mercoledì 10 Agosto 2022

L’audio multicanale – terza parte

Il sistema DTS
Il DTS (Digital Theater System) è un sistema di codifica audio multicanale introdotto per il cinema con il film Jurassic Park in diretta concorrenza con il Dolby Digital, ed è ora diffuso sui principali supporti multimediali (LaserDisc, DVD-Video, DVD-Audio, ecc.), compresi i più nuovi supporti Blu-Ray e HD DVD. A differenza del Dolby Digital, che si è diffuso come principale sistema di codifica audio multicanale, sia per i cinema che per l’Home Theater, il DTS ha conquistato, pur essendo tecnicamente superiore, una limitata fetta di mercato, tanto da potersi considerare un sistema alternativo (o opzionale) nei moderni sistemi di cinema in casa. Negli anni ha comunque costantemente accresciuto la sua popolarità, tanto da essere stato inserito come sistema obbligatorio nel caso dei supporti per l’alta definizione Blu-Ray e HD DVD.
DTS
Il DTS è un sistema di codifica audio di tipo lossy, ovvero con una certa perdita di informazione, ma con anche con la possibilità di essere utilizzato in modalità lossless, ovvero in maniera trasparente, senza perdita di informazione, possibilità che sarà implementata quanto prima nella versione del DTS chiamata DTS-HD Master Audio.
Il DTS attualmente diffuso nelle sale cinematografiche e nei supporti per l’home video usa un tipo di compressione psicoacustica, analogamente a quanto avviene con il Dolby Digital. Il sistema di compressione del DTS cinematografico è derivato dall’APT-X, mentre quello per il DTS consumer prende il nome di DTS CAC (Coherent Audio Coding).
I due sistemi, benché raggruppati sotto lo stesso nome, sono in realtà molto differenti. Come nel caso del Dolby Digital, anche per il DTS la versione consumer è chiaramente ma paradossalmente più avanzata e perfezionata di quella cinematografica.
Il DTS al Cinema
L’introduzione del DTS al cinema ha segnato un punto di svolta nella storia dell’evoluzione dell’audio multicanale, scatenando la concorrenza con la Dolby, che stava recuperando il terreno perduto nell’evoluzione digitale e aveva da poco introdotto il Dolby Digital, frutto di numerosi compromessi sul fronte qualitativo.
Rispetto al Dolby Digital cinematografico, il DTS viaggia ancora oggi su ben altri binari. Utilizzando circa 1,4 Mbps per la codifica anziché 640 Kbps come il Dolby Digital, assicura una migliore fedeltà e dinamica. I dati, inoltre, sono memorizzati separatamente su un CD, anziché impressi direttamente sulla pellicola. A dispetto dei dubbi inizialmente sollevati da più parti, con questo impiego separato di un CD per la colonna sonora, il DTS al cinema è molto più robusto dello stesso Dolby Digital. Quest’ultimo, impresso nella delicata porzione posta tra i fori di scorrimento della pellicola, tende a rovinarsi molto più rapidamente con l’usura: non è infatti infrequente rilevare nelle sale un salto della traccia audio digitale Dolby Digital, con conseguente passaggio al backup analogico e in seguito, con un certo ritardo, il ritorno al digitale. Al contrario è piuttosto difficile che questo avvenga con il DTS, sia per la robustezza dei CD (che non si rovinano se non dopo diversi anni) che del sistema di sincronizzazione. Il DTS, attualmente, è meno diffuso del Dolby Digital nelle sale, ma gode comunque di molta popolarità e sono numerosissime le uscite con doppio audio (Dolby/DTS).
Il DTS a casa
Il DTS CAC, la variante consumer, è stato progettato per essere molto più flessibile del concorrente Dolby Digital, ed è stato fin dalla nascita posizionato come in grado di offrire una qualità potenzialmente superiore. Il dibattito tra detrattori e sostenitori di questo formato non si è mai arrestato, e un verdetto ufficiale non è ancora stato emesso, anche per via del diverso utilizzo che è stato fatto dei due sistemi, soprattutto in ambito Home Theater. È pur vero che, partendo da una situazione iniziale di marcata superiorità qualitativa del DTS rispetto al Dolby Digital, con il tempo le differenze si sono affievolite, soprattutto grazie ai miglioramenti apportati nel tempo dalla Dolby al suo algoritmo.
