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Oltre lo stereo: l’audio multicanale dal Dolby 5.1 alle codifiche “a oggetti”

Redazione Yamaha

Le origini dell’audio Multicanale

Alzi la mano chi conosce il Dolby Pro Logic. Non ci stupiremmo fossero davvero pochi, d’altronde parliamo della preistoria dell’home theater. Il Dolby Pro-Logic fu il primo tentativo di replicare in casa le emozioni del cinema affidando a una codifica audio il compito di distribuire la colonna sonora del film su più di due diffusori. Sembra passato un secolo, in realtà il Dolby Pro-Logic – standard indiscusso nell’era del VHS – è sopravvissuto almeno fino al DVD: il suo compito era quello di prendere il segnale stereo della videocassetta (2 canali discreti) e trattarlo in modo tale da ricavarne un canale centrale, solitamente dedicato ai dialoghi, e uno posteriore da riprodurre su entrambi i diffusori posti alle spalle dello spettatore. Alcuni parlavano già di 5.1, ma in realtà non lo era: era uno stereo ‘evoluto’ e trattato in modo tale da creare una sensazione di coinvolgimento.

Dolby DTS
Dolby e DTS, le principali codifiche audio multicanale

In questa sede, però, parliamo di audio multicanale: abbandoniamo dunque la preistoria, saltiamo a piè pari il Laser Disc ed esperimenti di minor successo come i Video CD, e arriviamo al 1998, quando in Italia sbarcarono i primi DVD dopo una fase di rodaggio negli Stati Uniti. Il Digital Versatile Disc fu una piccola rivoluzione: video digitale di qualità, sia pur nello standard PAL, ma soprattutto audio multicanale 5.1 che era già stato usato da qualche Laser Disc ma non era di sicuro lo standard di fatto.

Chi non vorrebbe vivere l’emozione di sentirsi al centro di una sala per concerti o “dentro” un film stando comodamente seduti nel salone di casa? Per oltre 30 anni Yamaha ha cercato di realizzare questo desiderio, supportando da sempre le più avanzate codifiche audio per l’home cinema, oggi alla portata di tutti grazie ai ricevitori Yamaha AV.

Tutto nacque da una grande sfida: così come esiste una contrapposizione tra Nike e Adidas e tra Coca Cola e Pepsi, nel mondo dell’home theater i due competitor per eccellenza sono Dolby e DTS, che esistono da sempre e hanno anche avuto un processo di crescita parallelo. La prima apparizione cinematografica del Dolby Digital è datata 1992 con Batman Returns, mentre DTS attese il 1993 e partì con Jurassic Park.

All’epoca le codifiche per eccellenza erano il Dolby Digital 5.1 e il DTS, anch’esso 5.1: il DVD li supportava entrambi, ma ovviamente dipendeva dal produttore del film decidere se e quale usare. La struttura dei canali prevedeva in entrambi i casi tre diffusori frontali, due posteriori e un subwoofer, ma la vera novità rispetto al passato era la loro totale indipendenza. Erano a tutti gli effetti 5.1 canali “discreti”, a differenza della situazione precedente (Dolby Pro Logic) in cui la colonna sonora era stereo e gli altri canali venivano ricavati da un algoritmo di processing audio: d’ora in poi, il supporto domestico (DVD) avrebbe potuto replicare la stessa identica colonna sonora del cinema.

Tra Dolby e DTS la sfida era accesa: a livello tecnico DTS offriva qualcosa in più, compreso un bitrate potenzialmente molto più elevato, anche se poi prese piede una versione di DTS a bitrate dimezzato che di fatto offriva una qualità analoga a quella di Dolby. Come popolarità e diffusione, Dolby era chiaramente in testa: lo standard DVD imponeva la presenza una traccia Dolby, anche se solo 2.0 (stereo), mentre quella DTS era opzionale. Dal punto di vista del consumatore, la situazione non era però molto complessa: tutti i DVD avevano colonne sonore in Dolby Digital, qualcuno anche in DTS, ma l’hardware responsabile della decodifica – il sintoamplificatore – di solito supportava entrambi. Non c’era bisogno, insomma, di fare chissà quale ragionamento: se si voleva comprare un certo film, si poteva procedere a prescindere dalla codifica audio in uso.

Centrale
la voce è sempre al centro degli effetti

Blu-ray e HD DVD, si passa al 7.1

Passiamo al 2006, quando in Italia i primi lettori Blu-ray inaugurarono l’era dell’alta definizione. Ma c’era una battaglia in corso: da una parte un pool di aziende sostenitrici del Blu-ray, dall’altra Toshiba (e poche altre) a favore di HD DVD. C’è stato un periodo in cui la confusione regnava davvero sovrana: posto che entrambi i formati ambivano a portare l’alta definizione nelle case degli appassionati e quindi avevano specifiche tecniche più o meno sovrapponibili, il problema erano i contenuti. Alcuni produttori supportavano un formato, altri l’altro, altri ancora preferivano produrre entrambi i supporti per non perdere potenziali clienti. Ma dal punto di vista dell’appassionato, l’unica soluzione possibile era averli entrambi.

