Dolby / DTS: compreensão dos diferentes formatos de áudio de cinema em casa e processamento multicanal

Surround, Objeto 3D, Dolby Atmos, DTS: X, Dolby Digital, Dolby Prologic e outros DTS-HD Master Audio. Difícil de navegar na
selva multicanal do Home Cinema . Felizmente estamos lá e, por não podermos ser exaustivos, certamente não pretendemos fazê-lo, sugerimos que você dê uma olhada na pergunta e, esperamos, esclareça o assunto.

Uma breve história do multicanal

Tendo permanecido em uma abordagem mono por muito tempo, o som do Cinema foi marcado por algumas inovações que não tiveram seguimento, como o muito ambicioso Fantasound da Disney (testado para Fantasia), bem como algumas gagueiras estereofônicas, antes de realmente se tornar mais democrático a partir dos anos 1950, e ainda mais tarde para sistemas de vídeo de consumidor.

As coisas se aceleraram a partir do final dos anos 70 com a chegada do Dolby Stereo, então no início dos anos 90 com os primeiros formatos verdadeiramente multicanal: Sony SDDS (somente formato de cinema), Dolby Digital e DTS, todos três para armazenar 6 canais separados.

À esquerda: o primeiro filme em Dolby Digital. Certo: O primeiro filme DTS

A partir daí, o multicanal decaiu no mundo da sala, via Dolby Digital, com o Laser Disc, mas sobretudo com a democratização do DVD no final dos anos 90.

Teremos que esperar mais vinte anos, e o empréstimo de uma tecnologia dos videogames, o objeto sonoro, para que o multicanal se abra a uma terceira dimensão, e integre a noção de objeto sonoro nos formatos. Dolby Atmos, DTS: X, bem como vários pequenos polegares e tecnologias derivadas.

O multicanal

Mono e estéreo

Nós os colocamos para o show, mas o conceito multicanal normalmente se aplica acima de uma renderização 2.0.

Mono é uma gravação de faixa única, normalmente de uma única fonte. Pouca informação espacial pode emergir, uma vez que não há outro referencial sólido.

Independentemente do número de alto-falantes, o conceito de Mono, Estéreo e Multicanal implica no número de canais envolvidos.

O estéreo já é um grande passo em frente, pois introduz o conceito de canal esquerdo e canal direito, representação que já permite estabelecer um espaço sonoro coerente, mesmo suficiente para quem usa um fone de ouvido de áudio.

Matrix / demosaicing

Mas vamos voar sobre uma tecnologia aqui, usada por exemplo no muito antigo Disney Fantasound, ou em Dolby Stereo: canais de matriz, em oposição a canais discretos. Canais discretos (distintos) são canais gravados separadamente de outros. Dolby Digital grava 6 canais, para uma renderização 5.1.

O muito complexo sistema Fantasound, criado para o filme Fantasia, foi a primeira grande tentativa de som multicanal. fonte @dubspot

Por outro lado, o Dolby Stereo grava 4 trilhas, que é matricial em 2 canais na mixagem, então é um sinal estéreo. Mas a mixagem é feita de tal forma que, uma vez processada / desmastrada por um decodificador Dolby Surround (tocando na fase e nos pontos comuns entre os dois canais esquerdo e direito), pode ser emitida em um 4.0 coerente. Este processo de demosaicing requer um sinal gravado com canais matriciais (Dolby Surround), mixado para trazer as informações do canal surround, mas também pode funcionar em qualquer tipo de sinal estéreo ou superior, a partir do processamento Dolby Pro. Logic II.

Surround

O conceito de surround está diretamente ligado ao de estéreo, mas por expandir muito as possibilidades do som horizontal pela multiplicação dos canais. Para ser quadrado, o termo surround poderia ser aplicado aos formatos 3D, uma vez que o conceito de som abrangente (surround) permanece válido. Na linguagem cotidiana, a separação entre os dois termos geralmente é feita.

