Dolby hagyatéka

A hangosítás voltaképpen erősítés, a térhangzás matematika. Dolby reformja viszont egyfajta ex machina, melynek köszönhetően az egykoron még bőszen zúgó-sziszegő hangrendszerek, mára már kristálytisztán szólnak és szinte minden irányból vesznek körül minket…

És hogy mi történt az évtizedek alatt? Ki ez a Dolby és miért oly hangos tőle az éter? Hogyan került “képbe” az általa kifejlesztett hangformátum? Ezen kérdések megválaszolása mellett, életének fontosabb szakmai eseményeit, illetve a mindennapjainkban jelen lévő hagyatékát igyekszik bemutatni ez cikk, melyet születésnapjára való tisztelettel állítottam össze. És mert mindig is szerettem volna látni az összes “Dolby cuccot” egy helyen!

https://img.washingtonpost.com/rf/image_1484w/2010-2019/WashingtonPost/2013/09/13/Obituaries/Images/ob-main-dolby0091379097541.jpg?uuid=xlGtfByjEeOArJYgXKy0Wg
Ray Dolby (1933 – 2013)

Igyekszek amúgy drasztikussá tenni ezt a témát, de nincs könnyű dolgom: mostanra már annyira megszoktuk a jót, hogy el sem tudjuk képzelni a világot minőségi hangzású rendszerek nélkül! De hiába léteznek jó hangfalak, ha maga a jel, a forrás zajos és rossz minőségű. Szerencsére a Dolby Laboratories a hatvanas évektől kezdve olyan innovatív fejlesztéseket eszközölt a hangtechnika terén, melyek nélkül ma nem élvezhetnénk filmjeinket és zenéinket kristálytiszta és magas minőségben; illetve zajmentes hangreprodukció nélkül a többcsatornás térhangzásnak sem igazán lenne értelme. Bár fontos észben tartani hogy a Dolby Labs nem hangfalakat, hanem (elsősorban) zajszűrő berendezéseket gyárt; persze az is igaz, hogy ők katalizálták s késztették innovációra a hangtechnikai szegmens többségét is. Szóval BIG THX nekik, már így előre utólag is!

http://www.dolby.com/uploadedImages/wwwdolbycom/Content/Editorial_Pages/Ray_Dolby/ray-dolby-facebook.jpg

 Az ember és a tender

Ray Dolby amerikában született Portland városában (Oregon, USA). Apja feltaláló volt, kinek kiváló leleményességét fia is vitathatatlanul örökölte. A II. világháború idején, az ifjoncnak a nyári szünetek alatt alkalma nyílt az Ampex nevű elektronikai vállalat egyik gyárában dolgozni, ahol pl. az első hangrögzítő kifejlesztésénél is segédkezett (1949-ben). A gyárat egy orosz feltaláló és üzletember: Alexander M. Poniatoff alapította 1944-ben, San Carlosban (USA) melyet saját neve és az angol “tökéletesség” (excellence) szónak kezdőbetűit összetéve nevezett el. Azért nem lehetett pusztán “Amp” a cég neve, mert az a katonai kellékgyártóval, név szerint az Aircraft and Marine Products-al könnyedén összetéveszthető. Pedig az “Amp” elég ironikus lett volna Dolbyt tekintve, hiszen az angol ampliflier (magyarul: erősítő) szónak a rövidítése.

http://www.vtoldboys.com/images/sign01.jpg

Az Ampex eleinte jó minőségű villanymotorokat és generátorokat gyártott megrendelésre, melyek fő piacát elsősorban a gombamód szaporodó radarállomások jelentették. A cégnek gyakorlatilag jól jött a háborús helyzet, hiszen a különböző hadieszközök alkatrészeinek gyártása iránti igények folyvást csak növekedtek, így sok profitot is termeltek. Grandiózus gépipari óriáspillérré nőtték ki magukat; leleményességük 1960-ban még Oscar-díjhoz is juttatta őket, melyet “technical achievement” (technikai áttörés) címén kaptak.