Il DTS CAC, semplicemente chiamato DTS, codifica un audio a 5.1 canali con una frequenza di campionamento di 48.000 Hz e una risoluzione massima di 24 bit per canale. Il bitrate standard è pari a 1536 Kbps, ovvero 4 volte superiore al bitrate tipicamente utilizzato dal Dolby Digital 5.1. La minore compressione apportata dovrebbe essere alla fonte di una superiore qualità audio, soprattutto nella resa dei dettagli con contenuti musicali molto complessi. Su LaserDisc il DTS è stato sempre utilizzato nella sua versione a 1536 Kbps, e inizialmente è stato così reso disponibile anche su DVD. Su questi supporti, però, riservare 1,5 Mbps di dati a una traccia audio opzionale si è rivelato poco conveniente, in quanto costringeva a ridurre la qualità video, oppure a eliminare parte dei contenuti extra, oppure, ancora, ad aumentare il numero di dischi su cui codificare il materiale. Tutte opzioni, queste, ovviamente sgradite agli editori. Il risultato è che, generalmente, il DTS viene utilizzato su DVD con un bitrate dimezzato (768 Kbps). Sempre superiore, comunque, rispetto al Dolby Digital, ma con differenze ovviamente minori che si sono tradotte anche in meno evidenti superiorità intrinseche sotto il profilo della qualità audio.
Rispetto al Dolby Digital, il DTS è stato concepito fin dall’inizio per permettere una maggiore rinnovabilità ed evoluzione, e sotto questo profilo non è stato ancora eguagliato dal Dolby Digital.
DTS-ES
Dal momento dell’introduzione, infatti, sono state introdotte due importanti varianti del DTS: il DTS-ES 96/24 e il DTS-ES Discrete 6.1. Nel primo caso, la risposta in frequenza di tutti e 5 i canali surround è stata estesa dai 24 KHz (campionamento a 48 KHz) del DTS tradizionale (e anche del Dolby Digital) a un massimo teorico di 48 KHz (campionamento a 96 KHz), e la risoluzione è stata migliorata utilizzando 24 bit per canale anziché i 16 o 20 bit tipicamente utilizzati per il DTS convenzionale. Nel DTS-ES Discrete 6.1. invece, un settimo canale si aggiunge alla classica configurazione 5.1. Si tratta del canale detto center surround o back surround usato anche dal Dolby Digital Surround EX ma che, nel DTS-ES Discrete 6.1, come suggerisce il nome stesso, è codificato in forma completamente discreta, realizzando una vera traccia 6.1.
Il DTS-ES è del tutto compatibile con i decoder DTS tradizionali, che ovviamente ne estraggono solamente la porzione a 5.1 canali con campionamento a 48 KHz. Questo è possibile grazie alla speciale codifica utilizzata dall’encoder del DTS-ES, che divide i dati in due parti: una parte centrale (core) contenente la colonna sonora DTS 5.1 compatibile con tutti i decoder e una extension contenente i dati aggiuntivi necessari ai decoder compatibili per ricostruire l’audio 6.1 (nel caso del DTS-ES 6.1) oppure per estendere la risposta in frequenza fino a 48 KHz (nel caso del DTS-ES 96/24). In modo del tutto analogo è possibile aumentare il numero di canali (ad esempio fino a 7.1) o migliorare ulteriormente le prestazioni utilizzando ad esempio la codifica lossless.
Il DT-HD – L’audio ad Alta Definizione
Il DTS-HD Master Audio rappresenta una nuova versione del formato pensata per l’impiego opzionale nei Blu-Ray e negli HD DVD e, in prospettiva, per l’utilizzo in studio.
Esso, oltre a offrire fino a otto canali discreti e permettere l’estensione della frequenza di campionamento fino a 192 KHz su due canali (quindi una risposta in frequenza fino a circa 100 KHz) o 96 KHz su 8 canali (con una risposta in frequenza di circa 48 KHz), permette una codifica assolutamente trasparente (compressione di dati lossless), ovvero senza perdita di informazioni e con perfetta ricostruzione del segnale PCM non compresso originale. Anche in questo caso il DTS-HD Master Audio rimarrà compatibile con i decoder DTS tradizionali che ne leggeranno la parte 5.1 compressa, mentre i nuovi decoder DTS-HD, direttamente integrati nei lettori Blu-Ray o HD DVD, potranno decodificare l’intero flusso offrendo una qualità audio superiore.
