(quadrophonie)_label.svg/1280px-4_0_channels_(quadrophonic)(quadrophonie)_label.svg.png)
Квадрафонический (или квадрофонический , а иногда и квадрозвуковой ) звук — эквивалент того, что сейчас называется объемным звуком 4.0 — использует четыре аудиоканала, в которых динамики располагаются в четырех углах пространства для прослушивания. Система позволяет воспроизводить звуковые сигналы, которые (полностью или частично) независимы друг от друга.
Четырехканальный квадрофонический объемный звук может быть использован для воссоздания высокореалистичного эффекта трехмерного живого концертного зала в домашних условиях. Его также можно использовать для улучшения впечатлений слушателя за пределами направленных ограничений обычного двухканального стереозвука . Квадрофонический звук был самым ранним потребительским продуктом в области объемного звука. С момента его представления публике в начале 1970-х годов было сделано много тысяч квадрофонических записей.
Квадрафонический звук потерпел коммерческий провал, когда впервые был представлен из-за множества технических проблем и несовместимости форматов. Четырехканальные аудиоформаты могут быть более дорогими в производстве, чем стандартные двухканальные стерео. Для воспроизведения требуются дополнительные динамики и каналы усилителя. Также может потребоваться специально разработанное декодирующее оборудование.
Появление домашних кинотеатров в 1990-х годах изначально предназначалось для озвучивания фильмов, но также снова сделало популярным многоканальное воспроизведение 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 пережило возрождение с 2000 года, и с этого времени новые четырехканальные записи также были выпущены для публики.
Квадрофоническая система воспроизводит правый передний, правый задний, левый передний и левый задний аудиосигналы в четырех отдельных динамиках. Воспроизводительная способность задних динамиков должна быть того же качества или почти того же качества, что и у передних динамиков; в идеале квадрофоническая система использует четыре идентичных динамика.
Первыми машинами, использовавшимися для 4-канальной звукозаписи, были аналоговые катушечные магнитофоны . Они были разработаны для использования звукорежиссерами в профессиональных студиях в 1950-х годах в Германии компанией Telefunken , а также компанией Ampex в США. Такие машины появились в некоторых европейских студиях электронной музыки к 1954 году. [1]
Первые попытки воспроизвести четырехканальный звук для домашнего воспроизведения начались с инженеров аудиолабораторий в конце 1960-х годов. Продюсер Томас Моури, [2] изначально работавший в Истменовской школе музыки , был одним из пионеров классической квадрофонической записи. Позже он делал квадрофонические постановки для Deutsche Grammophon и других лейблов в начале 1970-х годов, но многие из них были выпущены только в виде стереозаписей. [3]
Небольшое количество квадрофонических записей было представлено на американском потребительском рынке компанией Vanguard Records в июне 1969 года на катушечных магнитофонах. Самым популярным средством, использовавшимся для продажи записей публике в 1970-х годах, была виниловая пластинка LP . Квадрофонические записи на 8-дорожечной ленте также были популярны в 1970-х годах, особенно среди энтузиастов автомобильного аудио.
В 1970-х годах крупные производители электроники предлагали публике специализированные аппаратные системы для декодирования 4-канальных записей. Эти декодеры часто продавались как отдельные электронные компоненты. Декодеры также были доступны как встроенные функции некоторых аудиоприемников или усилителей, продававшихся в 1970-х годах.
