Decodificador de matriz - Matrix decoder

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). Generalmente, pero no siempre, los canales están dispuestos para su transmisión o grabación por un codificador y decodificados para su reproducción por 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 sonido envolvente en un equipo envolvente; esto es audio multicanal "compatible".

Proceso

La codificación matricial no permite codificar varios canales en menos canales sin perder información: no se pueden encajar 5 canales en 2 (o incluso 3 en 2) sin perder información, ya que esto pierde dimensiones : las señales decodificadas no son independientes . La idea es más bien codificar algo que sea tanto una aproximación aceptable del sonido envolvente cuando se decodifique, como un estéreo aceptable (o incluso superior).

Notación

La notación para la codificación matricial consiste en el número de canales de audio discretos originales separados por dos puntos del número de canales codificados y decodificados. Por ejemplo, cuatro canales codificados en dos canales discretos y decodificados de nuevo en cuatro canales se anotarían:

4:2:4

Algunos métodos derivan nuevos canales de los existentes, sin codificación especial de la fuente de audio. Por ejemplo, se anotarían cinco canales discretos decodificados en seis canales:

5:5:6

Dichos "decodificadores" de canales derivados pueden aprovechar el efecto Haas , así como las señales de audio inherentes a los canales fuente.

Se han desarrollado muchos métodos de codificación matricial:

Circuito de Hafler (2: 2: 4)

La forma más temprana y simple de decodificación es el circuito de Hafler , que deriva canales de retorno a partir de la grabación estéreo normal (2: 2: 4). Se usó solo para decodificar (no se consideró la codificación de sonido).

Matriz de decodificación

Matriz de decodificación	Frente izquierdo	Frente derecho	Espalda Izquierda	De vuelta
Total izquierda	1.0	0.0	1.0	-1,0
Total derecho	0.0	1.0	-1,0	1.0

Matriz Dynaquad (2: 2: 4) / (4: 2: 4)

La matriz Dynaquad introducida en 1969 se basó en el circuito de Hafler , pero también se usó para una codificación específica de 4 canales de sonido en algunos álbumes (4: 2: 4).

Matriz de codificación

Matriz	Frente izquierdo	Frente derecho	Espalda Izquierda	De vuelta
Total izquierda	1.0	0,25	1.0	-0,5
Total derecho	0,25	1.0	-0,5	1.0

Matriz de decodificación

Matriz	Frente izquierdo	Frente derecho	Espalda Izquierda	De vuelta
Total izquierda	1.0	0.0	0,64	-0,36
Total derecho	0.0	1.0	-0,36	0,64

Matriz Electro-Voice Stereo-4 (2: 2: 4) / (4: 2: 4)

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).

Matriz de codificación

Matriz	Frente izquierdo	Frente derecho	Espalda Izquierda	De vuelta
Total izquierda	1.0	0,3	1.0	-0,5
Total derecho	0,3	1.0	-0,5	1.0

Matriz de decodificación

Matriz	Frente izquierdo	Frente derecho	Espalda Izquierda	De vuelta
Total izquierda	1.0	0,2	1.0	-0,8
Total derecho	0,2	1.0	-0,8	1.0

Matriz SQ, "Stereo Quadraphonic", CBS SQ (4: 2: 4)

Matriz	Frente izquierdo	Frente derecho	Espalda Izquierda	De vuelta
Total izquierda	1.0	0.0	k0.7	0,7
Total derecho	0.0	1.0	-0,7	j0.7

${\ Displaystyle j = + 90 ^ {\ circ}}$cambio de fase , cambio de fase${\ Displaystyle k = -90 ^ {\ circ}}$

La matriz SQ básica tenía anomalías mono / estéreo, así como problemas de codificación / decodificación, muy criticados por Michael Gerzon y otros.

Un intento de mejorar el sistema llevó al uso de otros codificadores o técnicas de captura de sonido, pero la matriz de decodificación se mantuvo sin cambios.

Codificador de posición

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.

Codificador orientado hacia adelante

Matriz	Frente izquierdo	Frente derecho	Espalda Izquierda	De vuelta
Total izquierda	1.0	0.0	0,7	k0.7
Total derecho	0.0	1.0	k0.7	0,7

${\ Displaystyle j = + 90 ^ {\ circ}}$cambio de fase , cambio de fase${\ Displaystyle k = -90 ^ {\ circ}}$

El codificador orientado hacia adelante hizo que Center Back se codificara como Center Front y se recomendó para el uso de transmisión en vivo para una máxima compatibilidad mono; también codificó Center Left / Center Right y ambas divisiones diagonales de la manera óptima. Podría usarse para modificar grabaciones estéreo de 2 canales existentes y crear 'SQ sintetizado' que cuando se reproduce a través de un decodificador Full-Logic o Tate DES SQ, exhibe un efecto cuádruple sintetizado de 180 ° o 270 °. Muchas estaciones de radio FM estéreo que transmitían SQ en la década de 1970 usaron su codificador SQ orientado hacia adelante para esto. Para los decodificadores SQ , CBS diseñó un circuito que produjo la mejora de 270 ° utilizando los desfasadores de 90 ° en el decodificador. Los codificadores QS y los decodificadores QS Vario-Matrix de Sansui tenían una capacidad similar.

