Analogový zvuk systému Dolby Stereo

První komerčně používané formáty zvuku byly vyvinuty počátkem 50. let 20. století pro kina. Velkým průlomem bylo vytvoření protišumových filtrů A a B společnosti Dolby Laboratories a následné vytvoření formátu Dolby Stereo (někdy též označované jako Dolby A).

Hlavním cílem laboratoří bylo použít čtyři zvukové stopy na filmovém pásu. Bohužel nekomprimované se na film vejdou pouze dvě, proto byly čtyři stopy maticově zakódovány do dvou, které se na filmový pás vejdou.

Zvuk je snímán třemi mikrofony předních kanálů (levý kanál, střední kanál a pravý kanál) a jedním mikrofonem zadního kanálu. Tento zadní kanál zaznamenává zvuky okolí a používá se pro něj též označení surround. Schématicky je celý proces snímání zvuku a jeho zakódování do dvou kanálů zobrazen na obr. 97. Signál středního kanálu je zeslaben o 3 dB a přičten k signálu levého kanálu i pravého kanálu. Experimentálně bylo zjištěno, že zvuk přicházející v přirozených podmínkách sálu k posluchači zezadu je frekvenčně omezen pouze na střední frekvence a opožděn oproti zvukům, které přicházejí k posluchači zepředu. Dráha, kterou urazí zvuk ze středního kanálu, je totiž delší: zvuk se šíří od plátna (odkud je vysílán) k zadní stěně a teprve až po odrazu od ní k posluchači.

Signál zadního kanálu (surround) je také zeslaben o 3 dB a prochází pásmovou propustí středních frekvencí, která dále propustí pouze signály s frekvencí 100 Hz až 7 kHz, a reduktorem šumu Dolby.

U komerčních zařízení se používá většinou reduktor šumu typu Dolby B, u profesionálních pak reduktoru typu Dolby A.

Takto upravený signál se přičítá s fázovým posuvem  k signálu levého kanálu a s fázovým posuvem  k signálu pravého kanálu. Tímto způsobem nejen, že docílíme prostorového efektu výsledného zvuku v sále, ale také bude možné takto upravený signál před reprodukcí snadno opět rozdělit na původní kanály.

Popsaným postupem tak získáme dva signály (levý úhrnný a pravý úhrnný), které obsahují zakódované signály ze všech čtyř snímaných kanálů. Pro přenos takto upraveného zvuku pak stačí běžné dvoukanálové zařízení. Chceme-li při reprodukci získat opět původní čtyři zvukové kanály zvuku, je nutné takto zakódovaný signál opět dekódovat.

Obr. 97

Při monofonní reprodukci zakódovaného signálu získáme signál tak, že sečteme signály z levého úhrnného kanálu a z pravého úhrnného kanálu. Signál zadního kanálu je v nich navzájem v protifázi, a proto se odečte a vůbec se neuplatní.

Při kódování byl signál zadního kanálu rozdělen a do levého úhrnného kanálu byl zakódován s fázovým posuvem  a do pravého úhrnného kanálu s fázovým posuvem . Vůči sobě jsou tedy signály zadního kanálu posunuty o  a tedy při reprodukci jedním reproduktorem se navzájem vyruší.

Při dvoukanálové stereofonní reprodukci je signál zadního kanálu reprodukován oběma reproduktorovými soustavami (levým i pravým) v protifázi. Tento signál je frekvenčně omezen, a proto se většinou akustický vzruch způsobený tímto kanálem ve vlnovém poli v sále odečte a projeví se pouze nepatrným nelokalizovatelným vyplněním poslechového prostoru.

V tomto případě tedy vlivem zadního kanálu nepatrně vzroste hlasitost zvuku v sále.