Com a chegada do 5.1 nas residências, a multiplicação dos alto-falantes e os custos … principalmente começando com os alto-falantes Focal hi-fi

Embora o arranjo do canal surround seja marcado como X.1 ou X.2, onde X é o número de canais surround, o arranjo dos alto-falantes na sala não é algo padronizado, seja entre os diferentes
formatos ou para o mesmo formato. Isso é tanto mais verdade quanto os designers de formatos multicanais não concordam entre si, por exemplo, sobre o tipo de alto-falantes a serem usados. Alguns preferem alto-falantes clássicos, difundindo em uma direção, outros os alto-falantes Dipolar / Bipolar (alto-falantes com dois alto-falantes, difundindo em 2 direções).

Em 5.1 (Dolby Digital e DTS), o layout é geralmente o seguinte: 1 canal central, 2 alto-falantes frontais (colocados como alto-falantes estéreo), dois alto-falantes à esquerda e à direita do ouvinte, um subwoofer. No 7.1, dois alto-falantes adicionais são colocados atrás do ouvinte.

Quase sem limites para as instalações do salão, como este kit 11.2 muito discreto da Klipsch

No Home Cinema, existem até as abordagens 9.1, 11.1, até 9.2 e 11.2 (caixa adicional) e muito mais. Em qualquer caso, já não estamos a falar aqui de formatos que utilizam apenas canais discretos, mas de processamento de som (Dolby Prologic IIz e DTS Neo: X) que permite adicionar os últimos 2 ou 4 canais por demosaicing, analisando os canais discretos existir.

Objetos 3D / de som

O conceito de som 3D é duplo no Home Cinema. Primeiro temos a aparência de uma verticalidade do som, caracterizada por alto-falantes de teto apontados para baixo, alto-falantes apontados para o teto (reflexo), ou mesmo colocados em um plano mais alto do que os alto-falantes surround convencionais. A designação é então feita em X.1.Y ou X.2.Y, sendo X o
número de canais surround, Y o número de canais de verticalidade, o padrão é geralmente entre 5.1.2 e 7.2.4.

Um grau adicional vem com o uso de vários planos de som, tornando possível cruzar zonas de som. Entre os diferentes sistemas, o Auro-3D se oferece para completar as dimensões surround através de outro plano e uma última caixa acústica em um terceiro plano

Em segundo lugar, os objetos sonoros, permitindo representar, durante a mixagem, elementos localizados em um espaço sonoro 3D, por meio de metadados
contendo coordenadas (entre outros). Dolby Atmos, mas também DTS: X, para citar os formatos de som 3D mais famosos, ambos trabalham nesta coexistência:

Por um lado, a codificação multicanal clássica, sendo cada trilha associada a um canal, para uma renderização 5.1.2 ou 7.1.2 na maioria das vezes. Essas faixas são chamadas de "camas" em bom inglês e podem ser traduzidas como "faixas adormecidas", faixas ambientais, qualquer coisa que não possa ser definida como um objeto de som (chuva, vento, ruído de fundo, ruído não localizado, música, etc.).

De outro, portanto, objetos sonoros, codificados em trilhas mono, que não estão vinculados a um canal preciso, mas a coordenadas. O decodificador é então responsável por interpretar e renderizar a posição do objeto em tempo real, usando vários canais simultaneamente.

Com sistemas como o Dolby Atmos, a mixagem de som também leva em consideração o conceito do objeto, que quase pode criar uma analogia com o 3D "visual".

Observe que (que é o caso na maioria das configurações de sala de estar), o conceito de objeto de som pode existir em uma configuração 7.1 ou 9.1. Os formatos DTS: X e Auro-3D não definem alto-falantes de altura como fundamentalmente diferentes.

Fazendo isso, o marketing Dolby Atmos / DTS: X Cinema e Dolby Atmos / DTS: X do consumidor têm o mesmo nome. Na prática, os requisitos e possibilidades são claramente diferentes. A menor rede de caixas acústicas de uma configuração de Home Cinema, e sua menor capacidade de processamento, fazem com que os dois sistemas só tenham em comum o modelo híbrido Multicanal / Objetos de Som. Para muitos, o conceito de objeto sonoro neste tipo de configuração não faz muito sentido, e seria tão fácil propor uma abordagem simplesmente multicanal, sem partir do conceito de canais virtuais que sonorizam objetos, nem para adicionar alto-falantes ao teto para tentar imitar uma sala de cinema.