Il DTS-HD esiste anche in una versione intermedia, sotto il profilo della qualità, fra il DTS classico e il DTS Master Audio, che prende il nome di DTS-HD High Resolution Audio. Come per il DTS Master Audio, anche il DTS-HD High Resolution Audio gestisce fino a 7.1 canali a 96 KHz/24 bit ma, in questo caso, la codifica avviene mediante compressione distruttiva (lossy) anziché trasparente. Il bitrate può essere molto più elevato rispetto al DTS tradizionale e raggiunge i 6 Mbps nel Blu-Ray e 3 Mbps nell’HD-DVD.
Oltre alla codifica trasparente, la maggiore risoluzione e il maggior numero di canali, una nuova interessante funzionalità offerta dal DTS-HD è il channel remapping. Il DTS-HD, infatti, permette di utilizzare gli otto canali da posizionare secondo diverse configurazioni. Oltre ai 5.1 canali classici (centrale, frontali destro/sinistro, effetti surround destro/sinistro e subwoofer) i canali in più possono essere utilizzati in modo più flessibile.
Normalmente, nell’ottica dell’impiego con i nuovi impianti Home Theater 7.1, i due nuovi canali serviranno a gestire una coppia supplementare posteriore di diffusori, per portare a quattro il numero di canali surround secondo una configurazione piuttosto classica con surround destro/sinistro, surround back destro/sinistro). Questa è la configurazione standard. Le alternative, però, possono ad esempio prevedere l’uso di un canale centrale posteriore e un canale di altezza, per pilotare un diffusore posizionato sul soffitto, sopra gli spettatori. O ancora due canali frontali superiori, da posizionare sopra i canali frontali. O ancora un canale centrale posteriore e un secondo canale centrale anteriore, da riprodurre anche questo con un diffusore posto più in alto rispetto a quello standard. E così via. Poiché i programmi codificati in DTS-HD 7.1 potrebbero prevedere una configurazione di diffusori diversa da quella dell’impianto Home Theater in cui avviene la riproduzione, il channel remapping si occupa, mediante speciali elaborazioni digitali, di adattare la riproduzione dei 7.1 canali fra la configurazione di canali prevista in fase di registrazione e quella dell’impianto in cui avviene l’ascolto.
Il flusso di dati DTS-HD Master Audio può essere trasferito fra i lettori Blu-Ray o HD-DVD e il decoder/amplificatore AV solo mediante l’interfaccia HDMI 1.3. Il flusso di dati DTS-HD High Resolution Audio può invece essere trasferito anche mediante interfaccia HDMI 1.1 o 1.2.
Dal canto suo la Dolby ha realizzato il Dolby TrueHD come sistema di codifica lossless, con caratteristiche piuttosto simili al DTS-HD Master Audio.
Il ‘misterioso’ THX
Erroneamente considerato da molti un sistema di codifica e decodifica audio multicanale, in realtà il marchio THX si occupa di stabilire determinati parametri qualitativi e quantitativi in merito alla riproduzione di materiale audiovisivo, con l’obiettivo di rendere un’esperienza eccellente la fruizione di opere multimediali. Può essere quindi considerato un sistema di certificazione di qualità applicato ai sistemi di riproduzione audiovisiva, siano essi professionali o domestici.
Bisogna comunque sottolineare che il THX ha introdotto significative modifiche ai sistemi di decodifica multicanale ai quali è stato applicato, anticipando, a volte di anni, soluzioni poi implementate nei sistemi di codifica veri e propri. Ciò lo ha reso, agli occhi dei non professionisti, un sistema di decodifica a sé stante.
THX
THX è un marchio brevettato nel 1982 dalla Lucasfilm di George Lucas. La sigla THX andrebbe interpretata come Tomlinson Holman eXperiment, dal nome dell’ingegnere incaricato da Lucas di realizzare una sala cinematografica senza compromessi tecnici all’interno degli studios della Lucasfilm. A titolo di curiosità è comunque da notare che una delle prime opere di Lucas fu proprio un lungometraggio dal titolo THX 1138, del 1971 (uscito in italia con il titolo L’uomo che fuggì dal futuro). In ogni caso l’esperimento di Tomlinson fu un successo tale, che ne fu subito concepita un’applicazione commerciale.