http://www.preservationsound.com/wp-content/uploads/2014/04/AES_1971.png

Ray villamosmérnöki diplomáját 24 évesen szerezte meg a Stanford Egyetemen, majd 1961-ben a Cambridge-en posztgraduális képzés keretében Ph.D.-ját is kiérdemelte (fizikából). Négy évvel későbbAngliában –negyedmagával- megalapították újdonsült vállalatukat: aDolby Laboratories-t. Első termékük egy hardveres zajcsökkentést kínáló modulszéria, a Dolby Noise Reduction (röviden csak Dolby NR) volt. Az akkori, még kezdetleges kazetta-lejátszók mellé az NR egy opcionális kiegészítő, amolyan uprgrade volt. A modult elsőként a zeneiparban, később már a filmiparban is használni kezdték és gyakorlatilag a mai napig alkalmazzák őket, de természetesen a kortárs változataikat.

https://library.creativecow.net/articles/kaufman_debra/Ray-Dolby_Obituary/assets/RD_CircuitBoard_8x10.jpg
Ray Dolby és a “Dolby NR” egyik alkatrésze
A háttér hangja

Dolby 1976-ban az USÁ-ba költöztette vállalatát és Dolby Labs-kéntfolytatván útjukat új időszámítást hoztak a filmipari hangzásvilágba! Jóllehet segédkeztek a videoszalag-felvevő (VTR) kifejlesztésében is (mely egyébként a videókazetta-felvevő –VCR- elődje volt) de a 60-as évek közepéig a labor fő fókusza egészen más volt: a minden rögzített hangfelvételen jelen lévő nemkívánatos tényező, a visszajátszáskor jelentkező háttérzaj: a sípolás, sistergés, az idegesítő sziszegés; a “tape hiss”

Tehát a “tape hiss” jelenség a korai elektromos felvevő eszközökön kivétel nélkül jelentkezett, okozója pedig a hő által erősen befolyásolt elektronok véletlenszerű elmozdulása volt. Mivel ezen elektronok mozgása befolyással bírt a kimenő jel feszültségszintjére, a lejátszási folyamat során így észlelhető zaj képződött a médián (a mágnes-szalagokon). Ezeket a zajokat hivatott csökkenteni a Dolby NR modulszéria, mely valódi messiásként szolgált az újonnan indultszónikus háborúban! Bár előbb inkább csak a profi zenészek, de később már a filmstúdiók (hangtechnikusai) is előszeretettel alkalmazták.

Dolby NR

A modulszéria hosszú fejlődésnek indult, melyben minden iteráció fontos új képességeket vonultatott fel. A következő felsorolásban áttekinthetjük, miként fejlődtek a Dolby-technológiák 1966-tól egészen napjainkig; de itt már bokáig belegázolunk a technikai részletekbe is, ezért gondoltam szólok előre; ne untassak senkit 🙂

http://technabob.com/blog/wp-content/uploads/2015/10/dolbyhq_dolby_headquarters_1-2.jpg

1966
Dolby_A_logo

A Dolby Labs megalkotja az első (forradalmi) zajcsökkentő eszközt, melynek neve szimplán: Dolby -és elsősorban zenei stúdiókban terjed, a jel-zaj arányt (signal-to-noise ratio; SNR; S/N) hivatott növelni (az eredeti jel előnyére, a zajszintet csökkentvén). Működési elvét tekintve két fő fázist különböztethetünk meg:

1) a hangfelvétel rögzítésénél alkalmazott dinamikus elő-kiemelés,

Dolby_A_1

2) és a (már elkészült felvétel) visszajátszásnál alkalmazott dinamikus utó-elnyomást (csillapítás).