Decodificação e fluxo de bits

Existem duas maneiras de decodificar um sinal multicanal em uma configuração de Home Cinema. Primeiramente, use o decodificador interno do produto lendo a mídia: reprodutor Blu-Ray, TV ou mesmo caixa de TV (Apple TV ou Shield TV por exemplo). Em segundo lugar, e isso permanece ótimo, deixe para um amplificador de áudio / vídeo multicanal dedicado, ou mesmo para a barra de som (nesta configuração).

Esta segunda solução requer a passagem do sinal de áudio bruto, não decodificado. Para isso, é necessário que o soquete de destino (player / box / lado da TV) possa permitir, o que é chamado de modo Passthrough / Bitstream, mas também que seu fluxo seja suficiente. Para formatos que não sejam muito pesados ​​e não excedam 5.1, como Dolby Digital e DTS, é possível passar este stream para SPDIF (soquetes óticos e coaxiais).

Os soquetes SPDIF óptico e coaxial (canto inferior direito) permanecem clássicos para a saída de um fluxo de áudio, seja em fluxo de bits ou em PCM (sinal decodificado). Mas, uma vez em formatos multicanal pesados, o padrão não pode mais seguir em Bitstream

Além disso, ele inevitavelmente passará pela conexão HDMI, que é menos limitada. Para isso, você precisa de pelo menos uma versão HDMI 1.4 para transmitir Dolby TrueHD e DTS-HD Master Audio em Bitstream. Se a ligação ao amplificador for através da TV, neste caso deve utilizar uma tomada HDMI ARC (que permite o retorno do fluxo de som) ou, mais idealmente, HDMI eARC, este último não sendo limitado pelo número de canais. nem pelo fluxo (até 37 MB / s).

Se a conexão não suportar o Bistream no formato pretendido, a decodificação irá então passar pela TV / box / reprodutor Blu-Ray, que enviará o stream decodificado em PCM para o amplificador, que ainda terá que cuidar do conversão digital / analógica. Se nem mesmo esta opção for possível, a conversão digital / analógica será feita upstream, e a transmissão de áudio mudará para analógica, nas portas RCA por exemplo.

Um exemplo de folha de dados para um extrator HDMI. Versões não muito antigas deste padrão são obrigatórias para enviar um feed bruto

Em relação à compatibilidade com um determinado formato, geralmente tudo é decidido caso a caso e dependerá muito da geração dos produtos.

Formatos / Codecs

Vamos lidar apenas com os formatos de consumidor mais comuns aqui.

Surround

Dolby Digital

• Nomes: Dolby Digital; AC-3; Dolby Stereo Digital (não usado mais)
• Tipo: formato de compressão e codec (AC3)
• Canais: 5.1
• Codificação de áudio: 16 bits, amostragem em 32, 44,1 e 48 kHz
• Tipo de codec: compressão com perdas
• Taxa de bits clássica: 384 kb / s ou 448 kb / s em multicanal, às vezes 640 kb / s
• Obrigatório com suporte em DVD

DTS 6

• Nomes : DTS; DTS 6; DTS Digital Surround; DTS Core; DTS Coherent Acoustic (codec)
• Tipo : formato de compressão multicanal
• Canais : 5.1
• Codificação de áudio : 20 bits, amostragem em 32, 44,1 e 48 kHz
• Tipo de codec : compressão com perdas
• Taxa de bits : 1509,75 kb / s máx, geralmente limitada a 754,5 kb / s em DVD
• Suporte não obrigatório para DVD e Blu-Ray
• DTS é o nome da família de formatos, mas também significa, em linguagem comum, DTS 6

Dolby Digital Surround EX

• Tipo : Extensão de Dolby Digital, formato de compressão multicanal com componente de matriz.
• Canais : 6.1; 5.1 codificação discreta, 7º canal matricial. Corresponde à adição de um canal surround traseiro
• Codificação de áudio : 16 bits, amostragem em 32, 44,1 e 48 kHz
• Tipo de codec : AC3, compressão com perdas
• Taxa de bits clássica : 384 kb / s ou 448 kb / s em multicanal, às vezes 640 kb / s

