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El sonido cuadrafónico (o cuadrafónico y a veces cuadrasónico ) , equivalente a lo que ahora se llama sonido envolvente 4.0 , utiliza cuatro canales de audio en los que los altavoces se colocan en las cuatro esquinas de un espacio de escucha. El sistema permite la reproducción de señales sonoras (total o parcialmente) independientes entre sí.
Se puede utilizar sonido envolvente cuadrafónico de cuatro canales para recrear el efecto altamente realista de una experiencia tridimensional en una sala de conciertos en vivo en el hogar. También se puede utilizar para mejorar la experiencia del oyente más allá de las limitaciones direccionales del sonido estéreo ordinario de dos canales . El audio cuadrafónico fue el primer producto de consumo en sonido envolvente. Desde que se presentó al público a principios de la década de 1970, se han realizado miles de grabaciones cuadrafónicas.
El sonido cuadrafónico fue un fracaso comercial cuando se introdujo por primera vez debido a una variedad de problemas técnicos e incompatibilidades de formato. Los formatos de audio de cuatro canales pueden ser más costosos de producir que el estéreo estándar de dos canales. La reproducción requiere altavoces y canales de amplificador adicionales. También puede requerir equipo de decodificación especialmente diseñado.
La introducción de productos de cine en casa en la década de 1990 estuvo inicialmente pensada para el sonido de películas, pero también volvió a hacer popular la reproducción de música multicanal. Para entonces se habían creado nuevos formatos digitales. Muchas grabaciones de cuatro canales de la década de 1970 se han reeditado en sistemas de sonido envolvente modernos como Super Audio CD , DTS , Dolby Digital , DVD-Audio y Blu-ray . La reproducción de audio doméstico multicanal ha experimentado un resurgimiento desde el año 2000 y desde entonces también se han lanzado al público nuevas grabaciones de cuatro canales.
Un sistema cuadrafónico reproducirá señales de audio delantera derecha, trasera derecha, delantera izquierda y trasera izquierda en cuatro altavoces separados. La capacidad de reproducción de los altavoces traseros debe ser de la misma calidad o casi la misma que la de los altavoces delanteros; Lo ideal es que un sistema cuadrafónico utilice cuatro altavoces idénticos.
Las primeras máquinas utilizadas para la grabación de sonido de 4 canales fueron grabadoras de cinta analógicas de carrete a carrete . Estos fueron desarrollados para uso por ingenieros de audio en estudios profesionales durante la década de 1950 en Alemania por Telefunken y también por Ampex en los Estados Unidos. Estas máquinas aparecieron en algunos estudios europeos de música electrónica en 1954. [1]
Los primeros intentos de reproducir sonido de cuatro canales para reproducción doméstica comenzaron con ingenieros de laboratorio de audio a finales de los años 1960. El productor Thomas Mowrey, [2] que inicialmente trabajó en la Escuela de Música Eastman , fue uno de los pioneros de la grabación cuadrafónica clásica. Más tarde realizó producciones cuadrafónicas para Deutsche Grammophon y otros sellos a principios de la década de 1970, pero muchas de ellas se publicaron sólo como grabaciones estéreo. [3]
Vanguard Records introdujo una pequeña cantidad de grabaciones cuadrafónicas en el mercado de consumo estadounidense en junio de 1969 en cinta de carrete a carrete. El medio más popular utilizado para comercializar grabaciones al público durante la década de 1970 fue el disco fonográfico LP de vinilo . Las grabaciones cuadrafónicas en cintas de 8 pistas también fueron populares en la década de 1970, especialmente entre los entusiastas del audio para automóviles.
En la década de 1970, los principales fabricantes de productos electrónicos comercializaron al público sistemas de hardware especializados para decodificar grabaciones de 4 canales. Estos decodificadores a menudo se vendían como componentes electrónicos separados. Los decodificadores también estaban disponibles como características integradas de algunos receptores o amplificadores de audio vendidos durante la década de 1970.
