La decodificación matricial es una tecnología de audio en la que una pequeña cantidad de canales de audio discretos (por ejemplo, 2) se decodifican en una mayor cantidad de canales durante la reproducción (por ejemplo, 5). Los canales generalmente, aunque no siempre, se organizan para su transmisión o grabación mediante un codificador, y se decodifican para su reproducción mediante un decodificador. La función es permitir que el audio multicanal, como el sonido cuadrafónico o el sonido envolvente , se codifique en una señal estéreo y, por lo tanto, se reproduzca como estéreo en un equipo estéreo y como envolvente en un equipo envolvente; esto es audio multicanal "compatible".
La codificación matricial no permite codificar varios canales en menos canales sin perder información: no se pueden meter 5 canales en 2 (ni siquiera 3 en 2) sin perder información, ya que esto hace perder dimensiones : las señales decodificadas no son independientes . La idea es más bien codificar algo que sea a la vez una aproximación aceptable del sonido envolvente cuando se decodifique y un estéreo aceptable (o incluso superior).
La notación para la codificación matricial consiste en la cantidad de canales de audio discretos originales separados por dos puntos de la cantidad de canales codificados y decodificados. Por ejemplo, cuatro canales codificados en dos canales discretos y decodificados nuevamente en cuatro canales se notan:
4:2:4
Algunos métodos derivan nuevos canales a partir de los existentes, sin codificación especial de la fuente de audio. Por ejemplo, cinco canales discretos decodificados en seis canales se notan así:
5:5:6
Estos "decodificadores" de canales derivados pueden aprovechar el efecto Haas , así como las señales de audio inherentes a los canales de origen.
Se han desarrollado muchos métodos de codificación matricial:
La forma más antigua y sencilla de decodificación es el circuito Hafler , que deriva canales de retorno a partir de la grabación estéreo normal (2:2:4). Se utilizaba únicamente para decodificar (no se consideraba la codificación del sonido).
La matriz Dynaquad introducida en 1969 se basaba en el circuito Hafler , pero también se utilizó para una codificación específica de 4 canales de sonido en algunos álbumes (4:2:4). [1]
La matriz Stereo-4 fue inventada por Leonard Feldman y Jon Fixler, introducida en 1970 y vendida por Electro-Voice y Radio Shack . Esta matriz se utilizó para codificar 4 canales de sonido en muchos álbumes de discos (4:2:4). [3]
cambio de fase, cambio de fase
La matriz SQ básica tenía anomalías mono/estéreo, así como problemas de codificación/decodificación, muy criticados por Michael Gerzon y otros. [4]
Un intento de mejorar el sistema condujo al uso de otros codificadores o técnicas de captura de sonido, pero la matriz de decodificación permaneció sin cambios.
Un codificador N/2 que codificaba cada posición en un círculo de 360°: tenía 16 entradas y cada una podía marcarse en la dirección exacta deseada, generando una codificación optimizada.
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El codificador orientado hacia adelante hizo que Center Back se codificara como Center Front y se recomendó para su uso en transmisiones en vivo para una máxima compatibilidad mono; también codificó Center Left/Center Right y ambas divisiones diagonales de manera óptima. Se podía usar para modificar grabaciones estéreo de 2 canales existentes y crear "SQ sintetizado" que, cuando se reproducía a través de un decodificador Full-Logic o Tate DES SQ, exhibía un efecto cuádruple sintetizado de 180° o 270°. Muchas estaciones de radio FM estéreo que transmitían SQ en la década de 1970 usaban su codificador SQ orientado hacia adelante para esto. Para los decodificadores SQ , CBS diseñó un circuito que producía la mejora de 270° usando los cambiadores de fase de 90° en el decodificador. Los codificadores QS y los decodificadores QS Vario-Matrix de Sansui tenían una capacidad similar.
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El codificador orientado hacia atrás era lo opuesto al codificador orientado hacia adelante: permitía ubicar los sonidos de manera óptima en la mitad posterior de la sala, pero se sacrificaba la compatibilidad mono. Cuando se usaba con grabaciones estéreo estándar, creaba un estéreo "extra amplio" con sonidos fuera de los altavoces.
