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El sonido cuadrafónico (o cuadrafónico y, en ocasiones, cuadrasónico ) –equivalente al que hoy se denomina 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 de sonido que son (total o parcialmente) independientes entre sí.
El sonido envolvente cuadrafónico de cuatro canales se puede utilizar para recrear en casa el efecto altamente realista de una sala de conciertos tridimensional. También se puede utilizar para mejorar la experiencia del oyente más allá de las limitaciones direccionales del sonido estéreo de dos canales común . 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 amplificación adicionales. También puede requerir un equipo de decodificación especialmente diseñado.
La introducción de los productos de cine en casa en la década de 1990 se concibió inicialmente para el sonido de películas, pero también hizo que la reproducción de música multicanal volviera a ser popular. En esa época, se habían creado nuevos formatos basados en la tecnología digital. 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 las señales de audio frontal derecha, trasera derecha, frontal izquierda y trasera izquierda en cuatro altavoces independientes. 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 cuatro canales fueron grabadoras de cintas analógicas de carrete a carrete . Estas fueron desarrolladas para su uso por ingenieros de sonido 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 de música electrónica europeos en 1954. [1]
Los primeros intentos de reproducir sonido de cuatro canales para reproducción en el hogar comenzaron con ingenieros de laboratorio de audio a fines de la década de 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 lanzaron solo como grabaciones estéreo. [3]
En junio de 1969, Vanguard Records introdujo en el mercado de consumo estadounidense una pequeña cantidad de grabaciones cuadrafónicas en cintas de carrete. El medio más popular utilizado para comercializar grabaciones al público durante la década de 1970 fue el disco fonográfico de vinilo LP . Las grabaciones cuadrafónicas en cintas de 8 pistas también fueron populares en la década de 1970, en particular entre los entusiastas del audio para automóviles.
En la década de 1970, los principales fabricantes de productos electrónicos comercializaron sistemas de hardware especializados para decodificar grabaciones de cuatro canales. Estos decodificadores se vendían a menudo como componentes electrónicos independientes. Los decodificadores también estaban disponibles como funciones integradas en algunos receptores o amplificadores de audio que se vendieron durante la década de 1970.
Muchas grabaciones cuadrafónicas de la década de 1970 utilizaban tecnologías "matriciales" para codificar y decodificar cuatro canales de información de audio en un medio de 2 canales, normalmente un LP. El pobre rendimiento de decodificación de los primeros formatos matriciales fue la principal razón 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 desplazamiento de fase de 90° para permitir el desarrollo de sistemas matriciales 4–2–4 mejorados, de los cuales los dos líderes principales fueron 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 regulador japonés y los fabricantes de hardware de audio definieron estándares para el sonido cuadrafónico. RM ( Regular Matrix ) se utilizó como sinónimo de QS, QM ( Quadraphonic Matrix [4] [5] se utilizó para Stereo-4 y Dynaquad ) y QX ( QuadXtra , basado en DH Cooper "Dual-Triphonic") [6] [7] [8] [9] [10] para UD4 . [11]
Junto con Scheiber y Martin Willcocks, Jim Fosgate desarrolló el decodificador Tate II 101 SQ, que producía un campo de sonido muy preciso mediante el uso de la regulación de la ganancia y el efecto Haas para enmascarar los artefactos de decodificación. Utilizaba circuitos personalizados, ensamblados y calibrados a mano con componentes ordenados 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 de izquierda a derecha en una topología de herradura. Sin embargo, todos estos llegaron demasiado tarde y eran demasiado caros o difíciles de adquirir para la compra pública, como para rescatar al quad matricial del olvido.
