijheid geeft aan het surroundveld om, vanuit verschillende richtingen met verschillende snelheden, een ‘panning’ van het geluid te laten plaatsvinden. Dit geeft een behoorlijke beperking in natuurlijkheid en in definitieve ruimtelijkheid.
In Juni 2000 komt Dolby Laboratories met haar nieuwe innovatie op het gebied van matrix surround codering. Een nieuwe generatie decoders onder de naam ‘ProLogic II’ verschijnt op de markt. Deze nieuwe generatie betreft een sterk verbeterde decoder, ditmaal gebaseert op een ‘feedback logic design’. Dit nieuwe ontwerp geeft vooral veel verbetering op het gebied van kanaalscheiding, maar waarin, doordat er nu met een feedback-design wordt gewerkt, afhankelijk van uitgaande matrix-signaal het anti-fase signaal constant variabel kan zijn . Ook is de sturing van beide stages nu geheel onafhankelijk van elkaar, wat resulteert in een betere balans in ‘pannings’ van het geluid uit de frontstage en het surroundveld. In tegenstelling tot ‘ProLogic’ is het surroundveld ditmaal ook (net als bij het discrete ‘Dolby Digital’) geheel full-range en kan het in ‘split-surround’ worden aangestuurd. Al met al leiden deze verbeteringen in de decoder tot een meer bevredigende surroundbeleving, die meer en meer lijkt op de ervaring die we hebben met de discrete variant.
Naast de overgang naar discrete surroundformaten kent "Home Theater" nog een andere ontwikkeling, namelijk de overgang van 5.1 naar 6.1 of zelfs 7.1. Dolby’s ‘Prologic II’ is een echte 3:2:1 matrix surround decoder, welke niet in staat is om van een tweekanaals stereobron een 6.1 of 7.1 surroundweergave te maken. ‘Prologic IIx’ brengt hier verandering in. ‘ProLogic IIx’ is geen vervangende decoder voor ‘ProLogic II’, maar een extensie die enkel terug te vinden zal zijn in die AV-receivers, geïntegreerde AV-receivers en surround-processors die in staat zijn tot realisatie van een 6.1 of 7.1 surroundweergave. Alle AV-apparatuur die zich ‘beperkt’ tot 5.1 surroundweergave blijft uitgerust met de ‘ProLogic II’ decoder. De ‘ProLogic IIx’ decoder is in staat om van elke tweekanaals stereobron, en zelfs discrete 5.1 surroundformaten, een 6.1 of 7.1 surroundweergave te maken, waarin elk kanaal geheel onafhankelijk werkt. Het ‘Low Frequency Effects’ kanaal, oftewel ‘LFE’ wordt voor rekening genomen door het interne basmanagement van de AV-receiver, geïntegreerde AV-versterker of surround-processor, en maakt zodoende geen deel uit van zowel de ‘ProLogic II’ als ‘ProLogic IIx’ matrix-decoder.
DTS-ES en DTS-Neo:6, een wereld van verschil
1993 was het jaar waarin het publiek kennis maakte met een waar wonder binnen de evolutie. Niet in werkelijkheid natuurlijk, maar middels de ‘CGI’ van ‘Industrial Light and Magic’ en de befaamde ‘poppenmaker’ Stan Winston, die samen met regisseur Steven Spielberg de krachten bundelde om Michael Crichton’s ‘Jurassic Park’ tot leven te brengen. Deze film was niet alleen baanbrekend op het gebied van ‘special effects’ maar betekende ook de introductie van ‘Digital Theater System’ oftewel ‘DTS’.
Ook ‘DTS’ kent tal van discrete en matrix-based encoders en decoders om de luisteraar van een compleet omringende geluidsstage te voorzien. De discrete varianten, zowel het 6-kanaals `DTS` als het 7-kanaals `DTS-ES`, zijn al eerder besproken in het tweede deel van deze artikelreeks. Omtrent deze laatste variant bestaat vaak wat verwarring. `DTS-ES` was in eerste instantie gedeeltelijke gebaseerd op matrix-decoding. Het extra surround kanaal, vaak ten onterechte aangeduid als ‘surround back’ of ‘surround rear’, zat verborgen in de twee discrete surroundkanalen. Met een matrix decoder kon dit extra surroundkanaal worden geëxtraheerd. Later werd er door ‘DTS’ voor de consumentenmarkt een nieuwe generatie ‘DTS-ES’ encoder en decoder ontwikkeld, waarbij het derde surroundkanaal als discreet kanaal kon worden opgeslagen en weergegeven. Om enige duidelijkheid te geven kreeg deze nieuwe generatie encoders en decoders de toevoeging ‘discrete’, terwijl men de eerdere generatie omdoopte tot ‘DTS 6.1 Matrix’. Beide generaties waren echter specifiek bedoeld om 5.1 en 6.1 matrix-opnames als 6.1 weer te geven. De encoders en decoders waren nog niet geschikt om tweekanaals stereobronnen tot surroundgeluid om te toveren.