Muchas grabaciones cuadrafónicas de la década de 1970 utilizaron tecnologías de "matriz" para codificar y decodificar cuatro canales de información de audio en un medio de 2 canales, generalmente un LP. El pobre rendimiento de decodificación de los primeros formatos matriciales fue la razón principal por la que desaparecieron una vez que llegaron los sistemas matriciales mejorados. Los sistemas matriciales posteriores se basaron en el trabajo de Peter Scheiber . Su fórmula básica utilizaba circuitos de cambio de fase de 90° para permitir el desarrollo de sistemas matriciales mejorados 4–2–4, de los cuales los dos líderes principales eran los sistemas SQ de Columbia y QS de Sansui .
Los tres formatos de LP cuadrafónicos más populares en la década de 1970 fueron SQ (Stereo Quadraphonic) , QS (Regular Matrix) y CD-4 (Compatible Discrete 4)/Quadradisc .
El organismo rector japonés y los fabricantes de hardware de audio definieron estándares para el sonido cuadrafónico. RM ( Regular Matrix ) se usó como sinónimo de QS, QM ( Quadraphonic Matrix [4] [5] se usó para Stereo-4 y Dynaquad ) y QX ( QuadXtra , basado en DH Cooper "Dual-Triphonic") [6] [ 7] [8] [9] [10] para UD4 . [11]
Con Scheiber y Martin Willcocks, Jim Fosgate desarrolló el decodificador Tate II 101 SQ, que producía un campo sonoro muy preciso mediante el uso de ganancia y el efecto Haas para enmascarar los artefactos de decodificación. Utilizó circuitos personalizados, ensamblados a mano y calibrados con componentes clasificados al 1%, para un rendimiento exacto. Los decodificadores de la serie QSD y los receptores de la serie QRX de Sansui eran muy buenos, incluso sintetizaban estéreo izquierda-derecha en una topología de herradura ⋂. Sin embargo, todo esto llegó demasiado tarde y era demasiado caro o difícil de conseguir para la compra pública como para rescatar a Matrix Quad de la oscuridad.
A principios de la década de 2000, los sistemas multicanal "discretos" más sofisticados habían reemplazado en su mayoría a las tecnologías matriciales, proporcionando un mayor nivel de rendimiento y total independencia de canal. Hoy en día, se puede utilizar software para sustituir la decodificación por hardware. Los algoritmos de software modernos son capaces de lograr un rendimiento de decodificación más preciso que las tecnologías de hardware anteriores.
Todos los sistemas de audio multicanal de uso común en la actualidad son sistemas digitales . El audio digital multicanal ha estado disponible para el hogar desde la introducción de las películas con sonido envolvente en la década de 1990 utilizando Dolby Digital y DTS. Los medios digitales más comunes capaces de reproducir música con sonido envolvente en la actualidad son Super Audio CD, DVD y Blu-ray, todos los cuales son capaces de reproducir audio de alta resolución con múltiples canales.
El proceso de mezcla de audio para sonido de cuatro canales es diferente al de las versiones estéreo de la misma grabación. La mayoría de los equipos de estudio están diseñados únicamente para estéreo, por lo que deben estar disponibles consolas de mezclas y sistemas de reproducción multicanal especializados.
Para la música clásica, los productores suelen preferir un efecto en el que la orquesta aparece en estéreo sólo en los canales frontales y la reverberación natural o "eco" de la sala de conciertos está en todos los altavoces. También se han mezclado de esta forma algunas grabaciones de conciertos en vivo de música popular. Las grabaciones clásicas rara vez colocan instrumentos principales o solistas en los canales traseros, aunque se hace ocasionalmente.
Algunas grabaciones clásicas se han realizado desde una perspectiva en la que el oyente parece estar sentado en medio de la orquesta. Un ejemplo es la grabación de Columbia Masterworks de 1973 del Concierto para orquesta de Béla Bartók , dirigida por Pierre Boulez . [12] La grabación original de cuatro canales fue lanzada en LP de matriz y cinta de 8 pistas, y reeditada en formato Super Audio CD por Dutton Vocalion en 2018. [13] Las notas suministradas con la grabación indican la dirección desde la cual cada grupo de instrumentos puede oirse.