A principios de la década de 2000, los sistemas multicanal "discretos" más sofisticados habían reemplazado en su mayoría a las tecnologías matriciales, lo que proporcionaba un mayor nivel de rendimiento y una independencia total de los canales. Hoy en día, se puede utilizar software para reemplazar la decodificación de 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 que se utilizan habitualmente en la actualidad son sistemas digitales . El audio multicanal digital ha estado disponible para el hogar desde la introducción de las películas con sonido envolvente en la década de 1990 mediante 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 ellos 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 solo para estéreo, por lo que se deben disponer de consolas de mezcla multicanal especializadas y sistemas de reproducción.
En el caso de la música clásica, los productores suelen preferir un efecto en el que la orquesta suena en estéreo solo en los canales frontales y la reverberación natural o "eco" de la sala de conciertos se escucha en todos los altavoces. Algunas grabaciones de conciertos en directo de música popular también se han mezclado de esta manera. Las grabaciones clásicas rara vez colocan instrumentos principales o solistas en los canales traseros, aunque se hace ocasionalmente.
Se han realizado algunas grabaciones clásicas desde una perspectiva en la que el oyente parece estar sentado en el 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 se lanzó en formato Matrix LP y cinta de 8 pistas, y Dutton Vocalion la reeditó en formato Super Audio CD en 2018. [13] Las notas proporcionadas con la grabación indican la dirección desde la que se puede escuchar cada grupo de instrumentos.
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 tienen la misma importancia que los canales delanteros. Puede ampliar la sensación 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 mezcla también pueden buscar un efecto híbrido entre estilos. Si bien los efectos cuadrafónicos a veces se han considerado artificiales, el disfrute musical puede mejorarse drásticamente si se involucra más al oyente.
La reproducción cuadrafónica de audio en discos de vinilo fonográficos era problemática. A medida que las tecnologías avanzaban 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 los formatos "derivados" (2-2-4). A estos pronto les siguieron los 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 simples y económicas que agregan o extraen canales de sonido de "ambiente" o "reverberación" traseros de grabaciones estéreo, es decir, reverberación de estudio, aplausos de la audiencia, etc. No hay una ubicación precisa de los instrumentos individuales en los canales traseros. [14]
En 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 (normalmente un disco de vinilo) antes de decodificarse en cuatro canales y presentarse a cuatro altavoces. Para transmitir cuatro señales de audio individuales de forma compatible con estéreo, deben existir cuatro ecuaciones lineales simultáneas para reproducir las cuatro señales de audio originales en la salida.
Estos sistemas utilizaban tecnología de decodificación matricial para recuperar cuatro canales de los dos canales grabados en el disco. Los sistemas matriciales pueden tener un nivel significativo de independencia de los canales, pero no una separación total de los mismos.
Las grabaciones cuadrafónicas matriciales 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 se podía llevar a cabo sin cierta pérdida de información. Es decir, los cuatro canales producidos en la etapa final no eran realmente idénticos a aquellos con los que se había iniciado el proceso. Para que el efecto funcionara como se esperaba, era necesario que un ingeniero de grabación recibiera una formación especial 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 los efectos secundarios no deseados.
Los primeros de ellos fueron sistemas básicos con un rendimiento relativamente pobre desarrollados por Electro-Voice ( EV-4/Stereo-4 ) y Dynaco ( Dynaquad (DY) ). Se trataba de un formato llamado matriz que utilizaba cuatro canales de sonido que se "codificaban" en dos pistas de álbum estéreo. Estas se "decodificaban" a continuación en los cuatro canales de sonido originales. Pero con un rendimiento de decodificación deficiente, estos sistemas no consiguieron igualar la precisión o la independencia de canal de los formatos de matriz posteriores.
Los sistemas originales (DY y EV-4) adolecían de una baja separación entre la parte delantera izquierda y la derecha (alrededor de 12 dB) y una pobre separación entre la parte trasera izquierda y la derecha de 2 dB. Los decodificadores estaban diseñados más para dar un efecto que para una decodificación precisa, lo que se debía principalmente a las limitaciones de ambos sistemas. Dado que ambos sistemas estaban muy relacionados matemáticamente, los usuarios solo necesitaban un decodificador de cualquiera de los dos sistemas para reproducir álbumes de ambos sistemas.