Многие квадрофонические записи в 1970-х годах использовали «матричные» технологии для кодирования и декодирования четырех каналов аудиоинформации на 2-канальном носителе, обычно LP. Низкая производительность декодирования ранних матричных форматов была основной причиной их исчезновения после появления усовершенствованных матричных систем. Более поздние матричные системы были основаны на работе Питера Шайбера . Его базовая формула использовала схему сдвига фаз на 90°, чтобы позволить разработать усовершенствованные матричные системы 4–2–4, из которых двумя основными лидерами были системы Columbia SQ и Sansui 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 для квадрофонического звука. RM ( Regular Matrix ) использовался как синоним для QS, QM ( Quadraphonic Matrix [4] [5] использовался для Stereo-4 и Dynaquad ) и QX ( QuadXtra , основанный на DH Cooper "Dual-Triphonic") [6] [7] [8] [9] [10] для UD4 . [11]
Джим Фосгейт вместе с Шайбером и Мартином Уиллкоксом разработал декодер Tate II 101 SQ, который создавал очень точное звуковое поле, используя усиление и эффект Хааса для маскировки артефактов декодирования. Он использовал пользовательскую, собранную вручную и откалиброванную схему с компонентами, отсортированными до 1%, для точной производительности. Декодеры серии QSD и приемники серии QRX от Sansui были очень хороши, даже синтезируя лево-правое стерео в топологию подковы. Однако все они появились слишком поздно и были слишком дорогими или сложными для закупки для общественности, чтобы спасти matrix quad 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 использоваться вместо аппаратного декодирования. Современные программные алгоритмы способны обеспечить более точную производительность декодирования, чем более ранние аппаратные технологии.
Все многоканальные аудиосистемы, которые сегодня широко используются, являются цифровыми . Цифровое многоканальное аудио стало доступно для дома с момента появления фильмов с объемным звуком в 1990-х годах с использованием Dolby Digital и DTS. Наиболее распространенными цифровыми носителями, способными воспроизводить музыку с объемным звуком, сегодня являются Super Audio CD, DVD и Blu-ray, все из которых способны воспроизводить аудио высокого разрешения с несколькими каналами.
Процесс аудиомикширования для четырехканального звука отличается от 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 звучит в стерео только в передних каналах, а естественная реверберация или «эхо» концертного зала присутствует во всех динамиках. Некоторые записи живых концертов популярной музыки также были смикшированы таким образом. Классические записи редко помещают основные или сольные инструменты в задние каналы, хотя это иногда и делается.
Несколько классических записей были сделаны с точки зрения, в которой слушатель, кажется, сидит в середине оркестра. Одним из примеров является запись Columbia Masterworks 1973 года Концерта для оркестра Белы Бартока , дирижируемого Пьером Булезом . [12] Оригинальная четырехканальная запись была выпущена на матричной пластинке и 8-дорожечной ленте и переиздана в формате Super Audio CD компанией Dutton Vocalion в 2018 году . [13] Примечания, прилагаемые к записи, указывают 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. Этот тип записи может помещать музыкальные звуки в задние каналы, которые имеют такую же важность, как и передние каналы. Он может расширить чувство направления и пространства слушателя таким же образом, как это произошло, когда инженеры звукозаписи ввели стереозапись. В некоторых четырехканальных записях звуки движутся по полной ротации вокруг слушателя.
Инженеры по сведению также могут стремиться к гибридному эффекту между стилями. Хотя квадрофонические эффекты иногда считались искусственными, музыкальное наслаждение может быть значительно улучшено за счет более полного вовлечения слушателя.
Квадрафоническое воспроизведение звука на виниловых 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 были гораздо более успешными, чем другие. Простейшими системами были «производные» (2–2–4) форматы. За ними вскоре последовали гораздо более сложные «матричные» (4–2–4) форматы и, наконец, самые продвинутые «дискретные» (4–4–4) форматы.
Производные (2–2–4) форматы являются простыми и недорогими электронными решениями, которые добавляют или извлекают задние звуковые каналы «окружения» или «реверберации» из стереозаписей, т. е. студийную реверберацию, аплодисменты публики и т. д. Не существует точного размещения отдельных инструментов в задних каналах. [14]
В матричных форматах четыре канала преобразуются (кодируются) в два канала. Затем они проходят через двухканальную среду передачи (обычно пластинку LP) перед тем, как декодируются в четыре канала и представляются четырем динамикам. Для передачи четырех отдельных аудиосигналов стереосовместимым образом необходимо четыре одновременных 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.