Los productores de música pop, rock y jazz han tendido a emplear un estilo de mezcla con un grado relativamente alto de separación musical entre los cuatro canales. Este tipo de grabación puede colocar sonidos musicales en los canales traseros que son de igual importancia que los canales frontales. Puede ampliar el sentido de dirección y amplitud del oyente de una manera similar a lo que sucedió cuando los ingenieros de grabación introdujeron la grabación estéreo. En algunas grabaciones de cuatro canales, los sonidos se mueven en rotación completa alrededor del oyente.
Los ingenieros de mezclas también pueden aspirar a un efecto híbrido entre estilos. Si bien los efectos cuadrafónicos a veces se han considerado artificiales, el disfrute musical puede mejorarse dramáticamente involucrando más plenamente al oyente.
La reproducción de audio cuadrafónico en discos fonográficos de vinilo era problemática. A medida que las tecnologías avanzaron rápidamente durante la década de 1970, se propusieron varias soluciones diferentes para reproducir el sonido de cuatro canales de los LP. Algunos de estos sistemas tuvieron mucho más éxito que otros. Los sistemas más simples eran formatos "derivados" (2–2–4). Pronto les siguieron formatos "matriciales" (4–2–4) mucho más sofisticados y, finalmente, los formatos "discretos" (4–4–4) más avanzados.
Los formatos derivados (2–2–4) son soluciones electrónicas sencillas y económicas que añaden o extraen canales de sonido de "ambiente" o "reverberación" posteriores de discos estéreo, es decir, reverberación de estudio, aplausos del público, etc. No existe una ubicación precisa de los instrumentos individuales. en los canales traseros. [14]
Con los formatos matriciales, cuatro canales se convierten (codifican) en dos canales. Luego, estos se pasan a través de un medio de transmisión de dos canales (generalmente un disco LP) antes de ser decodificados en cuatro canales y presentados a cuatro parlantes. Para transmitir cuatro señales de audio individuales de manera compatible con estéreo, debe haber cuatro ecuaciones lineales simultáneas para reproducir las cuatro señales de audio originales en la salida.
Estos sistemas utilizaron tecnología de decodificación matricial para recuperar cuatro canales de los dos canales grabados en el disco. Los sistemas Matrix pueden tener un nivel significativo de independencia de canales, pero no una separación total de canales.
Las grabaciones cuadrafónicas de matriz se pueden reproducir en dos canales en tocadiscos estéreo convencionales. Existen distintos niveles de compatibilidad estéreo y mono en estos sistemas. El término compatible indica que:
Este proceso 4:2:4 no podría lograrse sin cierta pérdida de información. Es decir, los cuatro canales producidos en la etapa final no eran verdaderamente idénticos a aquellos con los que se había iniciado el proceso. Para que el efecto funcionara según lo previsto, un ingeniero de grabación necesitaba estar especialmente capacitado para trabajar en cada uno de estos formatos. Las reglas de mezcla especiales para la grabación matricial minimizan las limitaciones tecnológicas inherentes a los formatos matriciales y enmascaran o eliminan efectos secundarios no deseados.
Los primeros fueron sistemas básicos con un rendimiento relativamente pobre desarrollados por Electro-Voice ( EV-4/Stereo-4 ) y Dynaco ( Dynaquad (DY) ). En el llamado formato matricial se utilizaban cuatro canales de sonido que estaban "codificados" en dos pistas de álbum estéreo. Luego estos fueron "decodificados" en los cuatro canales de sonido originales. Pero con un rendimiento de decodificación deficiente, estos sistemas no lograron igualar la precisión o la independencia de canal de los formatos matriciales posteriores.
Los sistemas originales (DY y EV-4) padecían una baja separación delantera izquierda-derecha (alrededor de 12 dB) y una mala separación trasera izquierda-derecha de 2 dB. Los decodificadores fueron diseñados más para dar un efecto que para una decodificación precisa, lo que se debió principalmente a las limitaciones de ambos sistemas. Dado que ambos sistemas estaban muy relacionados matemáticamente, los usuarios sólo necesitaban un decodificador de cualquiera de los sistemas para reproducir álbumes de ambos sistemas.
