Вдогонку за видео – о качестве звука телевизоров. Часть1

Вдогонку за видео – о качестве звука телевизоров.  Часть1
Автор | Константин Быструшкин, заместитель генерального директора ЗАО «МНИТИ»

Часть 1: Не думайте о звуке свысока 


Несмотря на то, что большую часть информации об окружающем мире человек получает при помощи зрения, нельзя преуменьшать и значение слухового восприятия. В полной мере это смогли оценить первопроходцы кинематографа, так как первые кинофильмы были «немыми», то есть показывались без звукового сопровождения. Поэтому добиться эффекта присутствия у зрителей долгое время не удавалось, пока в 30-е годы прошлого века «Великий немой» не заговорил. Именно с появлением звука в кинематографе, кино и стало по-настоящему «важнейшим из всех искусств». Аналогично обстояли дела и в телевидении. Если первые передачи механического телевидения с вращающимся диском Нипкова без звука воспринимались публикой «на ура», то переход к электронному телевидению уже априори предполагал, что изображение будет со звуком.

 Звук в телевидении: от «Аналога» к «Цифре»   (Эволюция звуковых форматов)  

Одним словом, звук в телевидении играет далеко не последнюю роль. При этом, что очень важно, для сохранения комфортного восприятия видеопрограммы повышение качества изображения должно сопровождаться пропорциональным улучшением звукового сопровождения. Поэтому отнюдь не случайно, внедрение систем цветного телевидения в 60-х годах прошлого века привело к внедрению стереозвука в телевидении – сначала аналогового,   формата(A2), а затем – и цифрового (NICAM-728). С переходом «на цифру» требования к звуковому тракту телевизора еще больше возросли.

Долгие годы считалось, что двухканальных систем стереозвука будет вполне достаточно для создания убедительных иллюзий «присутствия». При просмотре видеопрограмм на кинескопных телевизорах с экранами размером 25÷32" два канала действительно обеспечивали  неплохую пространственную локализацию виртуальных звуковых образов. Поэтому при переходе от аналогового телевидения к цифровому, который начался в 1998 году, для передачи звука в европейской системе цифрового эфирного телевидения  DVB-T использовались алгоритмы сжатия MPEG-1 Layer II (затем и MPEG-4 AAC), обеспечивающие стереофоническое звучания. Выбранный в качестве звукового кодека в американском стандарте ATSC алгоритм AC-3 (Dolby Digital) в принципе допускал передачу многоканального звука, но основным режимом была все та же стереофония.

Но с ростом размера экранов LCD- и PDP-телевизоров и особенно с широким распространением проекторов в «домашних кинотеатрах» в 90-е годы о пространственном звучании стали говорить уже применительно к пятиканальным системам объемного звука. В них мнимые источники звука располагались уже по всей плоскости между элементами акустической системы. Основным источником видеопрограмм стал сначала DVD-, а затем и Blu-Ray-проигрыватель, а для записи на диски использовались  форматы многоканального звука Dolby Digital/DTS и Dolby Digital True HD/ DTS-HD Mmaster Audio соответственно.

 

Форматы многоканального звука таблица .png


Качество звука в различных форматах .png

Форматы цифрового многоканального звука


Как видно из приведенной таблицы, наилучшее качество звука обеспечивают алгоритмы кодирования Dolby TrueHD и DTS –HD Master Audio в которых используется 24 битовое представление цифрового звука при частоте дискретизации 96 кГц. Но самое главное отличие этих форматов компрессии цифрового звука алгоритмов от используемых ранее является применение специального алгоритма Meridian Lossless Packing (MLP), обеспечивающего уменьшение скорости цифрового потока без потери данных. Что позволяет при экономии на скорости цифрового потока компрессированного звука до 40% полностью восстановить исходные звуковые сигналы.

 Что касается систем цифрового телевидения, то базовыми форматами для HDTV телевещания стал Dolby Digital (AC-3), а в телевидении ультравысокой четкости UHDTV в перспективе без сомнения будут применятся Dolby Atmos.  Этот формат был подробно расмотренрассмотрен автором в статье «Звук вокруг: смотрим, слушаем, погружаемся»   

Поэтому де факто форматы видео высокого качества как правило включают в себя и опции «звука высокого разрешения». Например, появление DVD со значительно возросшим качеством картинки относительно аналогового телеэфира и видео на VHS, сопровождалось переходом к многоканальному цифровому звуку Dolby Digital и DTS. Телевидение высокой четкости HDTV подняло качество звукового сопровождения на еще более высокий уровень – Dolby True HD и DTS –HD-Master. Ну и, наконец, телевидение ультравысокой четкости UHDTV (4K) еще выше подняло планку требований к звуку, реализованному в системе «погружающего звука» (immersion) Dolby Atmos.