Dolby_A_2Ezek gyakorlatilag szimbiotikus folyamatok. Dolby-ék zajcsökkentő eljárása más volt a többi rendszeréhez képest, mert azok általában kizárólag csak a hallható frekvenciatartományon belüli (a fehér zajhoz hasonló) sziszegést vették célba. A “Dolby A” viszont az egész hangspektrumon operáló csillapítást eszközölt: a bemeneti jelből a rendszer frekvenciasávot képez, melyet négy filter segítségével, oktávonként 12dB-es intenzitással szűr 3dB-es cutoff rátával:

• Low-pass filter @ 80Hz
• Band-pass filter @ 80Hz ↔ 3kHz
• High-pass filter @ 3kHz
• High-pass filter @ 9kHz

(a két eltérő tartománybeli high-pass filter együttes használata
hatékonyabb zajcsökkentést biztosít a magasabb frekvenciákon)

A kompenzációért felelős áramkör mínusz 40dB-es küszöbértékkel bír és 10dB-es léptékkel, 2:1 arányban presszionál/expandál; így 15kHz-en kb. 10-15dB-es zajszűrést tesz lehetővé, ami egész jó eredmény az első szériától! A “Dolby A” még az optikai hangsávoknál is használhatónak bizonyult, de a filmiparba szóló igazi belépőjük csak később érkezett meg…

1968
Dolby B NR
Az előző rendszer továbbfejlesztett változata a Dolby B-type nevet viseli, mely főképp kazettás felvételeken képes 9dB-es (A-weighted)zajszűrést eszközölni. Az előző szériához képest ez jóval egyszerűbb felépítéssel bírt, ezért előállítása is könnyebb volt és emiatt az ára is olcsóbb, így a kisipari fogyasztók is nagy szeretettel licencelték. A “Dolby B” kódolású felvételek visszajátszása dekóder nélküli eszközökkel elfogadható volt, bár az első rendszerhez képest legalább 3dB-el gyengébb teljesítményt ért el zajcsökkentés terén.
Dolby B NR

A hetvenes évek elején volt még egy Dolby FM nevű technológia is, melyet az FM rádióállomások stúdióinak szántak, ám a próbálkozás sikertelenségbe fulladt. Ezt követően, a prominens hangmérnök (és dörzsölt üzletember) Henry Kloss, azt tanácsolta Dolbynak, hogy készítsen egy átlagos fogyasztóknak szánt zajcsökkentő modult is mert azzal nagy sikert arathatnának a kommunális piacon. Klossegyébként az akusztikus-szuszpenzióval működő mélyhangládák és a magnókazetta-lejátszók innovációjáért volt felelős, de segédkezett minőségi hangszórók és rádiók technológiájának kifejlesztésében is.

Henry Kloss
Henry Kloss (1929 – 2002)

Az optikai-hangsávok minőségének emelkedését a magas háttérzaj húzta vissza, ennek csökkentésére törekedvén pedig a filmszínházak hangrendszereinek működését korlátozni kellett;  gyakorlatilag ez a magas tartománybeli frekvenciák kibocsájtásának csillapítását jelentette (melyek hiányában a párbeszédek érthetősége jelentősen csökkent). Ennek orvoslását illetően a hangmérnökök már a felvételek során is magas elő-erősítéssel rögzítették az anyagokat, de a visszajátszásoknál ez komoly torzítást eredményezett. KözbenDolbyék zajcsökkentő technológiája szélesebb körben is elterjedt, így elérkezett az idő, hogy betörjenek a filmes hangsávok piacára is!

fényhang

Az első film melynél (a premixek során) a Dolby NR-t alkalmazták, aMechanikus Narancs volt (1971). Bár a végleges verzió hagyományos optikai hangsávval került a mozikba, így pedig a zajcsökkentést elérni igyekvő törekvések majdhogynem hiábavalóak voltak. Ennek ellenére szinte mindig és mindenhol ezzel a filmmel példálóztak, amikor az optikai hangsávok minőségének fejlesztéséről volt szó…