Las diferencias entre los sistemas matriciales tempranos y tardíos eran tan grandes que hacía imposible decodificar DY/EV-4 con decodificadores SQ o QS con precisión; Los resultados suelen ser un escenario sonoro "manchado" o mal definido, que podría ser muy diferente de lo que pretendía el productor o el ingeniero de grabación. [15] [16]
Más tarde llegaron sistemas mejorados basados en el trabajo de Peter Scheiber sobre la utilización de circuitos de cambio de fase de 90 grados, concretamente los sistemas QS y SQ .
El primero de ellos, conocido como QS , fue desarrollado por Sansui Electric . En el llamado formato matricial se utilizaban cuatro canales de sonido, que estaban "codificados" en dos pistas de álbum estéreo. Luego estos fueron "decodificados" en los cuatro canales de sonido originales. El sistema QS debutó en los Estados Unidos en marzo de 1971 y fue mejorado por su sistema Vario-Matrix en 1973. [ cita necesaria ]
El segundo, SQ , fue desarrollado y comercializado por Columbia Records y Sony y entró en el mercado estadounidense en abril de 1971. El formato SQ también fue utilizado por empresas como EMI en Gran Bretaña, que imprimieron varios lanzamientos de álbumes de SQ . La separación de sonido del sistema SQ mejoró enormemente con la introducción de la decodificación SQ Full Logic en 1975 utilizando los chips Motorola MC1312, MC1314 y MC1315. [17]
Tanto SQ como QS contaron con un importante apoyo de las principales compañías discográficas y fabricantes de hardware durante la década de 1970. También lograron notables ventas y penetración en el mercado. Desafortunadamente, debido a las similitudes en el nombre y la tecnología, el público podría confundirlos fácilmente.
La reproducción discreta describe un sistema cuadrafónico en el que los cuatro canales son totalmente independientes entre sí. Como sugiere su nombre, con formatos discretos los cuatro canales de audio originales pasan a través de un medio de transmisión de cuatro canales y se presentan a un sistema de reproducción de cuatro canales y se alimentan a cuatro altavoces. Esto se define como un sistema 4–4–4.
Los sistemas de fonógrafo discretos utilizan un demodulador especializado para decodificar cuatro canales de sonido totalmente independientes. Esto permitió una separación total de canales. Estos sistemas podrían ser propensos a reducir su vida útil. Sin embargo, rápidamente se desarrollaron formulaciones de vinilo más duraderas para solucionar este problema y casi todos los LP discretos utilizan vinilos especiales. Cuando se reproducen LP cuadrafónicos discretos en tocadiscos estéreo convencionales, todo el programa musical se puede escuchar en estéreo.
El tercer formato principal para LP de vinilo de cuatro canales, conocido como CD-4 o Quadradisc , fue ideado por la japonesa JVC Corporation junto con su homóloga estadounidense RCA Records .
Este formato cuadrafónico se comercializó por primera vez en los Estados Unidos en mayo de 1972. Un sistema totalmente discreto, evitó las tecnologías matriciales en favor de un método similar a la codificación de transmisiones de FM estéreo . Con las grabaciones estéreo, el sistema utiliza 2 canales de audio principales izquierdo y derecho, y esto es lo que permite que el CD-4 mantenga la compatibilidad con la reproducción estéreo convencional. CD-4 también agrega 2 canales de audio "diferenciales" adicionales a los canales principales. Las señales diferenciales están codificadas en frecuencias portadoras ultrasónicas en el rango de 30 kHz, que está por encima del rango audible. El CD-4 requiere un cartucho fonográfico especializado con una aguja "Shibata" para leer estas frecuencias altas adicionales. Luego, las señales combinadas se envían a un demodulador especial para la decodificación de cuatro canales. El demodulador convierte las señales ultrasónicas nuevamente al rango audible y utiliza los canales diferentes para separar la información de audio trasera de los canales principales. Debido a que el sistema CD-4 mantiene cuatro señales independientes durante todo el proceso, puede reconstruir con precisión el campo sonoro de cuatro canales previsto.