     

В поисках идеального звука

    Таким образом, тренд на постоянное повышение качества звука в телевизорах (а затем и в системах домашнего театра) налицо. В «аналоговые времена» эта задача решалась сравнительно просто, так как объем корпуса телевизоров на основе кинескопа был достаточно большим чтобы разместить в нем встроенную акустическую систему с неплохим качеством звучания. Средний размер экрана кинескопных телевизоров в 90-е годы постепенно увеличивался, от 25 дюймов до 29 дюймов или даже 32 дюймов, и это позволяло создавать  в них все более качественный акустический тракт. В 90-е годы в телевизорах среднего и высокого класса акустические системы выполнялись в виде закрытых пластиковых боксов сложной формы, заполняющих объем вокруг задней части кинескопа. Применение боксов обеспечивало объем, достаточный для эффективной работы низкочастотных громкоговорителей. Кроме того, устранялись переотражения звуковой волны от тыльной стороны громкоговорителей внутри корпуса телевизора, которые приводили к искажениям АЧХ звукового тракта. В результате с учетом применения громкоговорителей и усилителей низкой частоты высокого качества, звучание телевизоров значительно улучшилось. 

Однако появление в середине 2000-х годов телевизоров на плоских телевизионных панелях FDP (Flat Display Panel – обобщенное название PDP, LCD, OLED и других типов плоских дисплеев) значительно усложнило задачу достижения качественного звука в телевизорах. Несмотря на рост размеров диагонали экранов FDP телевизоров их глубина, а, следовательно, и акустический объем внутри корпуса, стали стремительно уменьшаться. Быстрее всех «худели» жидкокристаллические телевизоры LCD, в которых громоздкие лампы подсветки с «холодным катодом» CCFL начиная с 2008 года были заменены на светодиодную подсветку LED. К тому же прогресс в развитии электронно-компонентной базы способствовал быстрому сокращению числа элементов электронных плат, и, как следствие, их размеров.

Апофеозом тренда на «похудание» стало изобретение компанией Samsung Electronics так называемой «торцевой» светодиодной подсветки, в результате чего толщина корпуса лучших моделей LED телевизоров уменьшилась до 25÷30 мм. Очевидно, что в корпусе такого объема разместить полноценную акустическую систему практически невозможно. Таким образом, конструкторы телевизоров в какой-то степени стали заложниками маркетологов и дизайнеров, которые требовали, чтобы каждая новая модель телевизоров FDP была тоньше и стройнее чем «старая» прошлогодняя модель.

Вследствие этого сверх плоский телевизор стало возможным повесить на стену как картину, но добиться от него более-менее приличного звука «в лоб» уже не получалось. Тем более, что встроенные громкоговорители размещались в нижней части корпуса и, соответственно, излучали звук вниз относительно экрана. С ростом размеров экрана это приводило к тому, что звук «отрывался» от изображения на экране, еще более снижая впечатление от звукового сопровождения видеопрограмм. Наиболее драматичная ситуация складывалась у производителей OLED телевизоров, толщина видео модуля которых уменьшилась и вовсе до 3÷5 мм.

Таким образом, логика развития дисплейных технологий привела к тому, что звук FDP телевизоров относительно старых кинескопных моделей значительно ухудшился. В результате взаимных компромиссов дизайнеры и разработчики телевизоров нашли остроумное решение- перенести импульсный блок питания, плату обработки сигналов и громкоговорители акустической системы в специальный утолщенный отсек в нижней части задней стенки телевизора. Компромисс заключался в том, что большая часть FDP телевизора на боковых ракурсах зрительно по-прежнему выглядела как очень тонкий LCD или OLED видео модуль, который в нижней части плавно переходил в отсек увеличенного объема. Так как с ростом диагонали экрана объем этого отсека без заметного ущерба для дизайна можно было сделать достаточно большим. В последнее время стало хорошим тоном встраивать в нижний «вырост» телевизоров с диагональю от 49 дюймов даже малогабаритные активные сабвуферы. Что радикально улучшило качество звука. Тем более, что современные цифровые звуковые процессоры и цифровые усилители позволяют заметно улучшить звучание встроенной в телевизор акустики.