1975
dolby-stereo
Mivel a 30-as évek óta szinte semmit nem változtak az optikai hangsávok szabvány és minőségbeli tulajdonságai, így 1975-ben már nem is volt annyira váratlan az új szabvány, a Dolby Stereoérkezte. Ez nem pusztán zajcsökkentő-rendszerként funkcionált, hanem több hangsáv raktározására képes médiumként is! Utóbbi szerep az akkoriban még csak érdekes újdonságnak számító centerés surround csatornákat jelentette, melyek hanganyagát egyébként az elülső bal és jobb oldali  hangsávból lehetett visszanyerni a dekódolás során. Dolby javasolta a színházaknak, hogy cseréljék le a hagyományos (ún. Academy Curve) sávot egy “Dolby A” típusúra és hogy még szereljenek be egy harmad-oktáv ekvalizer apparátust is, melynek segítségével újra szintbe hozhatják a hangfalak elektro-akusztikus frekvenciáit. Erre azért volt szükség, mert a zajcsökkentés során egy bizonyos mértéknyi jel (a kimetszett zaj) elvész és így diszharmónia keletkezik a hanganyagban. A harmad-oktáv ekvalizerviszont normális szintbe hozza a jelet.

dolbystereo

Innentől kezdve egy új standard látott napvilágot és a filmszínházak sötétjében búvó hangrendszerek immáron jóval több odafigyelést érdemeltek ki! A hangzás tisztasága a képanyag minőségével fej-fej mellett haladt a fejlesztési versenyben!

Az első Dolby Stereo kódolású optikai hangsávval rendelkező film aKen Russel által rendezett Lisztomania volt (1975) mely Liszt Ferencről, avagy az egyik legnagyobb zongoraművészéről szóló életrajzi játékfilm volt és kiemelten fontos szerepetett kapott benne a hangzás. Jóllehet, itt még csak LCR (Left-Center-Right) sávok álltak rendelkezésre; az első igazi LCRS (Left-Center-Right-Surround) egy évvel később, 1976-ban debütált a Csillag Születik-ben. A kezdeti lépések megvoltak és a fejlődés világszerte útnak indult, így hat év alatt hatezer mozit szereltek fel Dolby Stereo hangrendszerrel!

1980
Dolby C type
Mindezt követően a Dolby C szabvány már 15 dB-es (A-weighted) zajcsökkentésre volt képes de a “C” kódolású hangsáv a megfelelő (Dolby C) dekóder hiányában elég csúnyán szólt a visszajátszásnál. A “C szabvány” tervezésénél gyakorlatilag két Dolby B rendszer erejét kamatoztatták kombináltan. Mivel ez sem volt olcsó mulatság, így a dekódereket elsőként természetesen csak a prémium kategóriás kazetta-lejátszókba építették be; néhány év alatt ezek a lejátszók olcsóbbá váltak és a Dolby C is közelebb került a kevésbé költséges kütyük közegéhez.

1982
Dolby_Surround
A hét évvel korábbi Dolby Stereo szabvány átprogramozása révén, megszületett az otthoni felhasználásra szánt Dolby Surround; mely nem összetévesztendő a Dolby SR-el ami csak nevében hasonlít, hisz utóbbit a mozik használták nagy előszeretettel (manapság már csak backup-ként). A Dolby Surround tehát a (mozis) Dolby Stereoszabvány legelső “háziasított” változata volt. Technikailag itt is két csatornába keveredik az öt hangsáv (Left, Center, Right, Sub és Surround) így pedig végre lehetőség nyílt a többcsatornás hangzástárolására!  Akár a VHS mágnes-szalagon, akár a TV-adásokban vagy a35mm-es celluloid filmszalagon: az alapvetően kétcsatornás keretrendszerekben is lehetségessé vált végre a többcsatornás hangfolyam beágyazása és dekódolása! A legjobb pedig az volt, hogy(Dolby Surround) dekóder nélkül sem volt gond a visszajátszással, hiszen anélkül is könnyen visszanyerhető volt egy standard sztereó vagy monó downmix a (Dolby Stereo) forrásból. Ez volt a cég egyik legnagyobb dobása!

