А.В.Выходец Начальник отдела РВ ГП УНИИРТ к.т.н. профессор

Предположим,что мы находимся в концертном зале 1 с хорошей акустикой и слушаем звучание оркестра (рис.1). На эстраде 2 расположены исполнители (их положение отмечено крестиками). Звуковые волны приходят к ушам слушателя 3 от каждого из музыкальных инструментов по разным путям. Первой приходит прямая звуковая волна, распространяющаяся по кратчайшему пути. Вслед за ней поступают множество волн, отраженных от поверхностей помещения.

К омплекс ощущений, возникающий при бинауральном слушании в концертном зале, является результатом воздействия на слушателя всего двух сигналов. Эти сигналы, поступающие к ушам слушателя, представляют собой совокупность большого числа пар сигналов, сформированных при звучании музыкальных инструментов или голосов исполнителей. Наличие этих двух сигналов позволило разработать систему двух канальной стереофонии и стереофонического радиовещания. Слушатель во вторичном помещении при помощи двух громкоговорителей, на входы которых подают электрические стереосигналы, соответствующие звуковым сигналам в первичном помещении, может с достаточно большим приближением получить впечатление о звуковом образе

Исследования показывают, что в состав стереофонического эффекта входят следующие основные ощущения (компоненты): а) пространственное впечатление, когда кажущиеся источники звука ( КИЗ) оказываются разнесенными как по фронту на линии, соединяющей громкоговорители, так и в глубину от нее, причем местоположения этих виртуальных источников в этой области пространства могут быть четко локализованы; б) высокая степень прозрачности звучания, благодаря чему легко осу щ ествляется выделение и раздельное восприятие инструментов или их групп на фоне ансамбля; в) правильная передача тембров инструментов ; г) восприятие акустической обстановки помещения. Перечислим основные особенности сигналов стереопары: а) наличие статистической связи для пар сигналов; б) наличие отличающихся как по величине, так и по времени поступления сигналов звука к слушателю ; в) определенное соотношение уровней сигналов отдельных составляющих сложного звучания; г) различие временных структур реверберационных продолжений.

В аналоговом стереофоническом радиовещании два стереосигнала суммарный и разностный передаются в одном радиоканале. Качество восприятия звукового образа в большей части соответствует первичному за исключением акустической атмосферы. При цифровой записи сигналов стереофонии наиболее высокому качеству соответствует запись на CD при скорости 1,5М Гбит/с При цифровом стереофоническом радиовещании в системе DAB хорошему качеству двухканальной стереофонии соответствует скорость 36 4 кбит/с.При передаче сигналов стереофонии в стандарте MPEG Surround ( с окружением ) понадобится значительно большая скорость цифрового потока. В системе цифрового радиовещания DAB последнее практически не реализуемо. При реализации цифрового радиовещания в системе DAB+ для передачи цифровых программ требуется в три раза меньшая цифровая скорость и передача сте р еосигналов в упомянутом стандарте ( с окружением ) становится возможным.

При использовании низких скоростей цифрового потока, что важно для системы DRM, для передачи цифровых сигналов находит применение режим работы кодеков, названный Joint Stereo (объединенное стерео). Процедура объединения сигналов стереопары в стандарте MPEG-4 (кодер ААС )заключается в следующем. Частоты ниже Гц не образую т кажущегося источника звука. Практически не влияют на формирование КИЗ частоты Гц. Все остальные части спектра образуют четкие КИЗ, вызывающие ощущения пространственной перспективы. стереопары. В место сигналов левого и правого каналов передают их сумму, т.е. монофонический сигнал.

В процессе объединения сигналов могут появиться заметные на слух искажения как пространственной структуры звукового образа, так и тембральные искажения в звучании отдельных инструментов и голосов. Для частичной коррекции пространственных искажений в отдельном канале передают соотношения уровней левого и правого сигналов В декодере выделяют монофонический сигнал и с помощью соотношений уровней формируют пару стереоси г налов. Качество стереофонического звучания при таком преобразовании относительно не высоко

Более высокое качество стереофонического звучания обеспечивает система Parametric Stereo.Эта система также применяется при пониженных значениях цифрового потока В алгоритме кодирования MPEG Parametric Stereo дополнительно выделяются, квантуются, а затем кодируются пространственные параметры стереопары, определяющие структуру пространственной звуковой картины. Упрощенные структуры кодера и декодера, реализующих этот алгоритм, показаны на рисунках. На рис 3 показана упрощенная структура кодера, соответсвующего алгоритму Parametric Stereo Наряду с кодерами стандарта MPEG-4 AAC и SВR для кодирования пространственных параметров применяется параметрический кодер PS.

Упрощенная структура кодирования и декодирования сигналов стереопары показана на рис унке В кодере выполняется анализ сигналов стереопары, а также объединение этих сигналов в один монофонический сигнал. Выделенные в результате анализа пространственные параметры квантуются и кодируются в параметрическом кодере PS. Монофонический сигнал кодируется кодерами AAC и SВR, после чего оба цифровых потока объединяются, а затем п о каналу связи подаются к декодеру.

В декодере пространственные параметры выделяются из входного цифрового потока и декодируются. Отдельно декодируется и монофонический с и гнал. С помощью пространственных параметров из декодированного монофонического сигнала восстанавливается исходные левый и правый сигналы стереопары. Анализ стереосигналов и кодирование в кодере PS позволяет передать соотношение энергий между правым и левым сигналами стереопары, корреляционную связь между ними и различие их фаз. Для передачи этих параметров требуется скорость цифрового потока 2..3 кбит/c Разработан стандарт кодирования сигналов многоканальной стереофонии в стандарте MPEG Surround. Здесь также как и в алгоритме Parametric Stereo выделяются пространственные параметры но не из двухканального, а уже из многоканального звукового сигнала. Кроме пространственных параметров кодируются полученный из исходного множества сигналов двухканальный сигнал. В декодере с помощью переданных пространственных параметров и двух суммарных сигналов восстанавливается исходное множество входных сигналов кодера. Для передачи пространственных параметров требуется цифровой поток со скоростью 3…32 кбит/c.