Om van elke tweekanaals stereobron een 6-kanaals surroundweergave te kunnen maken, ontwikkelde men ‘DTS Neo:6’. Net zoals de Dolby Laboratories variant, is deze decoder in staat om een surroundveld te creëren uit elke tweekanaals stereobron (bestaande uit een driekanaals frontstage en een 3 kanaals surroundveld). Het LFE-kanaal komt niet voor rekening van de decoder. ‘DTS’ baseert dit op het gegeven dat een AV-receiver, geïntegreerde AV-versterker of surround-processor, meestal over een uitgebreid bass-management beschikt die het herrouten van de laagweergave voor zijn rekening neemt.
De ‘DTS Neo:6’ decoder filtert het tweekanaals stereosignaal in diverse ‘subbands’. Elke ‘subband’ wordt door de decoder in een surroundveld gepositioneerd, zodat er weer verschillende ‘surround subbands’ontstaan waarmee de meerkanaals weergave wordt geconstrueerd. Doordat elke subband apart wordt aangestuurd, kan elk geluid binnen het surroundveld zijn eigen duidelijke positie krijgen. Op deze manier wordt een ruimtelijk beeld geschept met een duidelijke lokalisatie van de diverse geluiden. De architectuur van de decoder is onafhankelijk van de bron, dit kan een tweekanaals stereo-opname zijn, maar ook een 4:2 matrix opname of zelfs een 5:1 en 6:1 matrix opname. De reconstructie van het meerkanaals surroundveld is gebaseerd op de luidsprekerconfiguratie van de gebruiker. Heeft deze een centerluidspreker opgesteld, dan wordt een centerkanaal gecreëerd, is de centerluidspreker niet aanwezig dan wordt er een fantoom centerkanaal gecreëerd met behulp van de linker en rechter frontluidspreker.
SRS Labs en Circle Surround
SRS (Sound Retrieval System) Labs, een audiotechnologisch bedrijf, dat inmiddels al weer meer dan 10 jaar de markt voorziet van hun producten. Maar zij zijn niet alleen op de Home Theater markt actief, op nagenoeg ieder gebied van de electronicamarkt waar iets met audio gedaan wordt, kan gebruik worden gemaakt van de producten van SRS Labs. Van PDA’s tot hoofdtelefoons, van mobiele telefoons tot computers, overal zijn de audiotechnologische producten van SRS wel te vinden.
Merken als ‘Accuphase’, ‘Marantz’, ‘Kenwood’ en ‘Theta Digital’, maken gebruik van de componenten en van de technologie die ontwikkeld is door SRS Labs voor de Home Theater markt. Het huwelijk tussen SRS Labs en de Home Theater applicaties begon met hun ‘TruSurround’ decoders. In tegenstelling tot de meerkanaals matrix decoders van bijvoorbeeld Dolby Laboratories was ‘TruSurround’ ontwikkeld om van elke meerkanaals opname - discreet of matrix-encoded - een ‘downmix’ te maken naar slechts twee kanalen. De weergave van deze twee kanalen berust echter niet op de vertrouwde tweekanaals stereoweergave. SRS Labs tracht met hun technologie een ‘surroundfeeling’ aan het tweekanaals geluidssignaal mee te geven, compleet met ‘fantoomcenter’ en ‘fantoomsurrounds’.
Deze technologie is inmiddels al behoorlijk verouderd en was voornamelijk gericht op die doelgroep die nog niet beschikte over een meerkanaals luidsprekeropstelling. Voor tweekanaals stereo-opnames had SRS Labs al eerder hun ‘audio enhancements’ zoals ‘Dialogue Clarity’, ‘TruBass’ en ‘WOW’ ontwikkeld. Toen men deze ‘enhancement tools’ implementeerde in hun ‘TruSurround’ decoder was de nieuwe generatie ‘TruSurround XT’ geboren. Ook hier weer een downmix van een meerkanaals opname naar een tweekanaals weergave met surroundsimulatie. Met ‘TruSurround TX headphone’ werd het zelfs mogelijk om dezelfde surroundsimulatie via de hoofdtelefoon te ervaren.