1986
Dolby Spectral Recording
Dolby SR (Spectral Recording) néven vált ismertté a vállalat második, professzionális zajcsökkentő rendszere, mely az A-type, a B-type ésC-type NR szabványok legjobb tulajdonságit kombinálva, korának legmodernebb zajcsökkentő rendszere volt! A Dolby SR a forrás-szignált minden esetben megpróbálja maximalizálni egy komplex filter-szett segítségével, mely egyébként dinamikusan alkalmazkodik a bemeneti jelhez.  Ez a rendszer nagyjából 25dB-nyi zajcsökkentést tesz lehetővé a magas frekvenciák tartományában, viszont jóval drágább volt mint egy B-type vagy C-type rendszer integrációja, ezért inkább csak a komolyabb, prémium kategóriás rögzítő eszközöknél alkalmazták. A kilencvenes évek elejétől kezdve már a filmesek is használták és azóta is, szintemindegyik 35mm-es celluloid filmszalagon a Dolby SR szabvány kap helyet az analóg optikai hangsáv birtokosaként.  A Dolby Digitalsávok mellett is, még mindig az SR szabványt használják biztonsági tartalékként…

1987
Dolby_Surround_Pro_Logic
A Pro Logic egy olyan jelfeldolgozó technológia, melyet a Dolby Surround metodikával kódolt hangsávok visszafejtésére dolgoztak ki. A “Dolby Surround” alatt továbbra is a kódoló (matrix-encoding)eljárás értendő, míg a “Pro Logic” pedig a dekódoló technológiát illeti. A Pro Logic voltaképp a Dolby Stereo (mozis) technológiának az otthonokba szánt, hivatalos utódjának tekinthető.

1989
Dolby S NR
Eredetileg az volt a cél, hogy az új Dolby S zajszűrő metódus a (húsz évvel azelőtti) Dolby B szabvány marketing menetét követve, egyfajta standarddá váljék azon felvételek készítésénél, melyek a kiadást követően, kazettákon kerülnek ki a kereskedelmi forgalomba. A Dolby S a mély tartományokban 10dB-nyi, a magas tartományokban pedig 24dB-nyi zajcsökkentésre képes; mindazonáltal, sajnos pont abban az időben került a piacra, amikor a CD lemezek seregei megkezdték a kazettás “lázadók” visszaverését.

1992
Dolby Digital
Anno ’92 nyarán a Batman Visszatér volt az első olyan mozifilm, melynek hangsávját már az új Dolby Digital technológiával játszották a mozik. Az AC-3 adatfolyam konstans 320kbit/s tömörítéssel készült és egy ún. CCD szkenner olvassa le a filmszalagról, mely a feldolgozott információból pedig leválasztja a hangsávra vonatkozó digitális adatokat. Gyakorlatilag ez a technológia hozta létre a manapság széles körben ismeretes 5.1-et; ez a szám pedig nem más, mint a Dolby Digital által kezelt hangszórók (5) és mélynyomók (.1) számát feltüntető jelzés. Ez persze otthon másként érvényesül, mint a moziban. A szabvány egyébként Dolby Stereo Digital néven jött világra és csak megjelenése után két évvel később hagyták el belőle a “Stereo” jelölést.

2007
Dolby Volume
Anno a CES-en mutatkozott be a Dolby Volume, mely leginkább egy kényelmi funkciónak tűnhet, amolyan hab a tortán jellegű, prémiumfícsör szaga van… pedig egyáltalán nem komolytalan dolog! A Dolby Volume segítségével egyenletes hangerőszinttel szörfölhetünk a különböző adások között: pl. amikor váltogatjuk a tv-csatornákat és az egyik adón hangos a reklám, a másikon halk a műsor; a Dolby Volume ezeket a különbségeket igyekszik korrigálni úgy, hogy a hangerőszint mindig nagyjából ugyanannyinak tűnjön. Mondhatni beragasztja a kiválasztott decibel szintet, csak nem épp hétköznapi módon.