Матричные квадрофонические записи могут воспроизводиться в двух каналах на обычных стереопроигрывателях. В этих системах существуют различные уровни стерео- и моносовместимости. Термин « совместимый» означает, что:
Этот процесс 4:2:4 не мог быть выполнен без потери некоторой информации. То есть, четыре канала, полученные на заключительном этапе, не были полностью идентичны тем, с которых процесс начался. Для того чтобы эффект работал так, как задумано, звукорежиссёр должен был 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.
Первые из них представляли собой базовые системы с относительно низкими характеристиками, разработанные Electro-Voice ( EV-4/Stereo-4 ) и Dynaco ( Dynaquad (DY) ). Так называемый матричный формат использовал четыре звуковых канала, которые были «кодированы» в два стереоальбомных трека. Затем они были «декодированы» в исходные четыре звуковых канала. Но из-за низкого качества декодирования эти системы не смогли достичь точности или независимости каналов более поздних матричных форматов.
Первоначальные системы (DY и EV-4) страдали от низкого фронтального левого-правого разделения (около 12 дБ) и плохого тылового левого-правого разделения в 2 дБ. Декодеры были разработаны больше для создания эффекта, а не для точного декодирования, что было в основном связано с ограничениями в обеих системах. Поскольку обе системы были очень тесно связаны математически, пользователям требовался только один декодер любой из систем для воспроизведения альбомов обеих систем.
Различия между ранними и поздними матричными системами были настолько велики, что это делало невозможным точное декодирование DY/EV-4 с помощью декодеров SQ или QS; результатом часто была «размытая» или плохо определенная звуковая сцена, которая могла сильно отличаться от того, что было задумано продюсером или звукорежиссером. [15] [16]
Позднее появились усовершенствованные системы, основанные на работе Питера Шайбера по использованию схем сдвига фаз на 90 градусов, а именно системы QS и SQ .
Первая из них, известная как QS , была разработана Sansui Electric . Так называемый матричный формат, он использовал четыре звуковых канала, которые были «закодированы» в два стереоальбомных трека. Затем они были «декодированы» в исходные четыре звуковых канала. Система QS дебютировала в Соединенных Штатах в марте 1971 года и была улучшена их системой Vario-Matrix в 1973 году. [ необходима цитата ]
Второй, SQ , был разработан и продавался Columbia Records и Sony и вышел на рынок США в апреле 1971 года. Формат SQ также использовался такими компаниями, как EMI в Великобритании, которая выпустила несколько альбомов SQ . Разделение звука системы SQ было значительно улучшено введением декодирования SQ Full Logic в 1975 году с использованием чипов Motorola MC1312, MC1314 и MC1315. [17]
И SQ, и QS имели значительную поддержку со стороны крупных звукозаписывающих компаний и производителей оборудования в 1970-х годах. Они также достигли заметных продаж и проникновения на рынок. К сожалению, из-за сходства названий и технологий их легко можно было спутать с общественностью.
Дискретное воспроизведение описывает квадрофоническую 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 и представляются четырехканальной системе воспроизведения и подаются на четыре динамика. Это определяется как система 4–4–4.
Дискретные фонографические системы используют специализированный демодулятор для декодирования четырех полностью независимых звуковых каналов. Это позволило обеспечить полное разделение каналов. Такие системы могли быть склонны к сокращению срока службы пластинки. Однако для решения этой проблемы были быстро разработаны более прочные виниловые формулы, и почти все дискретные пластинки используют специальный винил. Когда дискретные квадрофонические пластинки воспроизводятся на обычных стереопроигрывателях, всю музыкальную программу можно услышать в стерео.
Третий основной формат для четырехканальных виниловых пластинок, известный как CD-4 или Quadradisc , был разработан японской корпорацией JVC совместно с ее американским коллегой RCA Records .