Las diferencias entre los sistemas matriciales tempranos y tardíos eran tan grandes que hacían imposible decodificar con precisión DY/EV-4 con decodificadores SQ o QS; los resultados a menudo eran un escenario sonoro "manchado" o mal definido, que podía ser muy diferente de lo que pretendía el productor o el ingeniero de grabación. [15] [16]
Posteriormente surgieron sistemas mejorados basados en el trabajo de Peter Scheiber sobre la utilización de circuitos de desplazamiento de fase de 90 grados, concretamente los sistemas QS y SQ .
El primero de ellos, conocido como QS , fue desarrollado por Sansui Electric . Se trataba de un formato llamado matriz que utilizaba cuatro canales de sonido, que se "codificaban" en dos pistas de álbum estéreo. A continuación, se "descodificaban" 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 requerida ]
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 publicó varios álbumes 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 tuvieron un importante apoyo de las principales compañías discográficas y fabricantes de hardware durante la década de 1970. También lograron ventas y penetración de mercado notables. 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 completamente independientes entre sí. Como sugiere su nombre, con los 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 fonógrafos discretos utilizan un demodulador especializado para decodificar cuatro canales de sonido totalmente independientes. Esto permitió una separación total de los canales. Estos sistemas podían ser propensos a reducir la vida útil de los discos. Sin embargo, rápidamente se desarrollaron formulaciones de vinilo más duraderas para solucionar este problema y casi todos los LP discretos utilizan vinilo especial. Cuando se reproducen LP cuadrafónicos discretos en reproductores de discos estéreo convencionales, se puede escuchar todo el programa musical en estéreo.
El tercer formato importante para LP de vinilo de cuatro canales, conocido como CD-4 o Quadradisc , fue ideado por la corporación japonesa JVC junto con su homóloga estadounidense RCA Records .
Este formato cuadrafónico se comercializó por primera vez en los Estados Unidos en mayo de 1972. Se trataba de un sistema totalmente discreto que evitaba las tecnologías matriciales en favor de un método similar a la codificación de las emisiones FM estéreo . Con los discos estéreo, el sistema utiliza dos 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. El CD-4 también añade dos canales de audio "diferenciales" adicionales a los canales principales. Las señales diferenciales se codifican 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 altas frecuencias adicionales. Las señales combinadas se envían a un demodulador especial para la decodificación de cuatro canales. El demodulador convierte las señales ultrasónicas de nuevo en el rango audible y utiliza los canales diferenciales para separar la información de audio trasera de los canales principales. Como el sistema CD-4 mantiene cuatro señales independientes durante todo el proceso, puede reconstruir con precisión el campo de sonido de cuatro canales previsto.
UD-4/UMX fue desarrollado por Nippon/Columbia ( Denon ). Se trata de un sistema híbrido de matriz y discreto. Solo se codifican entre 35 y 40 elementos en este formato y se comercializó únicamente en el Reino Unido, Europa y Japón.
El sistema, de corta duración, adolecía de incompatibilidad con la reproducción estéreo normal debido a las diferencias de fase entre los canales izquierdo y derecho. [18] El UD-4 era menos crítico en su configuración que el CD-4 porque los portadores no tenían que manejar frecuencias tan altas como las que se encuentran en el sistema CD-4. [19]
También se introdujeron los sistemas cuadrafónicos basados en cinta, basados en nuevos equipos capaces de reproducir cuatro canales discretos. Estas grabaciones son todas grabaciones discretas 4–4–4 publicadas en formatos de carrete a carrete y cartucho de 8 pistas . Para reproducir estas grabaciones se necesitaban máquinas de cuatro canales especialmente diseñadas. No son compatibles con reproductores estéreo.