DTS-ES

• Nomes : Matriz DTS-ES; DTS-ES Discreto
• Tipo : formato de compressão multicanal de duas variantes
• Canais : 6.1 discreto (DTS-ES Discreto): 5.1 discreto + 1 canal de matriz (DTS-ES Matrix)
• Codificação de áudio : 20 bits, amostragem em 32, 44,1 e 48 kHz
• Tipo de codec : compressão com perdas
• O DTS-ES Matrix funciona exatamente como o Dolby Digital EX, o DTS-ES Discrete realmente codifica este canal surround traseiro

Dolby Digital Plus

• Nomes : Dolby Digital Plus; E-AC-3; AC3 +
• Tipo : Superconjunto de Dolby Digital; Formato de compressão multicanal e codec
• Canais : até 15,1, normalmente 5.1 ou 7.1
• Codificação de áudio : 16 bits, amostragem em 32, 44,1 e 48 kHz
• Tipo de codec : AC3 +, compressão com perdas; otimização em comparação com AC3
• Taxa de bits máxima : 6.144 kb / s, principalmente muito mais baixa
• Amplamente utilizado para sites de streaming e transmissão TNT HD
• Codificação de som usada para Dolby Atmos (site streamin, por exemplo)

DTS 96/24

• Tipo : formato de compressão multicanal; Núcleo DTS com extensões
• Canais : 5.1
• Codificação de áudio : 24 bits, amostragem de até 96 kHz
• Tipo de codec : compressão com perdas
• Taxa de bits : 1509,75 kb / s máx, geralmente limitada a 754,5 kb / s em DVD
• Compatível com um decodificador DTS padrão, reprodução reduzida para 16 bits / 48 kHz máx.

Áudio de alta resolução DTS-HD

• Tipo : formato de compressão multicanal; DTS com extensões
• Canais : 7.1
• Codificação de áudio : 24 bits, amostragem de até 96 kHz
• Tipo de codec : compressão com perdas
• Taxa de bits : 3 MB / s ou 6 MB / s

DTS-HD Master Audio

• Tipo : formato de compressão multicanal; segundo membro da família DTS-HD
• Canais : ilimitados; geralmente 5.1 ou 7.1
• Codificação de áudio : 24 bits, amostragem de até 192 kHz (em 5.1) e até 96 kHz (7.1)
• Tipo de codec : sem perdas
• Taxa de bits : taxa de bits variável, max a 24,5 MB / s
• Compatibilidade : reproduzível em um decodificador DTS convencional, na qualidade 20 bit / 48 kHz
• Disponível apenas em Blu-Ray para o público em geral

Dolby TrueHD

• Tipo : Superconjunto de Dolby Digital; Formato de compressão multicanal e codec
• Canais : até 14 canais, limitado a 7.1 em Blu-Ray
• Codificação de áudio : 24 bits, amostragem de até 96 kHz
• Taxa de bits : 18 MB / s máx.
• Tipo de codec : sem perdas; baseado no codec Meridian Packed PCM
• Opcional para players Blu-Ray, mas ainda presente na prática em modelos recentes
• Não usado para serviços de streaming (muito pesado)

3D / orientado a objetos

Dolby Atmos

• Tipo : formato multicanal com suporte para objetos de som
• Canais (versão de consumidor): limitado tecnicamente a 24.1.10, raramente mais de 7.1.2 em decodificadores convencionais. 10 canais de "cama" e até 118 objetos sonoros
• Codificação de áudio : depende do codec
• Tipo de codec : AC3 + ou Dolby TrueHD
• Uso : TV (AC3 +), streaming (AC3 +), Blu-Ray (AC3 + e TrueHD)

DTS: X

• Tipo : formato multicanal com suporte para objetos de som
• Canais (versão para consumidor): limitado a 11.1 canais
• Codificação de áudio : DTS-HD Master Audio
• Uso : Blu-Ray
• Maior flexibilidade do que Atmos na configuração de alto-falantes, alto-falantes verticais não impostos

Auro 3D

• Tipo : formato multicanal com suporte para objetos de som
• Princípio : baseado em 2 ou 3 níveis de alto-falantes horizontais
• Canais (versão para consumidor): de 8.0 a 13.1
• Codificação de áudio : PCM (sem compressão)
• Uso : Blu-Ray
• Sistema de grade de som duplicando a grade surround clássica em um segundo nível
• Formato bastante raro