Этот квадрофонический формат впервые был представлен на рынке в США в мае 1972 года. Полностью дискретная система, она отказалась от матричных технологий в пользу метода, аналогичного кодированию стерео FM- трансляций. При стереозаписях система использует 2 основных левых и правых аудиоканала, и это позволяет CD-4 поддерживать совместимость с обычным стереовоспроизведением. CD-4 также добавляет 2 дополнительных «разностных» аудиоканала к основным каналам. Разностные сигналы кодируются в ультразвуковых несущих частотах в диапазоне 30 кГц, что выше слышимого диапазона. CD-4 требует специализированного фонокартриджа с иглой «Shibata» для считывания этих дополнительных высоких частот. Затем объединенные сигналы 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 реконструировать предполагаемое четырехканальное звуковое поле.
UD-4/UMX был разработан Nippon/Columbia ( Denon ). Это гибридная дискретно-матричная система. В этом формате кодируется всего 35–40 элементов, и он продавался только в Великобритании, Европе и Японии.
Недолго просуществовавшая система страдала от несовместимости с обычным стереовоспроизведением из-за разницы фаз между левым и правым каналами. [18] UD-4 была менее критична в своей настройке, чем CD-4, поскольку носителям не приходилось обрабатывать такие высокие частоты, как в системе CD-4. [19]
Также были введены квадрофонические системы на основе ленты, основанные на новом оборудовании, способном воспроизводить четыре дискретных канала. Все эти записи являются дискретными 4–4–4 записями, выпущенными в форматах катушечных и 8-дорожечных картриджей . Для воспроизведения этих записей требовались специально разработанные четырехканальные машины. Они несовместимы со стереоплеерами.
В этих системах все четыре доступные дорожки были записаны на ленту, движущуюся в одном направлении. Предварительно записанные четырехканальные катушечные ленты были записаны со скоростью 7 1 ⁄ 2 дюймов в секунду (IPS), что является самой высокой скоростью, используемой для катушечных машин потребительского класса. Для сравнения, стерео предварительно записанные катушечные ленты имеют 2 разные программы, каждая из которых движется в противоположном направлении. Многие стереоленты были записаны всего со скоростью 3 3 ⁄ 4 IPS, что составляет половину полной скорости. Более низкая скорость приводит к значительному ухудшению качества звука. [20]
Затем, в апреле 1970 года, 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 в разрозненных выпусках (70 лент), разделенных на октябрь, ноябрь и декабрь 1970 года.
Формат был почти идентичен внешнему виду стерео 8-дорожечного, за исключением небольшой чувствительной выемки в верхнем левом углу картриджа. Это давало сигнал квадрофоническому 8-дорожечному проигрывателю объединить нечетные дорожки как аудиоканалы для программы 1, а четные дорожки как каналы для программы 2. Формат не был обратно совместим со стерео или моно проигрывателями; хотя квадрофонические проигрыватели воспроизводили стерео 8-дорожечные, воспроизведение квадрофонических лент на стерео проигрывателях приводило к прослушиванию только половины каналов за раз.
Последний релиз в квадрофоническом 8-дорожечном формате состоялся в 1978 году, хотя большинство из них прекратили выходить к концу 1976 года.
Были проведены некоторые эксперименты с радиопередачами (например, концерт Клиффа Ричарда на BBC , [21] [22] первая квадрофоническая трансляция которого состоялась в июле 1974 года [23] ), но они просуществовали недолго.
Одной из самых долгоживущих радиопередач была WQSR -FM "Quad 102½" в Сарасоте, Флорида . [24] На протяжении большей части 1970-х годов эта станция передавала сигнал, который можно было настроить как две отдельные станции с помощью обычных стереоприемников.
Классическая музыкальная станция Сан-Франциско KKHI-FM транслировала оперу Сан-Франциско в «совместимом» (то есть матрично-кодированном) квадрофоническом формате в 1970-х годах [25] , как и чикагская станция WFMT , транслировавшая в прямом эфире «Чикагскую лирическую оперу».