UD-4/UMX fue desarrollado por Nippon/Columbia ( Denon ). Este es un sistema híbrido discreto/matriz. Sólo entre 35 y 40 artículos están codificados en este formato y se comercializó únicamente en el Reino Unido, Europa y Japón.
El sistema de corta duración sufría incompatibilidad con la reproducción estéreo normal debido a diferencias de fase entre los canales izquierdo y derecho. [18] El UD-4 fue menos crítico en su configuración que el CD-4 porque los operadores no tenían que manejar frecuencias tan altas como las que se encuentran en el sistema CD-4. [19]
También se introdujeron sistemas cuadrafónicos basados en cinta, basados en nuevos equipos capaces de reproducir cuatro canales discretos. Todas estas grabaciones son grabaciones discretas de 4–4–4 publicadas en formatos de carrete a carrete y de cartucho de 8 pistas . Para reproducir estas grabaciones se necesitaron máquinas de cuatro canales especialmente diseñadas. No son compatibles con reproductores estéreo.
En estos sistemas, las cuatro pistas disponibles se grababan en la cinta en la misma dirección. Las cintas pregrabadas de carrete a carrete de cuatro canales se grabaron a 7 1 ⁄ 2 pulgadas por segundo (IPS), que es la velocidad más rápida utilizada para las máquinas de carrete a carrete de consumo. En comparación, las cintas estéreo pregrabadas de carrete a carrete tienen 2 programas diferentes y cada uno de ellos se ejecuta en la dirección opuesta. Muchas cintas estéreo se grabaron a sólo 3 3 ⁄ 4 IPS, que es la mitad de la velocidad máxima. La velocidad más lenta da como resultado una calidad de sonido significativamente peor. [20]
RCA Records siguió, en abril de 1970, con el anuncio de una versión de cuatro canales de la cinta de 8 pistas , denominada cinta Quad-8 o Quadraphonic de 8 pistas (más tarde abreviada a solo Q8 ). Estos finalmente aparecieron en lanzamientos escalonados (70 cintas) divididos en octubre, noviembre y diciembre de 1970.
El formato era casi idéntico en apariencia al estéreo de 8 pistas, excepto por una pequeña muesca de detección en la esquina superior izquierda del cartucho. Esto designó un reproductor cuadrafónico de 8 pistas para combinar las pistas impares como canales de audio para el programa 1 y las pistas pares como canales para el programa 2. El formato no era compatible con reproductores estéreo o mono; Aunque los reproductores cuadrafónicos reproducían estéreo de 8 pistas, al reproducir cintas cuadrafónicas en reproductores estéreo se escuchaba sólo la mitad de los canales a la vez.
El último lanzamiento en formato cuadrafónico de 8 pistas fue en 1978, aunque la mayoría dejó de aparecer a finales de 1976.
Se realizaron algunos experimentos con transmisiones de radio (por ejemplo, un concierto de Cliff Richard de la BBC , [21] [22] cuya primera transmisión cuadrafónica fue en julio de 1974 [23] ), pero duraron poco.
Una de las transmisiones de radio más longevas fue WQSR -FM "Quad 102½" en Sarasota, Florida . [24] Durante la mayor parte de la década de 1970, esta estación transmitió una señal que podía sintonizarse como dos estaciones separadas con receptores estéreo convencionales.
La estación de música clásica de San Francisco KKHI-FM transmitió la Ópera de San Francisco en formato cuadrafónico "compatible" (es decir, codificado en matriz) durante la década de 1970, [25] al igual que las transmisiones en vivo de la "Ópera Lírica de Chicago" de la estación de Chicago WFMT .