Íme egy példa a hangerő szintezésére: a képen az első (vízszintes) sorban az eredeti hangsáv látható, két különböző tv-csatornáról. Az egyiken épp hangosan szól a műsor, míg a másikon csak csendesen. A felső sor alatt egy másik gyártmányú jelszintező igyekszik nagyjából egyenletesre ügyeskedni a hangerőt, legalul pedig már aDolby metódusának eredményét láthatjuk: mindkét csatornán nagyjából majdnem egyforma amplitúdójú hanghullámok! A halk hangosabb lett, a hangos pedig picit halkabb. Elsőre triviálisnak hangzik amint “a gép állítgatja helyettem a hangerőt” de egy pillanatra nézzünk a kulisszák mögé és rögtön megértjük miért is oly nagyszerű, ez az (egyébként nem túl) egyszerű dolog.
Dolby Volume
Amikor lejjebb vesszük a hangerőt, fapados hangszintezők pusztán csak felerősítik a surround csatornákban lévő halk háttérhangokat, ezzel viszont felborítják a mix egyensúlyát! A Dolby Volume nem csak egy szimpla hangerő-kiegyenlítő algoritmus, mivel a beérkező jelet az emberi hallás (hang-érzékelés) működésének aspektusából szemléli: méri és elemzi a hangerő szinteket, így puszta decibel-korrekción kívül képes megtartani az eredeti hangsáv integritását, a szónikus egyensúlyt és a dinamikát. A Dolby mérnökei éveken át dolgoztak olyan algoritmusokon, melyek képesek felismerni a fontos eseményeket a hanghorizonton, mint amilyen például egy párbeszéd (során kimondott szó) kezdete, vagy épp egy zongorabillentyű leütése múltán keletkező hosszú csengés. Mivel a hallásunk a hangerő csökkenésével párhuzamosan egyre érzéketlenebbé válik a mély és a magas frekvenciákra, a Dolby Volume komplex számításai egyre fontosabbá válnak. Mindezen komoly, kimért korrigálást valós időben végzi, de természetesen csak akkor ha szükséges. Az észlelt hangerőt maximum 40 frekvenciasávban képes finomhangolni éspersze sztereo mellett képes többcsatornás hangsávokat is kezelni  (egészen 192kHz/24bit-es szintig). Gyakorlatilag alacsonyabb hangerőszinten is részletgazdagabb hangzást biztosít!

Vizsgáljuk meg az alábbi képet! A kék görbe az eredeti (hang) jel, a piros pontozott pedig a hallásunk (alsó)határa. A felső sorban egy hangosabb rész látható, míg az alsón egy halkabb. Az első négyzeten referencia-hangerő látható, a másodikon normál, a harmadikon szintúgy, de ott már a Dolby Volume keze is benne van.
Dolby VolumeLátható amint felül szépen “visszateszi” a magas frekvenciákat, míg az alsón a hallás határához mentén passzítja az egyébként halk hanganyagot (ily módon normálisan érzékelhetővé téve a részleteket és meghagyván a dinamikát).

Jelen pillanatban eddig tudtam írni a cikket, de később még folytatom! A Dolby technológiák hosszú sorának kb. a közepe tájékán járhatunk, hisz annyi minden van még hang és kép terén is, hogy azt már nem tudtam időben besűríteni ebbe a posztba!

Sok olyan technológia van még melyet érdemes lesz közelebbről is megvizsgálni, tekintve hogy együtt élünk velük, mégsem tudjuk hogyan működnek. Ilyen pl. otthonunkban az 5.1 / 7.1, a mozikban az új Atmos vagy a Dolby 3D (meg most a CES-en az új Dolby Vision is).

Tehát lesz itt még miről beszélni! Egy lájk-és-megosztás kombóval jelezheted hogy tetszett a cikk; és azt is, hogy valamennyire azért hasznos is volt 🙂

Vélemény, hozzászólás?

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.