KRMH -FM («Good Karma Radio») (Сан-Маркос/Остин, Техас) вещало в формате «Quad Stereo» в начале 1970-х годов из своих студий и передатчика недалеко от Будая, Техас . [26]
WWWW-FM (W4-QUAD 106.7) (Детройт) транслировал квадрофонический звук, закодированный QS, в 1974 году. [27]
Радиостанция KEXL -FM («KEXL 104.5») (Сан-Антонио, Техас) вещала на частоте «Quadraphonic» в начале и середине 1970-х годов из своих студий в высотном офисном здании недалеко от Мэйн-Плаза. [28]
Сиэтлская станция KIRO-FM 100.7, позже переименованная в KSEA 101, транслировала несколько часов ежедневно в период с 1973 по начало 1976 года закодированную SQ квадрофоническую музыку. [29] Воскресным утром «Музыка и изреченное слово» из Мормонской скинии в Солт-Лейк-Сити транслировалось в SQ-квадрофонии. [29]
Matrix H была разработана инженерами BBC в 1977 году для передачи квадрофонического звука через FM-радио таким образом, чтобы он был максимально совместим с существующими моно- и стереоприемниками. [30]
Тестовые квадрофонические программы были созданы для BBC Radio 3 и BBC Radio 4 , включая пьесы и The Proms . [31]
Сначала были протестированы существующие форматы матриц. «H» не обозначает слово; первую матрицу, которую они оценили, они назвали Matrix A, а затем работали по алфавиту. [32] [33] Matrix H оказалась лучшим решением для моносовместимости и радиопередачи, [34] но для нее не было специального коммерчески доступного декодера.
BBC позже сотрудничала с разработчиками Ambisonics для создания BBC/NRDC System HJ . Это было основано на зонах допуска, разработанных для включения модифицированных версий как Matrix H, так и прототипа двухканального кодирования Ambisonics , известного как System 45J . Впоследствии матрица Nippon-Columbia UMX была введена в стандарт, что привело к окончательному названию UHJ , которое теперь ассоциируется с Ambisonics . [35]
В 1976 году Бен Бауэр объединил 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 базовой полосы для дискретных квадрофонических FM-передач с использованием дополнительных разностных сигналов, называемых «T» и «Q». Для FM-передач USQ дополнительная модуляция «T» была размещена на частоте 38 кГц в квадратуре к стандартному стереоразностному сигналу, а модуляция «Q» была размещена на несущей частоте 76 кГц.
Для стандартных двухканальных передач SQ Matrix CBS рекомендовала, чтобы дополнительный пилот-тон был размещен на частоте 19 кГц в квадратуре к обычному пилот-тону для обозначения кодированных SQ сигналов и активации логического декодера слушателя. CBS утверждала, что система SQ должна быть выбрана в качестве стандарта для квадрофонической FM, потому что в тестах прослушивания FCC различных предложений по четырехканальному вещанию система SQ 4:2:4, декодированная декодером CBS Paramatrix, превзошла 4:3:4 (без логики), а также все другие протестированные системы 4:2:4 (с логикой), приблизившись к производительности дискретной мастер-ленты с очень небольшим отрывом. В то же время «свертка» SQ в стерео и моно была предпочтительнее «свертки» стерео и моно 4:4:4, 4:3:4 и всех других систем кодирования 4:2:4.
В 1967 году группа Pink Floyd дебютировала со своей изготовленной на заказ квадрофонической акустической системой и провела первый в истории рок-концерт с объемным звуком. Это мероприятие называлось « Games for May » и проводилось в лондонском Queen Elizabeth Hall . [36] Устройство управления, которое они создали, Azimuth Co-ordinator , использовало два джойстика . Сейчас оно выставлено в лондонском Музее Виктории и Альберта как часть их галереи Theatre Collections. [37] Контроллер, которым обычно управлял Ричард Райт , позволял музыкантам помещать звуки в любой динамик и перемещать их по зоне прослушивания.
В 1976 году Майк Торн создал виниловый альбом Quadrafile , на всех четырех сторонах которого была записана одна и та же музыка, причем каждая сторона была в разном квадрофоническом формате (QS, SQ, CD-4 и UD-4).