Codificador orientado hacia atrás

Matriz	Frente izquierdo	Frente derecho	Espalda Izquierda	De vuelta
Total izquierda	k1.0	0.0	k0.7	0,7
Total derecho	0.0	j1.0	-0,7	j0.7

${\ Displaystyle j = + 90 ^ {\ circ}}$cambio de fase , cambio de fase${\ Displaystyle k = -90 ^ {\ circ}}$

El codificador orientado hacia atrás era el reverso del codificador orientado hacia adelante: permitía que los sonidos se colocaran de manera óptima en la mitad posterior de la habitación, pero se sacrificó la compatibilidad mono. Cuando se utiliza con grabaciones estéreo estándar, crea un estéreo "extra ancho" con sonidos fuera de los altavoces.

Algunos mezcladores de codificación tenían canales conmutables entre codificación orientada hacia adelante y orientada hacia atrás.

London Box

Codificó el Center Back de tal manera que no se canceló 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 álbumes codificados en SQ se mezclaron con el codificador de posición o el codificador orientado hacia adelante.

Micrófono de Gante

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 diferenciaron y luego se matricularon en fase en SQ de 2 canales. Con el Ghent Microphone, SQ se transformó de Matrix en Kernel y se pudo derivar una señal adicional para proporcionar un rendimiento N: 3: 4.

Universal SQ

En 1976, Ben Bauer integró sistemas matriciales y discretos en USQ, o Universal SQ. Era una matriz discreta jerárquica 4-4-4 que usaba la matriz SQ como banda base para transmisiones de FM cuadrafónicas discretas usando señales de diferencia adicionales llamadas "T" y "Q". Para una transmisión de FM de USQ, la modulación "T" adicional se colocó a 38 kHz en cuadratura a la señal de diferencia 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 coloque un tono piloto opcional a 19 kHz en cuadratura con el tono piloto regular para indicar señales codificadas en SQ y activar el decodificador lógico de los oyentes.

CBS argumentó que el sistema SQ debería seleccionarse como el 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 a 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 dentro de un margen muy leve. Al mismo tiempo, se prefirió el "plegado" SQ a estéreo y mono al "plegado" estéreo y mono de 4: 4: 4, 4: 3: 4 y todos los demás sistemas de codificación 4: 2: 4.

Decodificador Tate DES

El sistema de mejora direccional, también conocido como Tate DES, era un decodificador avanzado que mejoraba la direccionalidad de la matriz SQ básica.

Primero hizo una matriz de las cuatro salidas del decodificador SQ para derivar señales adicionales, luego comparó sus envolventes para detectar la dirección predominante y el grado de dominancia. Una sección de procesador, implementada fuera de los chips Tate IC, aplicó una sincronización variable de ataque / caída a las señales de control y determinó los coeficientes de las matrices "B" (Mezcla) necesarias para mejorar la direccionalidad. Estos fueron activados por verdaderos multiplicadores analógicos en los circuitos integrados de multiplicador 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 simultáneamente y mejorar la separación, tenía un campo de sonido muy abierto y "discreto".

Además, la mejora se realizó con suficiente complejidad adicional para que todos los sonidos no dominantes se mantuvieran en sus niveles adecuados.

Dolby usó los Tate DES IC en sus procesadores de teatro hasta alrededor de 1986, cuando desarrollaron el sistema Pro Logic. Desafortunadamente, los retrasos y los problemas mantuvieron a las Tate DES IC fuera del mercado hasta finales de la década de 1970 y solo se fabricaron dos decodificadores de consumo que las empleaban, Audionics Space & Image Composer y Fosgate Tate II 101A. El Fosgate usó una versión actualizada y más rápida del IC, llamada Tate II, y circuitos adicionales que proporcionaron una mejora de la separación en todo el campo de sonido de 360 ​​grados. A diferencia de los decodificadores Logic de emparejamiento de onda completa 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 lugar. nivel correcto.