Áudio MPEG-H 3D

• Tipo : formato multicanal e codec, com suporte para objetos sonoros e componentes ambiosônicos (útil para VR, por exemplo)
• Funciona em 5 níveis de complexidade diferentes, dependendo da configuração
• Canais : De 8 máx. (Nível 1) a 64 máx. (Nível 5) canais físicos
• Codificação de áudio : com perdas (sem mais informações), altamente otimizado
• Uso : Transmissão (TNT-HD), streaming e aplicativo de áudio 3D
• Usado como base para o sistema 360 Reality Audio. Não é impossível que seja integrado ao processamento de som Tempest do PS5 (pura especulação)
• Permite muitos ajustes de som, incluindo ajuste de volume de canal separado

Dolby AC-4

• Tipo : formato multicanal e codec, com suporte para objetos sonoros (metadados Atmos, sem estar integrado a este formato)
• Codec : AC-4
• Melhoria do codec AC-3 + (Dolby Digital Plus), anuncia qualidade equivalente a 50% da taxa de bits
• Canais : 7.1.4 máximo
• Velocidade clássica : entre 224 e 288 kb / s no modo 7.1.4
• Uso : Broadcast (TNT-HD), streaming
• Integração até 2024 no padrão TNT francês
• Permite ajustes nos canais de som para uso em transmissão (destacando diálogos, cortando um dos canais, etc.) e pode analisar o material de destino para adaptar a dinâmica do som. Formato preferido pela Dolby para o futuro da transmissão

Tratamentos de som

Frequentemente confundido com formatos, o processamento de som multicanal permite, a partir de uma fonte mono, estéreo ou multicanal, adicionar
canais adicionais, para fornecer uma renderização mais envolvente. Sua
operação básica é geralmente demosaicing, embora os modelos mais recentes vão muito mais longe.

Além do muito antigo Dolby Surround e do primeiro Dolby Pro Logic, que tinha que usar um sinal matricial em Dolby Surround, não é necessário trabalhar na mixagem upstream, para matricular os canais, para permitir esse processamento.

Dolby Surround

• Tipo : formato de codificação e processamento de som (decodificação)
• Operação de codificação: mixagem de som especial, matriz de quatro faixas em dois canais
• Decodificação : decodifica o sinal Dolby Surround estéreo em um sinal 3.0 (estéreo + canal surround traseiro), com o canal surround sendo um canal surround
• Compatibilidade : disco laser, VHS, algumas faixas estéreo de DVD

Dolby Surround pode ser colocado no parágrafo de formato, uma vez que sua operação básica depende de uma codificação estéreo específica.

Dolby Pro Logic

• Tipo : versão renomada de decodificação Dolby Surround, ligeiramente melhorada
• Decodificação : decodifica o sinal Dolby Surround estéreo em um sinal 4.0 (estéreo + canal surround traseiro + canal central)

Dolby Pro Logic II

• Tipo : Processamento de som multicanal
• Como funciona : transforma um sinal estéreo, mesmo não Dolby Surround, em 5.1
• Vários modos de operação : Filme, Música, Jogo
• Modo de jogo integrado em consoles PS2 e Gamecube

Dolby Pro Logic IIx

• Tipo : processamento de som multicanal, versão aprimorada de Dolby Pro Logic II
• Como funciona : transforma um sinal, de estéreo para 5.1, em um sinal 6.1 para 7.1

DTS Neo: 6

• Tipo : Processamento de som multicanal
• Equivalente a Dolby Pro Logic IIx
• Operação : Permite transformar qualquer tipo de sinal de 2.0 a 7.1, em um sinal de 3.1 a 7.1
• Operação um pouco mais complexa
• Menos difundido

Dolby Pro Logic IIz

• Tipo : Processamento de som multicanal com introdução de canais ambientais (ruído de fundo da mixagem de som: chuva, vento, etc.)
• Operação : Mesma possibilidade básica do Dolby Pro Logic IIx. Possibilidade de adicionar dois canais surround (a serem colocados acima dos canais estéreo frontais) para um sinal 5.1 e um sinal 7.1, para mudar para 7.1 ou 9.1

DTS Neo: X

• Tipo : Processamento de som multicanal com introdução de canais surround
• Operação : O mesmo que Pro Logic IIz, mas adiciona outros 2 canais surround adicionais (11.1), acima dos alto-falantes surround traseiros ou em um ângulo de 45 ° na frente do ouvinte.