KRMH -FM ("Good Karma Radio") (San Marcos/Austin, Texas) transmitió en "Quad Stereo" a principios de la década de 1970 desde sus estudios y transmisor cerca de Buda, Texas . [26]
WWWW-FM (W4-QUAD 106.7) (Detroit) transmitió sonido cuadrafónico codificado QS en 1974. [27]
KEXL -FM ("KEXL 104.5") (San Antonio, Texas) transmitió en "Quadraphonic" a principios y mediados de la década de 1970 desde sus estudios en un edificio de oficinas de gran altura frente a Main Plaza. [28]
La estación de Seattle KIRO-FM 100.7, posteriormente denominada KSEA 101, transmitió varias horas diarias entre 1973 y principios de 1976 con música cuadrafónica SQ codificada. [29] "La música y la palabra hablada" del domingo por la mañana del Tabernáculo Mormón de Salt Lake estaba en el patio SQ. [29]
Matrix H fue desarrollado por ingenieros de la BBC en 1977 para transmitir sonido cuadrafónico a través de radio FM de una manera que fuera más compatible con los receptores mono y estéreo existentes. [30]
Se realizaron programas de prueba cuadrafónicos para BBC Radio 3 y BBC Radio 4 , incluidas obras de teatro y The Proms . [31]
En primer lugar se probaron los formatos matriciales existentes. La "H" no representa una palabra; Llamaron a la primera matriz que evaluaron Matriz A y luego trabajaron con el alfabeto. [32] [33] Matrix H surgió como la mejor solución para compatibilidad mono y transmisión de radio, [34] pero no había ningún decodificador específico disponible comercialmente para ello.
Posteriormente, la BBC cooperó con los desarrolladores de Ambisonics para producir BBC/NRDC System HJ . Esto se basó en zonas de tolerancia diseñadas para incluir versiones modificadas tanto de Matrix H como del prototipo de codificación de dos canales de Ambisonics , conocido como System 45J . Posteriormente, la matriz Nippon-Columbia UMX se incorporó al estándar, lo que llevó al nombre final UHJ ahora asociado con Ambisonics . [35]
En 1976, Ben Bauer integró sistemas matriciales y discretos en USQ o Universal SQ (otros también lo habían hecho con sus sistemas cuádruples).
Era una matriz discreta jerárquica 4–4–4 que utilizaba la matriz SQ como banda base para transmisiones de FM cuadrafónicas discretas utilizando señales de diferencia adicionales llamadas "T" y "Q". Para una transmisión de FM USQ, la modulación "T" adicional se colocó a 38 kHz en cuadratura con respecto a la señal de diferencia estéreo estándar y la modulación "Q" se colocó en una portadora a 76 kHz.
Para transmisiones estándar de SQ Matrix de dos canales, CBS recomendó que se coloque un tono piloto opcional a 19 kHz en cuadratura con el tono piloto normal para indicar señales codificadas SQ y activar el decodificador lógico del oyente. CBS argumentó que el sistema SQ debería seleccionarse como estándar para FM cuadrafónico porque, en las pruebas de escucha de la FCC de las diversas propuestas de transmisión de cuatro canales, el sistema SQ 4:2:4, decodificado con un decodificador CBS Paramatrix, superó el 4:3. :4 (sin lógica), así como todos los demás sistemas 4:2:4 (con lógica) probados, acercándose al rendimiento de una cinta maestra discreta por un margen muy ligero. Al mismo tiempo, se prefirió el "fold" SQ a estéreo y mono al "fold" estéreo y mono de 4:4:4, 4:3:4 y todos los demás sistemas de codificación 4:2:4.
En 1967, el grupo Pink Floyd estrenó su sistema de altavoces cuadrafónicos hecho a medida y realizó el primer concierto de rock con sonido envolvente. Este evento recibió el nombre de " Juegos de Mayo " y se celebró en el Queen Elizabeth Hall de Londres . [36] Un dispositivo de control que habían fabricado, el Coordinador de Azimut , utilizaba palancas de mando duales . Ahora se exhibe en el Victoria and Albert Museum de Londres , como parte de su galería Theatre Collections. [37] El controlador, que normalmente era operado por Richard Wright , permitía a los músicos colocar sonidos en cualquier altavoz y moverlos por el área de escucha.
En 1976, Mike Thorne creó el álbum de vinilo Quadrafile , con la misma música grabada en las cuatro caras, cada cara en un formato cuadrafónico diferente (QS, SQ, CD-4 y UD-4).