Met ‘Circle Surround’ zette SRS Labs de eerste stappen in de wereld van meerkanaals decoders. ‘Circle Surround’ is een 5.1 decoder dat van elke tweekanaals signaal, al dan niet matrix-encoded, een 5.1 meerkanaals weergave kan maken. Een opvallend gegeven is dat SRS Labs er destijds al in slaagde om hun decoders dusdanig te ontwikkelen dat een volledige bandbreedte voor elk kanaal werd bereikt, tezamen met een goede aansturing van elk individueel kanaal. De ‘ProLogic’ decoder van Dolby Laboratories had hier toch duidelijk het nakijken. Net zoals bij ‘TruSurround XT’ is de ‘Circle Surround II’ decoder een voortborduursel op de eerste generatie. Naast de ‘enhancement tools’ zoals ‘Dialog Clarity’ en ‘Cinema Bass’ is de uitbreiding van een 5.1 matrix-decoder naar een 6.1 matrix-decoder de grootste verandering.
Ambisonic, Trifeld en Logic 7
De jaren ’70 van vorige eeuw waren de jaren van ‘Quadrophonie’. Helaas geen commercieel succes mede door de incompatibiliteit van de diverse uitvoeringen. Pionier Michael A. Gerzon was al vanaf het begin geen liefhebber van ‘Quadrophonie’ en ‘pair-wise mixing’ zoals dat werd gebruikt in studio-opnames voor zowel tweekanaals stereoweergave als ‘Quadrophonie’. Niet gehinderd door enige kennis startte hij al snel een serie onderzoeken naar geluid, signaal processing en psycho-akoestiek. Maar bovenal een onderzoek naar de relatie tussen deze verschillende componenten. Dit resulteerde uiteindelijk in het voor opname en weergave toepasbare formaat en processingmethode ‘Ambisonics’.
Waar "anderen" vrijwel altijd uitgingen, en gaan, van een opbouw van het geluidsveld door een frontstage en surroundveld, was de benadering van M. Gerzon compleet anders. Door het geluid op te delen in een viertal hemisferische componenten moest de ‘Ambisonics’ decoder in staat zijn om simultaan en consequent gebruik te maken van de menselijke psycho-akoestiek en de manier waarop wij geluid waarnemen cq plaatsen in de ruimte. De vier hemisferische componenten dragen de namen ‘W’, ‘X’, ‘Y’ en ‘Z’ en vormen tezamen het ‘B-formaat’. Waar component ‘W’ een omnidirectionaal monosignaal is, zijn de componenten ‘X’, ‘Y’ en ‘Z’ respectievelijk ‘front-back stage’, ‘left-right stage’ en ‘up-down stage’. Juist door de toevoeging van het laatste component moet de ‘Ambisonics’ decoder in staat zijn om een volledig hemisferisch geluidsbeeld neer te zetten in de luisterruimte. Het gedecodeerde ‘B-formaat’ gaat door een mangel van filters die allen een verschillende gain op hoog en laagfrequente geluiden hebben. De ‘uitkomst’ gaat nogmaals door een vrij eenvoudige amplitudematrix (de plaats waar ook gekeken wordt naar de luidsprekeropstelling) om vervolgens naar de ‘output-stages’ te worden geleid richting luidsprekers. De ‘Ambisoncs’ decoder is niet compatibel met het ‘Dolby Digital’ en/of ‘DTS’ discrete surroundformaat, maar kan wel als bewerking voor het gedecodeerde signaal gelden (voor een "beter" eindresultaat). Alhoewel ‘Minim Electronics Ltd.’ diverse ‘Ambisonics’ decoder componenten heeft gefabriceerd is ook ‘Ambisonics’ niet uitgegroeid tot een leidinggevend formaat of decoder. "Troy", "NAD", "Mitsubishi Electronics" en "Onkyo" hebben allen ‘iets’ met de decoders van ‘Ambisonics’ geproduceerd, maar het is het Engelse "Meridian" dat nog steeds gebruik maakt van de technieken van ‘Ambisonics’. Het ‘Trifeld’ logaritme, niet te verwarren met Yamaha’s Tri-Field DSP, bijvoorbeeld is een logaritme direct afgeleid van ‘Ambisonics’. ‘Trifield’ is een zeer flexibele surround-processing waarin, naast 7 full-range kanalen, nog plaats is voor hoogtekanalen en een diversiteit aan subwoofers.