Při reprodukci dvoukanálového signálu systémem Dolby Stereo je nutné signál nejdříve dekódovat. Schématicky je tento postup zobrazen na obr. 98. Levý úhrnný kanál a pravý úhrnný kanál se reprodukuje přímo levým reproduktorem a pravým reproduktorem. Signál zadního kanálu je v těchto dvou kanálech zakódován navzájem v protifázi a akustické vzruchy, které signál zadního kanálu při přehrávání v levém reproduktoru a v pravém reproduktoru způsobí, se navzájem odečítají podobně jako při stereofonní reprodukci. Signál pro střední reproduktor získáme prostým sečtením signálu levého kanálu a signálu pravého kanálu. Odečtením signálu pravého kanálu od signálu levého kanálu získáme signál zadního kanálu, který má ovšem oproti signálu levého kanálu a signálu pravého kanálu fázový posuv  (signál zadního kanálu je zpožděn). Takto získaný signál prochází dále zpožďovací linkou, pásmovou propustí a reduktorem šumu Dolby. Signál pro zadní reproduktory je oproti ostatním signálům zpožděn a frekvenčně upraven tak, aby způsobený sluchový vjem byl optimální. Pro poslech v bytech bylo experimentálně zjištěna vhodná doba zpoždění mezi 20 ms a 30 ms, zatímco pro reprodukci v sálech byla zjištěna v závislosti na velikosti sálu vhodná doba zpoždění mezi 30 ms a 70 ms.

Obr. 98

Při použití právě popsaného jednoduchého oddělení jednotlivých kanálů od levého úhrnného kanálu a pravého úhrnného kanálu zaznamenaných na filmovém pásu nejsou dostatečně potlačeny přeslechy mezi jednotlivými kanály.

To znamená, že např. ze středního reproduktoru hraje i signál, který hraje (a má hrát) z levého reproduktoru, …

Proto jsou zařízení, kde je požadována vysoká kvalita reprodukovaného zvuku, vybavena adaptivním systémem Dolby Pro Logic. Ten analyzuje úrovňové a fázové poměry mezi všemi kanály. V signálových cestách jednotlivých kanálů jsou pak zařazeny řízené zesilovače, které zesilují více kanály s vyšší úrovní a naopak. Tím se zlepšuje subjektivní zvukový vjem pro posluchače v sále.

Informace, že „řízené zesilovače zesilují více kanály s vyšší úrovní a naopak“ je správná. Cílem je potlačit např. v signálu pro střední reproduktor signál určený pro levý reproduktor. Podle předchozího výkladu a schématu na obr. 98 je přitom zřejmé, že signál pro střední reproduktor obsahuje i signál určený pro levý reproduktor. Zesílí-li se signál středního kanálu a zeslabí-li se signál levého kanálu, bude ze středního reproduktoru vycházet zvuk s velmi dominantě zastoupeným signálem ze středního kanálu.

Dalším krokem ve vývoji bylo odříznutí všech zvuků s frekvencí nižší než 120 Hz a jejich reprodukcí jedním společným reproduktorem.

Tedy bez rozdílu, zda zvuk měl být v levé, pravé, střední nebo efektové stopě.

Tato technologie se jmenuje LFE (Low Frequency Effect) a dodatečný reproduktor sloužící pro přehrávání zvuků nízkých frekvencí se nazývá subbasový reproduktor (subwoofer). Tato technologie se subbasovým reproduktorem se označuje symbolem 4.1 (viz obr. 99), přičemž symbol 1 znamená právě tento  subbasový reproduktor.

Je-li technologie pro přehrávání zvuku označená symbolem n.1, znamená to, že tato technologie využívá n kanálů zvuku (levý, pravý, střední a další kanály efektové) a jeden subbasový kanál, do něhož jsou soustředěny zvuky všech kanálů s frekvencí nižší než 120 Hz.

Vzhledem k tomu, že např. zvukové efekty jsou pak rozděleny do levého a pravého kanálu, není počet kanálů shodný s počtem reproduktorů, kterými se daný zvuk reprodukuje.

Proto je na obr. 99 zobrazeno pět reproduktorů a navíc LFE, ačkoliv se jedná o soustavu 4.1.

Obr. 99

Tak vznikl v roce 1986 formát Dolby Stereo SR, který se používá jako záloha pro digitální zvuk. Odstup hladiny intenzity zvuku od hladiny intenzity šumu je u tohoto systému 85 dB.

Vzhledem k tomu, že se analogový zvuk systému Dolby Stereo používá jako záloha pro digitální zvuk, byly jeho vlastnosti a způsob záznamu na filmový pás vysvětleny v kapitole věnované digitálnímu zvuku. A to i přesto, že se jedná o analogový záznam zvuku.