Звуковой прожектор

Существующие стандарты многоканального звуковоспроизведения требуют использования как минимум пяти основных каналов и дополнительного — для низкочастотных эффектов, то есть соответствие конфигурации 5.1. Производители AV-аппаратуры уже давно и широко применяют различные алгоритмы аналоговой обработки для создания виртуального пространственного звучания, используя для воспроизведения ограниченное количество акустических систем (см. «Виртуальный кинозвук» S&V, август 2004). Во всех этих режимах до слушателя доходит звуковой фронт прямого излучения. Можно направить акустику на стену и при хорошем отражении от нее получить кажущийся источник звука за стеной. Самый известный пример акустической системы, в которой группы головок направлены в разные стороны, так что отражения от стен создают в помещении звуковую панораму, — это акустика Bose 901. В ней установлены девять одинаковых широкополосных головок: одна излучает вперед, остальные объединены по четыре и направлены назад под углом в разные стороны. Конструкция позволяет реализовать запатентованный фирмой Bose принцип «прямой/отраженный» (Direct/Reflecting), при котором большая часть звука приходит после отражения от разных стен помещения.
   С другой стороны, существует много примеров акустических систем, в которых используется размещение в вертикальном ряду нескольких одинаковых головок, например, высокочастотных или среднечастотных. При этом их общая диаграмма направленности по вертикали сжимается до узкого луча, а в горизонтальной плоскости, наоборот, максимально расширяется. При анализе такой конструкции логичным продолжением возникает вопрос: а нельзя ли поуправлять распространением звука, используя матрицу из нескольких десятков головок? На такой вариант наводит совершенно прозрачная аналогия с известным техническим решением — фазированной антенной решеткой. Эта структура образована матрицей расположенных в одной плоскости элементарных антенных излучателей, для которых предусмотрена возможность независимого сдвига фаз питания каждого из них с целью управления формой и параметрами диаграммы направленности. Именно эту идею и реализовала в своей акустической системе, названной Digital Sound Projektor‘ (цифровой звуковой прожектор), компания 1 Ltd.

Рис. 1. Матричная акустическая система с управляемым звуковым лучом позволяет формировать как минимум пять лучей, соответствующих стандартной пятиканальной системе. При этом звук фронтальных каналов (обозначенных на рисунке L, R и C) доходит до слушателя напрямую, а звук тыловых каналов (Ls и Rs) достигает слушателя после отражения от стен. Как видно из примера, система допускает размещение в углу комнаты

В ней единая акустическая панель с матрицей из громкоговорителей позволяет воспроизводить настоящее пространственное звучание, формируя узкие направленные звуковые лучи и используя отражения от стен. При этом звуковая картина получается в пределах всей зоны прослушивания. Более того, оказывается возможным корректировать размеры этой зоны оптимального звучания в зависимости от числа зрителей в помещении. Звучание трех виртуальных фронтальных каналов обеспечивается прямым излучением, а двух тыловых — за счет отраженного от боковых и задней стен и потолка, звуковых лучей излучения под углом. Цифровая обработка позволяет размещать акустическую панель не только вдоль стены, но даже и в углу (см. рис. 1). В основе формирования звукового луча — использование регулируемой задержки входного сигнала для каждой индивидуальной головки громкоговорителя. Когда сигнал излучается всеми головками одновременно, то звуковой фронт фокусируется в центре перед акустической панелью. Если перед подачей на головку сигнал предварительно задерживается (на разное время для каждой головки в соответствии с принятым алгоритмом), то звуковой образ сместится в сторону. В примере задержка t1 (см. рис. 2) самая большая и постепенно уменьшается к t6. Это приводит к виртуальному увеличению расстояний d на разную величину, что в результате воспринимается слушателем как разворот плоскости акустической панели.
   Из этого примера видно, что для создания управляемого звукового луча в Digital Sound Projektor‘ необходимо подавать сигнал сразу на несколько головок, а перед этим сигнал для каждой еще и обработать в соответствии с алгоритмом. Это предполагает существенный объем вычислений, поскольку вся обработка осуществляется в цифровом виде.
   Таковы основные принципы работы акустической системы с управляемой диаграммой направленности нескольких звуковых лучей, предложенные компанией 1 Ltd. Первая версия подобной панели, показанная еще на рубеже веков, получилась очень дорогой из-за большого объема комплектации, поскольку обработка была реализована на стандартном процессоре. Отвечая на все возрастающий интерес к бюджетной версии Digital Sound Projektor‘, чтобы уменьшить стоимость как самого устройства, так и его производства, 1 Ltd разработала и представила в конце 2003 года комплект специальных микросхем (чип-сет), включающий процессор и усилитель мощности. Эти микросхемы позволяют заменить множество электронных компонентов, использовавшихся в первых версиях Digital Sound Projektor‘. После этого у покупателей лицензии появилась возможность получить изготовленную по их собственной спецификации микросхему процессора, предназначенную только для их оригинальной версии громкоговорителя. Процессор формирования луча TAC8256 обеспечивает цифровую обработку сигналов для индивидуальных головок громкоговорителей, таким образом формируя и направляя звуковые лучи. Этот процессор полностью совместим с цифровыми потоками звукового сопровождения в таких форматах как Dolby Digital, Dolby Digital EX, DTS и DTS-ES, обеспечивая долгую жизнь изделию, в котором он используется. Схема усилителя TAD108, который является импульсным усилителем, работающим в классе D, совместно с TAC8256 обеспечивает раскачку большого числа громкоговорителей (для каждой головки требуется свой усилитель), образующих звучащую матрицу. Таким образом, набор из всего двух специализированных ИС гарантирует совместимость с любым вариантом Digital Sound Projektor‘, который только может предложить компания 1 Ltd. После этого создание компактного звукового прожектора стало реальностью.