LG-55SJ950V.jpg

 

Рис.1 Пример плоского телевизора, у которого электронные модули и встроенная акустическая система расположены в нижнем отсеке увеличенного объема (LG-55SJ950V)

 

В качестве примера можно привести встроенную в OLED телевизоры LG функцию Magic Sound Tuning, позволяющую настроить (откалибровать) их звуковой тракт под акустические особенности помещения. При активации этой функции телевизор последовательно издает ряд тестовых звуковых сигналов, а для измерения акустического отклика помещения используется встроенный в пульт ДУ Magic Remote микрофон. После калибровки с использованием интеллектуальных цифровых алгоритмов качество звукового сопровождения действительно заметно улучшается. Особенно в части объемности звуковой панорамы.

 

автокалибровка MagicRemote.png

 

Рис.2 Автокалибровка звукового тракта MAGIC Sound Tuning телевизоров LG.

 

Еще более остроумное решение по улучшению качества звучания телевизоров было предложено компанией Sony в 2016 году. Разработанная ею технология Acoustic Surface Audio предусматривала использование в качестве излучателя звука поверхность экрана телевизора. Для этого на его обратной стороне устанавливаются специальные драйверы (излучатели), которые возбуждают на поверхности экрана акустическую волну. Для лучшего совмещения излучаемого звука с изображением на экране используются несколько излучателей, на которые специальный цифровой процессор распределяет звуковые сигналы в соответствии с их привязкой к изображению. За счет совмещения зрительных и слуховых эффектов у зрителей значительно повышается эффект присутствия.

 

Sony_Sound.jpg

 Sony-intext_rare.jpg

Рис.3 Технология Acoustic Surface Audio фирмы Sony (телевизоры серии АG9)

 

Описанные решения позволили значительно уменьшить негативное влияние на звук уменьшение объема  корпуса плоскопанельных телевизоров FPD, но добиться по-настоящему высокого качества звука в таких телевизорах  принципиально невозможно.

Наилучшим решением для получения высококачественного звука является использование телевизора в составе AV видеосистемы в отдельными внешними акустическими система.  В середине 90-х годов подобные комплексы стали называть «домашними кинотеатрами», так как просмотр на них видеопрограмм в какой-то степени приблизил домашний просмотр к впечатлениям, получаемым зрителями в настоящем кинотеатре.

 

Home-theatre_4.jpg

 

                                         Рис.4  AV система «Домашнего кинотеатра»

 

В классическую AV систему «домашнего театра» помимо телевизора (или видеопроектора с экраном) обязательно входит источник программ, усилитель многоканального звука со встроенным декодером (как правило, это AV ресивер) и комплект акустических систем, включая активный сабвуфер. Такие системы были чрезвычайно популярны в 1990-е и 2000 -е годы во время бума видео дисков формата DVD, а затем и Blu Ray Disc. Системы высокой ценовой категории как правило состояли из отдельных компонентов, включавших DVD/Blu ray Disc проигрыватель, декодер многоканального звука (Dolby /DTS), многоканальный AV-усилитель плюс набор полочной или напольной акустики и активный сабвуфер. Бюджетные решения часто строились на основе AV-мини систем, наиболее простые и доступные из которых назывались «набор в одной коробке». В целом AV-системы обеспечивали достаточно неизмеримо более высокое качество звука при просмотре телевизионных передач и просмотре видеопрограмм чем собственный звуковой тракт телевизора.

К началу 2010-х годов популярность систем «домашнего театра» начала стремительно уменьшаться и, соответственно, упали объемы продаж AV аппаратуры.  Однако, зрители  по-прежнему хотели иметь качественный звук при просмотре FDP телевизоров.  В результате, в качестве альтернативы   описанным выше решениям, появились так называемые саундбары, представляющие собой малогабаритную активную акустическую систему в комплекте с сабвуфером. Во второй части материала  рассмотрены возможности  разных  моделей саундбаров  в зависимости от их класса  

К списку материалов