Algunos mezcladores de codificación tenían canales conmutables entre codificación orientada hacia adelante y hacia atrás.
Codificó el centro trasero de tal manera que no se cancelara en la reproducción mono, por lo que su salida generalmente se mezclaba con la de un codificador de posición o un codificador orientado hacia adelante. Después de 1972, la gran mayoría de los álbumes codificados con SQ se mezclaron con el codificador de posición o el codificador orientado hacia adelante.
Además, CBS creó el micrófono SQ Ghent, que era un sistema de micrófono espacial que utilizaba el micrófono Neumann QM-69. Las señales del QM-69 se diferenciaban y luego se convertían en matriz de fase en un SQ de 2 canales. [5] Con el micrófono Ghent, el SQ se transformaba de una matriz a un núcleo y se podía derivar una señal adicional para proporcionar un rendimiento N:3:4.
En 1976, Ben Bauer integró sistemas matriciales y discretos en USQ, o Universal SQ. Era una matriz discreta jerárquica 4-4-4 que utilizaba la matriz SQ como banda base para transmisiones FM cuadrafónicas discretas utilizando señales diferenciales adicionales llamadas "T" y "Q". Para una transmisión FM USQ, la modulación "T" adicional se colocó a 38 kHz en cuadratura con la señal diferencial estéreo estándar y la modulación "Q" se colocó en una portadora a 76 kHz. Para transmisiones estándar de matriz SQ de 2 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 de los oyentes.
La CBS argumentó que el sistema SQ debería ser seleccionado 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. [6] Al mismo tiempo, el "pliegue" SQ a estéreo y mono fue preferido al "pliegue" estéreo y mono de 4:4:4, 4:3:4 y todos los demás sistemas de codificación 4:2:4.
El sistema de mejora direccional, también conocido como Tate DES, era un decodificador avanzado que mejoraba la direccionalidad de la matriz SQ básica.
Primero, se matricularon las cuatro salidas del decodificador SQ para derivar señales adicionales y luego se compararon sus envolventes para detectar la dirección predominante y el grado de dominancia. Una sección de procesador, implementada fuera de los chips IC de Tate, aplicó tiempos de ataque/decaimiento variables a las señales de control y determinó los coeficientes de las matrices "B" (Blend) necesarios para mejorar la direccionalidad. Estos fueron aplicados por verdaderos multiplicadores analógicos en los IC de multiplicadores de matriz, para multiplicar la matriz entrante por las matrices "B" y producir salidas en las que se mejoró la direccionalidad de todos los sonidos predominantes.
Dado que el DES podía reconocer las tres direcciones de la Esfera de Energía [ aclaración necesaria ] simultáneamente y mejorar la separación, tenía un campo sonoro muy abierto y "discreto" [ aclaración necesaria ] .
Además, la mejora se realizó con suficiente complejidad adicional para que todos los sonidos no dominantes se mantuvieran en sus niveles adecuados.
Dolby utilizó los circuitos integrados Tate DES en sus procesadores de cine hasta alrededor de 1986, cuando desarrolló el sistema Pro Logic. Desafortunadamente, los retrasos y los problemas mantuvieron los circuitos integrados Tate DES fuera del mercado hasta fines de la década de 1970 y solo se fabricaron dos decodificadores de consumo que los utilizaban, el Audionics Space & Image Composer y el Fosgate Tate II 101A. El Fosgate utilizó una versión más rápida y actualizada del circuito integrado, llamado Tate II, y circuitos adicionales que proporcionaban una mejora de la separación en todo el campo sonoro de 360 grados. A diferencia de los decodificadores Logic Full Wave-matching anteriores para SQ, que variaban los niveles de salida para mejorar la direccionalidad, el Tate DES canceló la diafonía de la señal SQ en función de la direccionalidad predominante, manteniendo los sonidos no dominantes y la reverberación en sus ubicaciones espaciales adecuadas en su nivel correcto.
cambio de fase, cambio de fase
j = 20° de desplazamiento de fase k = 25° de desplazamiento de fase l = 55° de desplazamiento de fase m = 115° de desplazamiento de fase
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Dolby Stereo y Dolby Surround también se conocen como Dolby MP, Dolby SVA y Pro Logic .