Рис. 2. Принцип управления положением кажущегося источника звука

Пока только две фирмы выпустили коммерческие версии подобных панелей с активной акустической матрицей. Первыми решились на это специалисты Pioneer, которые представили акустическую систему PDSP-1, содержащую матрицу из 254 одинаковых головок. Такое количество головок определяет солидные размеры панели — 963 на 640 мм; но глубина, поскольку головки маленькие, составляет всего 146 мм. PDSP-1 обеспечивает максимальный уровень звукового давления 115 дБ (1 кГц, 1 м). Цифровой вход обеспечивает обработку потока от DVD-проигрывателя (Dolby Digital, DTS или РСМ), а сигнал с аналогового входа может обрабатываться с разрешением 24 бита и частотой 48 кГц. При инсталляции акустической системы можно запомнить несколько предустановок, исходя из геометрии помещения, его акустических характеристик и предпочтений и количества слушателей. Учитывая последнее, лучи могут быть сформированы у'же или шире, чтобы оптимально охватить всех присутствующих. Кроме того, можно по-разному формировать звук фронтальных каналов, обеспечивая только прямой звук, или дополнительно использовать отраженния от стен и/или потолка, чтобы усилить эстетическое воздействие. Дистанционное управление системой с экранным меню просто необходимо для правильной установки. Видеовыход для подключения к дисплею можно выбирать между композитным или S-Video. PDSP-1 воспроизводит только средне- и высокочастотные составляющие сигнала, а для низкочастотной части необходимо использовать дополнительный сабвуфер или даже два, поскольку в ней предусмотрено именно столько выходов.
   В ноябре 2004 года уже Yamaha вышла на рынок с более компактной моделью YSP-1, в которой используются две низкочастотные головки (11 см) и 40 СЧ/ВЧ-головок (4 см). Хотя данная модель самодостаточна, и сабвуфер для нее не требуется, НЧ-выход для желающих усилить низкочастотные эффекты имеется. Обе акустические панели имеют, кроме цифровых и аналоговых сигнальных входов, и разъем шины RS-232C, предназначенный для продвинутого управления в составе системы домашнего кинотеатра. На прошедшей в начале года выставке CES 2005 акустическая система Yamaha YSP-1 настолько понравилась компетентному жюри, что получила награду Best of Show.
   У новых активных систем с матричной структурой есть несколько преимуществ по сравнению с традиционными с дискретными многоканальными акустическими системами. Первое преимущество подобной интегральной акустики — это ее компактность, поскольку многоканальное озвучивание осуществляется одним устройством. Отсюда логично вытекают еще два. Налицо простота инсталляции и подключения одним цифровым кабелем к DVD-проигрывтелю. Нет необходимости прокладывать дополнительные кабели, подбирать высоту установки каждой системы, ее угловой ориентации и расстояние до слушателя: предлагаемые системы уже разработаны для установки под панелью плоского телевизора. И кроме того, небольшая глубина обеспечивает идеальное визуальное и акустическое согласование с плоскими дисплеями, плазменными и ЖК.
   Поскольку в процессор системы заложены возможности моделирования различного акустического окружения без изменения ее положения в комнате, подобные акустические панели будут особенно удобны в небольших помещениях.

1 Ltd
   Компания 1 Ltd, занимающаяся технологическими разработками и продажей лицензий на них, базируется в Кембридже и Токио. Она обеспечивает конкурентное продвижение для своих коммерческих товаров через продажу лицензий и сопутствующих ноу-хау. Среди новаторских технологических разработок — собственная цифровая обработка сигнала, воплощенная в революционном Digital Sound Projektor', и целое семейство керамических актуаторов Helimorph", которые имеют целый ряд преимуществ по сравнению с традиционными электромагнитными преобразователями. Подробно познакомиться с компанией можно на ее сайте www.1limited.com.