Waar decoders als Dolby’s ‘Prologic II’, ‘DTS Neo:6’ en SRS Lab’s ‘Circle Surround’ vaak nog wat te kunstmatig kunnen klinken zijn het juist de decodering en processingmethodes als ‘Trifield’ die bewijzen dat ‘matrix processed surround’ absoluut goed kan klinken en zich niet hoeft te schamen naast de discrete varianten van "Dolby Lobaroatories" en "DTS". Een andere, inmiddels al zeer bekende, matrix-processed surroundoplossing is Lexicon’s ‘Logic 7’. Het bedrijf "Lexicon" heeft zich al reeds vele jaren bewezen in de pro-wereld, maar ook in de consumentenmarkt behoren zij tot de absolute top met hun Home Theater surroundvoorversterkers. Het paradepaardje op alle "Lexicon" surroundprocessoren is hun eigen matrix-decoder ‘Logic 7’. Anders dan bij ‘Ambisonics’ deelt ‘Logic 7’ het geluid niet op in hemisferische componenten maar bewandelt de meer traditionele weg. De 4 grote sleutelwoorden binnen deze matrix-decoder zijn: ‘Surround’, ‘Ambience’, ‘Reverberation’ en ‘Panorama’.
In tijden dat het surroundkanaal nog volledig monauraal en slechts beperkt in frequentiebereik was, konden de decoders van "Lexicon" al een volledig stereobeeld scheppen in het surroundveld, zowel in een 5.1 luidsprekeropstelling als in een 7.1 luidsprekeropstelling. Het doel is om een zo’n ruimtelijk en coherent mogelijk geluidsbeeld te geven. Is deze al aanwezig op de bron dan zorgen de surround en panorama algoritmes voor een verdere behandeling, is de ruimtelijke informatie niet aanwezig, dan wordt deze gecreëerd door het toevoegen van weergalm, de ‘reverb’ of ambiance. Binnen de algoritmes wordt bijzonder veel aandacht geschonken aan het laterale geluid, oftewel het reflecterend geluid, om zodoende een stabiele ruimtelijkheid binnen het signaal te krijgen. ‘Logic 7’ is zowel te gebruiken in een 7.1 opstelling (waarin de 7 luidsprekers elk hun eigen, semi-discrete signaal krijgen aangeboden), als in een 5.1 opstelling waar de twee surroundluidsprekers een derde fantoom-surroundluidspreker creëren om zodoende een pseudo 7.1 opstelling te maken met "slechts" 5 luidsprekers. Net zoals ‘Ambisonics’ is de ‘Logic 7’ decoder uitermate geschikt om ook het gedecodeerde ‘Dolby Digital’ en/of ‘DTS’ signaal te herbewerken. Geheel afhankelijk van de persoonlijke situatie en fysieke plaatsing van de luidsprekers kan deze bewerking een positief resultaat geven.
Surround, de toekomst
Meerkanaals weergave is niet meer weg te denken. Het product DVD is het snelst groeiende product aller tijden geweest en in het gros van de Nederlandse huiskamers is tegenwoordig wel minimaal een Home Theater-in-a-box setje te vinden. Dat surround zal blijven is een ding wat nu al zeker is en ook de formaten die in de toekomst gebruikt zullen gaan worden staan al min of meer vast. De twee ‘keyplayers’ zijn en blijven "Dolby Laboratories" en "DTS". De DVD zal langzamerhand plaats gaan maken voor de HD-varianten ‘Blu-ray’ en ‘HD-DVD’. "DTS" heeft echter haar eerdere aankondiging van het nieuwe surroundformaat voor deze HD-varianten alweer ingetrokken. Plotselinge veranderingen zijn niet vreemd bij "DTS". Voor zowel ‘Blu-ray’ als ‘HD-DVD’ zal "DTS" hun nieuwste surroundformaat ‘DTS-HD’ (voorheen ‘DTS++’) verder gaan ontwikkelen. Het DVD-forum heeft inmiddels ‘Dolby Digital Plus’ als het standaard surroundformaat voor ‘HD-DVD’ uitgeroepen. Maar ook Meridian’s Lossles technologie zal op de HD-DVD schijven vertegenwoordigd worden. Een hogere resolutie, bitrate en wellicht meerdere kanalen in de vorm van ‘height-channels’ is wat de toekomst ons vast en zeker zal gaan geven op het gebied van surround sound.