Matriz QS, "Matriz regular", "Sonido cuadrafónico" (4: 2: 4)

Matriz	Frente izquierdo	Frente derecho	Espalda Izquierda	De vuelta
Total izquierda	0,92	0,38	j0.92	j0.38
Total derecho	0,38	0,92	k0.38	k0.92

${\ Displaystyle j = + 90 ^ {\ circ}}$cambio de fase , cambio de fase${\ Displaystyle k = -90 ^ {\ circ}}$

Matriz H (4: 2: 4)

Matriz H Matriz	Frente izquierdo	Frente derecho	Espalda Izquierda	De vuelta
Total izquierda	-j0.94	-l0,34	+ k0.94	+ m0,34
Total derecho	+ l0,34	+ j0.94	-m0,34	-k0,94

j = cambio de fase de 20 ° k = cambio de fase de 25 ° l = cambio de fase de 55 ° m = cambio de fase de 115 °

Núcleo ambisónico UHJ (3: 2: 4 o más)

Matriz	W (señal de presión)	X (señal de adelante hacia atrás)	Y (señal izquierda-derecha)
Total izquierda	0.470 + k0.171	0.093 + j0.255	+0.328
Total derecho	0.470 + j0.171	0.093 + k0.255	-0,328

${\ Displaystyle j = + 90 ^ {\ circ}}$cambio de fase , cambio de fase${\ Displaystyle k = -90 ^ {\ circ}}$

Dolby Stereo y Dolby Surround (matriz) 4: 2: 4

Dolby Stereo y Dolby Surround también se conocen como Dolby MP, Dolby SVA y Pro Logic .

La 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 decodificador utilizado, no hay una matriz de codificación Pro Logic especial.

El sistema Ultra Stereo , desarrollado por una empresa diferente, es compatible y utiliza matrices similares a Dolby Stereo.

Dolby Stereo Matrix es sencillo: los cuatro canales originales: izquierdo (L), centro (C), derecho (R) y envolvente (S), se combinan en dos, conocidos como total izquierdo (LT) y total derecho (RT) por esta fórmula:

Mezcla estéreo Dolby	Izquierda	Derecha	Centrar	Rodear
Total izquierda	${\ Displaystyle 1}$	${\ displaystyle 0}$	${\ Displaystyle {\ frac {1} {\ sqrt {2}}}}$	${\ Displaystyle + j {\ frac {1} {\ sqrt {2}}}}$
Total derecho	${\ displaystyle 0}$	${\ Displaystyle 1}$	${\ Displaystyle {\ frac {1} {\ sqrt {2}}}}$	${\ Displaystyle -j {\ frac {1} {\ sqrt {2}}}}$

donde j = cambio de fase de 90 °

La información del canal central es transportada por LT y RT en fase, y la información del canal envolvente por LT y RT pero fuera de fase. El canal envolvente es un único canal trasero mono de rango de frecuencia limitado ( filtrado de paso bajo de 7 kHz ), 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 ofrece una buena compatibilidad con la reproducción estéreo de dos canales en la que 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 alrededores. Pero un decodificador de este tipo proporcionaría una separación deficiente entre los canales de altavoz adyacentes, por lo que cualquier cosa destinada al altavoz central también se reproduciría desde los altavoces izquierdo y derecho solo 3 dB por debajo del nivel del altavoz central. De manera similar, cualquier cosa destinada al altavoz izquierdo se reproduciría desde los altavoces central y envolvente, nuevamente solo 3 dB por debajo del nivel en el 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 decodificador 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. Debido a que ya existe una separación completa entre los canales opuestos, no hay necesidad de atenuarlos; de hecho, el decodificador cambia entre la prioridad L y R y la prioridad C y S. Esto impone algunas limitaciones en la mezcla para Dolby Stereo y para garantizar que los mezcladores de sonido mezclen las bandas sonoras de manera adecuada, monitorearían la mezcla de sonido a través de un codificador y descodificador Dolby Stereo en tándem. Además de los circuitos lógicos, 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 izquierdos o derechos al canal envolvente siempre se escuche primero. del orador previsto. Esto aprovecha el " efecto de precedencia " para localizar el sonido en la dirección deseada.

Matriz Dolby Pro Logic II (5: 2: 5)

Matriz	Izquierda	Derecha	Centrar	Trasera izquierda	Abajo a la derecha
Total izquierda	${\ Displaystyle 1}$	${\ displaystyle 0}$	${\ Displaystyle {\ sqrt {\ frac {1} {2}}}}$	${\ Displaystyle j {\ frac {\ sqrt {3}} {2}}}$	${\ Displaystyle j {\ frac {1} {2}}}$
Total derecho	${\ displaystyle 0}$	${\ Displaystyle 1}$	${\ Displaystyle {\ sqrt {\ frac {1} {2}}}}$	${\ Displaystyle k {\ frac {1} {2}}}$	${\ Displaystyle k {\ frac {\ sqrt {3}} {2}}}$

${\ Displaystyle j = + 90 ^ {\ circ}}$cambio de fase , cambio de fase${\ Displaystyle k = -90 ^ {\ circ}}$

La matriz Pro Logic II proporciona canales traseros estéreo de frecuencia completa. Normalmente, un canal de subwoofer se controla simplemente filtrando y redirigiendo las frecuencias graves existentes de la pista estéreo original.

Ver también

• Formato UHJ ambisónico
• Dolby Digital
• Dolby Pro Logic
• Efecto Haas
• Sonido cuadrafónico
• Sonido envolvente

Referencias