Matriz Dolby SVA es el nombre original de la matriz de codificación Dolby Stereo 4:2:4.
El término "Dolby Surround" se refiere tanto a la codificación como a la descodificación en el entorno doméstico, mientras que en el cine se conoce como "Dolby Stereo", "Dolby Motion Picture matrix" o "Dolby MP". "Pro Logic" se refiere al descodificador utilizado, no existe una matriz de codificación Pro Logic especial.
El sistema Ultra Stereo , desarrollado por diferentes empresas, es compatible y utiliza matrices similares a Dolby Stereo.
La matriz Dolby Stereo es sencilla: los cuatro canales originales: izquierdo (L), central (C), derecho (R) y envolvente (S), se combinan en dos, conocidos como total izquierdo (LT) y total derecho (RT) mediante esta fórmula:
donde j = desplazamiento de fase de 90°
La información del canal central es transmitida por LT y RT en fase, y la información del canal envolvente por LT y RT pero desfasada. El canal envolvente es un único canal trasero mono de rango de frecuencia limitado ( filtrado de paso bajo de 7 kHz [8] ), comprimido dinámicamente y colocado con un volumen más bajo que el resto. Esto permite una mejor separación de señales.
Esto proporciona una buena compatibilidad con la reproducción mono, que reproduce L, C y R desde el altavoz mono con C a un nivel 3 dB más alto que L o R, pero la información envolvente se cancela. También proporciona una buena compatibilidad con la reproducción estéreo de dos canales, donde C se reproduce desde los altavoces izquierdo y derecho para formar un centro fantasma y el sonido envolvente se reproduce desde ambos altavoces, pero de manera difusa.
Un decodificador simple de 4 canales podría simplemente enviar la señal de suma (L+R) al altavoz central y la señal de diferencia (LR) a los altavoces envolventes. Pero un decodificador de este tipo proporcionaría una separación deficiente entre los canales de altavoces adyacentes, por lo que cualquier señal destinada al altavoz central también se reproduciría desde los altavoces izquierdo y derecho a solo 3 dB por debajo del nivel del altavoz central. De manera similar, cualquier señal destinada al altavoz izquierdo se reproduciría desde los altavoces central y envolventes, nuevamente a solo 3 dB por debajo del nivel del altavoz izquierdo. Sin embargo, existe una separación completa entre los canales izquierdo y derecho, y entre los canales central y envolvente.
Para superar este problema, el descodificador de cine utiliza los llamados circuitos "lógicos" para mejorar la separación. El circuito lógico decide qué canal de altavoz tiene el nivel de señal más alto y le da prioridad, atenuando las señales enviadas a los canales adyacentes. Como ya hay una separación completa entre canales opuestos, no hay necesidad de atenuarlos; de hecho, el descodificador cambia entre la prioridad L y R y la prioridad C y S. Esto impone algunas limitaciones a la mezcla para Dolby Stereo y para garantizar que los mezcladores de sonido mezclen las bandas sonoras de manera apropiada, monitorearían la mezcla de sonido a través de un codificador y descodificador Dolby Stereo en tándem. Además del circuito lógico, el canal envolvente también se alimenta a través de un retardo, ajustable hasta 100 ms para adaptarse a auditorios de diferentes tamaños, para garantizar que cualquier fuga de material de programa destinado a los altavoces izquierdo o derecho hacia el canal envolvente siempre se escuche primero desde el altavoz deseado. Esto explota el " efecto de precedencia " para localizar el sonido en la dirección deseada.
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La matriz Pro Logic II proporciona canales traseros estéreo de frecuencia completa. Normalmente, un canal de subwoofer se activa simplemente filtrando y redirigiendo las frecuencias graves existentes de la pista estéreo original.
El codificador orientado hacia adelante es una de al menos seis opciones de codificación diferentes que ofrece SQ para que los productores puedan decidir por sí mismos qué conjunto de fallas prefieren.