Lucas intendeva fare in modo che lo spettatore percepisse l’opera di un artista esattamente come essa era stata concepita. Ogni aspetto è quindi coinvolto nel processo, dalla fase di realizzazione del software alla fase di riproduzione dello stesso. La certificazione THX può dunque essere ottenuta da numerosi soggetti:

  • Studi di produzione
  • Sale cinematografiche
  • Software
  • DVD
  • Videogiochi
  • Hardware
  • Componenti per Home Theater
  • Componenti per Car Audio
  • Componenti multimediali per computer
Parametri rilevanti in ambito Home Theater
Limitandoci, in questa trattazione, allo stretto ambito consumer e se, come abbiamo detto, l’obiettivo finale della certificazione THX è quello di rendere la riproduzione di un prodotto multimediale un’esperienza priva di compromessi anche all’interno delle mura domestiche, due almeno sono gli aspetti da verificare:
Condizioni ambientali
La stanza deve essere isolata acusticamente, per non disturbare e per non essere disturbati; deve avere il controllo dell’illuminazione e delle pareti acusticamente assorbenti. Il tempo di riverberazione deve essere accuratamente controllato, perché può essere determinante sia in positivo che in negativo.
Le poltrone devono, naturalmente, essere confortevoli, vanno posizionate in maniera da ricevere il suono in modo ottimale e soprattutto in maniera omogenea per tutti gli spettatori. Stesso discorso per quello che riguarda la visione dello schermo.
Caratteristiche tecniche dei componenti
Ovviamente lo schermo deve essere wide, ovvero con un aspect ratio di 16:9; negli impianti più raffinati, se dotati di videoproiettore, è possibile modificare l’aspect ratio dello schermo per assecondare i vari formati cinematografici, che sono diversi da quelli televisivi. In ogni caso è importante un valore di contrasto elevato, in grado di assicurare un nero che sia veramente nero. L’immagine deve essere grande quanto basta per assicurare un effetto spettacolare, piccola quanto basta per mantenersi chiara e nitida. Può sembrare banale, ma non lo è, in particolare da quando il crollo dei prezzi dei videoproiettori ha consentito di incrementare, a costi relativamente bassi, la superficie visiva. Se è vero che grande è bello, nitido è senza dubbio meglio.
La grandezza ideale prevede che lo spettatore non debba avere una visuale maggiore di 40° orizzontali e 15° verticali.
Gli altoparlanti, accuratamente posizionati, devono avere sufficiente potenza per poter riprodurre un’elevata pressione sonora senza distorsioni. Vanno direzionati in modo da coprire tutta l’area destinata all’ascolto.
Il subwoofer va accuratamente calibrato affinché la sua frequenza di intervento sia effettivamente nell’ambito delle basse frequenze, e comunque mai al di sopra dei 120 Hz. I suoni veramente bassi, più che ascoltati con le orecchie vanno percepiti con lo stomaco.
Gli altoparlanti del canale surround vanno scelti e posizionati in modo da garantire sia una buona resa degli effetti speciali che la fedele riproduzione dell’ambiente circostante riprodotto nel film.
Il processore surround, spesso integrato nell’amplificatore, oltre a decodificare il segnale audio proveniente dal software in riproduzione (es. il Dolby Digital), deve effettuare le opportune ri-equalizzazioni previste dal sistema di qualità THX, con lo scopo di adattare una colonna sonora originariamente concepita (e mixata) per essere riprodotta in grandi sale cinematografiche:
  • Re-EQ: ri-equalizzazione delle alte frequenze sui canali frontali.
  • Timbre Matching: ottimizzazione dei passaggi degli effetti sonori da un fronte all’altro della scena sonora (es. dal frontale al posteriore).
  • Adaptive Decorrelation: incremento della spazialità del suono, particolarmente utile per colonne sonore originariamente registrate in mono.
  • Advanced Speaker Array: ottimizza la riproduzione del canale posteriore, in particolare in presenza di sistemi a 7.1 canali.