En estos sistemas, las cuatro pistas disponibles se grababan en la cinta que se movía en la misma dirección. Las cintas de carrete a carrete de cuatro canales pregrabadas se grababan 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 de carrete a carrete pregrabadas estéreo tienen dos programas diferentes, cada uno de los cuales se ejecuta en la dirección opuesta. Muchas cintas estéreo se grabaron a solo 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]
En abril de 1970, RCA Records anunció una versión de cuatro canales de la cinta de 8 pistas , llamada Quad-8 o cinta de 8 pistas cuadrafónica (más tarde abreviada como Q8 ). Estas 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 indicaba a un reproductor cuadrafónico de 8 pistas que combinara 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 versiones anteriores de reproductores estéreo o mono; aunque los reproductores cuadrafónicos podían reproducir 8 pistas estéreo, reproducir cintas cuadrafónicas en reproductores estéreo daba como resultado escuchar solo la mitad de los canales a la vez.
El último lanzamiento en formato cuadrafónico de 8 pistas fue en 1978, aunque la mayoría había dejado de aparecer a finales de 1976.
Se realizaron algunos experimentos con transmisiones de radio (por ejemplo, un concierto de Cliff Richard por la BBC , [21] [22] cuya primera transmisión cuadrafónica fue en julio de 1974 [23] ), pero duraron poco.
Una de las emisoras de radio de mayor duración 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 WFMT de Chicago .
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 cerca de 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, codificando música cuadrafónica SQ. [29] La "Música y la Palabra Hablada" del domingo por la mañana desde el Tabernáculo Mormón de Salt Lake se transmitía en cuadrante 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]
Primero se probaron los formatos de matriz existentes. La "H" no representa una palabra; llamaron a la primera matriz que evaluaron Matriz A y luego trabajaron con el alfabeto. [32] [33] La Matriz H surgió como la mejor solución para la compatibilidad mono y la transmisión por radio, [34] pero no había un decodificador específico disponible comercialmente para ella.
La BBC cooperó posteriormente con los desarrolladores de Ambisonics para producir el BBC/NRDC System HJ . Este 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 UMX de Nippon-Columbia se incorporó al estándar, lo que dio lugar al nombre final UHJ que ahora se asocia con Ambisonics . [35]
En 1976, Ben Bauer integró sistemas matriciales y discretos en USQ , o Universal SQ (otros también habían hecho esto con sus sistemas cuádruples).
Se trataba de una matriz discreta jerárquica 4–4–4 que utilizaba la matriz SQ como banda base para transmisiones FM cuadrafónicas discretas mediante señales diferenciales adicionales denominadas "T" y "Q". Para una transmisión FM USQ, la modulación "T" adicional se colocaba a 38 kHz en cuadratura con la señal diferencial estéreo estándar y la modulación "Q" se colocaba en una portadora a 76 kHz.
Para las transmisiones estándar de matriz SQ de dos canales, CBS recomendó que se colocara un tono piloto opcional a 19 kHz en cuadratura con el tono piloto regular para indicar señales codificadas SQ y activar el decodificador lógico del oyente. CBS argumentó que el sistema SQ debería seleccionarse como el estándar para FM cuadrafónica 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 Paramatrix de CBS, superó al 4:3:4 (sin lógica) así como a todos los demás sistemas 4:2:4 (con lógica) probados, acercándose al rendimiento de una cinta maestra discreta dentro de un margen muy leve. Al mismo tiempo, el "fold" SQ a estéreo y mono fue preferido 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 se llamó " Games for May " y se llevó a cabo en el Queen Elizabeth Hall de Londres . [36] Un dispositivo de control que habían fabricado, el Azimuth Co-ordinator , usaba joysticks duales . Ahora se exhibe en el Victoria and Albert Museum de Londres , como parte de su galería Theatre Collections. [37] El controlador, que generalmente 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 sus cuatro lados, cada lado en un formato cuadrafónico diferente (QS, SQ, CD-4 y UD-4).