Audyssey DSX e DSX2

• Tipo : Processamento de som multicanal com introdução de canais surround
• Equivalente a DTS Neo: X em sua segunda configuração de alto-falante (a 45 °)
• Pode ir até 11,2 (adição de uma segunda caixa)

Dolby Surround (versão recente)

• Tipo : processamento de som multicanal com suporte de canal vertical
• Espera-se que eventualmente substitua a família Dolby Pro Logic
• Pode simular a saída de som do tipo dolby atmosf multicanal, de 5.1.2 a 24.1.10 (limite da atmosfera do consumidor), de sinais 2.0, 5.1 ou 7.1
• Nome que causa muita confusão, mas não deve ser misturado com o antigo formato / decodificador Dolby Surround.

Tratamentos dedicados a capacetes

Mesmo que a ideia seja antes falar em multicanais / multifalantes, a escuta com fones de ouvido tinha direito, desde o final dos anos 90 (ou mesmo antes), a
seus próprios tratamentos, adaptados às peculiaridades estéreo desse objeto. Então, vamos terminar com esses tratamentos específicos, examinando-os rapidamente.

Os tratamentos recentes praticamente todos envolvem suporte para um sinal multicanal ou 3D, reduzido a um sinal estéreo binaural, enquanto tentam tornar o HRTF o mais universal possível. O HRTF, ou “função de transferência relacionada à cabeça”, levará em consideração as especificidades da cabeça humana como um todo e seu papel na detecção 3D do som de um indivíduo.

• Dolby Headphone: Tecnologia de jogos derivada de Dolby Pro Logic II, trazendo 5.1 ou 7.1 a um sinal estéreo adequado. Na
  maioria dos casos, os conversores foram incorporados a fones de ouvido para jogos, como
  o A50 da Astro Gaming
• Dolby Atmos para fones de ouvido : Conversão de um sinal Atmos em um som Binaural 360 °, adequado para um fone de ouvido de áudio, versão aprimorada do fone de ouvido Dolby, portanto. Este tratamento está implementado em versões recentes do W10, no Xbox One / Series X e S, ou em muitos smartphones como o Iphone Xs / Xr e 11 desde o iOS 14 (embora já um pouco introduzido no iOS13).

Já longe da ideia do Atmos Cinéma, o Dolby Atmos para fones de ouvido permite, ao reprocessar o sinal para um sinal estéreo especial, renderizar a mesma experiência 3D em fones de ouvido. O software Dolby Access permite que você aproveite no W10

• NX Waves: Tratamentos patenteados, integrados por exemplo no excelente Mobius da Audeze. O NX Waves combina uma abordagem binaural e rastreamento de cabeça para manter a "fonte" (tela) em um só lugar sonoramente. Isso te lembra de algo?
• Sistema Apple: revelado na WWDC20, a recente atualização do Airpods 2 / Airpods Pro permite aproveitar a implementação do Dolby Atmos para criar um equivalente do Dolby para Fones de ouvido com molho de maçã, enquanto recupera a ideia de rastrear os movimentos de o chefe da NX Waves.

Outra forma de gerenciar Dolby Atmos em fones de ouvido, o processamento oferecido pela Apple desde iOS14 Apple

• DTS Headphone: X: DTS equivalente a Dolby Atmos para Headphones, virtualização de uma fonte multicanal ou DTS: X de um sinal estéreo binaural.
• Auro-Headphones : Novamente, o equivalente Auro-3D de Dolby Atmos para fones de ouvido.
• Sony Tempest Engine (PS5): Não sabemos quase nada sobre esta tecnologia, que por si só não é dedicada exclusivamente aos fones de ouvido. O pouco desvendado vai contudo destacar a sua gestão sonora 3D orientada a objetos e, sobretudo, o seu destaque deste som 3D para auscultadores, via som binaural com a utilização de curvas HRTF.

Outro desejo da Sony de fazer sua própria tecnologia, que não leve em conta Dolby Atmos em seu PS5, mas um tratamento proprietário, o Tempest Engine, claramente adaptado para ouvir através de fones de ouvido

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