Tutto questo fino a gennaio 2008: Warner Bros annunciò il supporto esclusivo di Blu-ray – fino ad allora, l’azienda produceva in entrambi i formati -, lasciando HD DVD con le sole Universal e Paramount, che tra l’altro erano prossime a perdere il vincolo di esclusiva. Toshiba, primario sostenitore del formato, cancellò la conferenza stampa prevista per il CES di Las Vegas e mise di fatto la parola fine all’esperienza di HD DVD.

Dal punto di vista del sonoro, che poi è la cosa che ci interessa, l’era dell’alta definizione portò a una vera moltiplicazione delle codifiche. Sembrava che i 5.1 canali, che beninteso rappresentano ancora oggi lo standard da cui partire, non fossero più sufficienti: chi ha vissuto quel periodo ricorda sicuramente il Dolby Digital EX, con cui Dolby ripropose in parte il concetto del Dolby Pro-Logic. Si trattava di portare l’impianto audio da 5.1 a 6.1 canali aggiungendo un centrale posteriore, che però non era “discreto”, cioè codificato a parte rispetto agli altri ma veniva generato dal processing dei due canali posteriori.

Ma il grosso dell’innovazione, quanto meno in casa Dolby, arrivò con Dolby Digital Plus e Dolby TrueHD. In entrambi i casi, l’esigenza era quella di uscire dalle strette maglie del Dolby 5.1 sia sotto il profilo del numero di canali, sia della qualità: Dolby Digital Plus, per esempio, offre supporto fino a 15.1 canali con un bitrate di 6,144 Mb/s contro i 640 Kb/s del Dolby Digital 5.1, oltre ad essere basato su un algoritmo molto più evoluto in termini di riduzione di artefatti di compressione e gestione della dinamica. Sta di fatto che i 15.1 canali non vennero usati nei supporti consumer: HD DVD e Blu-ray si limitarono ai 7.1 canali discreti, che erano un po’ il nuovo standard a cui ambire.

Discorso più o meno analogo per quanto concerne il Dolby TrueHD, ma con una differenza determinante: Dolby Digital Plus è una codifica lossy, Dolby TrueHD è lossless. Non è una differenza da poco: basato sul codec Meridian Lossless Packing, Dolby TrueHD supporta fino a 16 canali discreti con un bitrate di 18 Mb/s. Per fare un paragone, si ricordi che il bitrate massimo di un DVD, comprensivo di audio e di video, era 9,8 Mb/s: qui parliamo del doppio, ma solo per l’audio. Notevole il supporto per tracce audio fino a 24bit/192kHz, il massimo possibile. A livello pratico, comunque, le specifiche di HD DVD e Blu-ray limitarono il numero di canali a 7.1, esattamente come nel caso precedente.

E DTS? Come anticipato, il cammino fu simile a quello del competitor di sempre, ma con qualche interessante variazione. La prima codifica che vale la pena citare è il DTS-ES: qui siamo ancora in era di DVD, ma con importanti sbocchi anche nel periodo successivo. DTS-ES puntava a offrire una configurazione 6.1 con due diverse varianti: il DTS-ES Matrix e il DTS-ES Discrete. Pur con tutte le differenze di algoritmo, il primo caso è analogo al Dolby Digital EX, mentre il secondo rappresenta il vero passo avanti: il settimo canale, ovvero il centrale posteriore, è qui codificato indipendentemente dagli altri, con diversi vantaggi in termini di precisione del mix e di corretta collocazione degli effetti in ambiente.

Ma anche qui il passo avanti è altrove, e in particolare in DTS-HD High Resolution e DTS-HD Master Audio. Il primo è la declinazione di DTS nel mondo dell’audio multicanale a 7.1 canali. Notevoli le specifiche: parliamo di audio fino a 24bit/96kHz su otto canali con un bitrate costante fino a 6 Mb/s, più che abbondanti per garantire un ottimo livello di fedeltà al master audio originale. Su un gradino più alto troviamo la codifica senza perdita di qualità (lossless) che DTS ha dedicato all’era dei 7.1 canali: DTS-HD Master Audio.

Notevoli le specifiche tecniche: otto canali discreti, fino a 24bit/192kHz in configurazione 5.1 (24bit/96kHz per i 7.1) e un bitrate fino a 24,5 Mb/s sono un biglietto da visita eccellente. Da notare, oltretutto, che le codifiche HD di DTS sono retrocompatibili: se è vero che per goderne al 100% è necessario che il sintoampli o lo stesso lettore Blu-ray siano dotati di decoder specifici, basta un normale decoder DTS e un impianto 5.1 per ottenere un ambiente sonoro ampio e coinvolgente. Che non è il massimo possibile, ma è già una gran cosa.

Dolby Atmos e DTS:X, arrivano gli “oggetti”

Ora giungiamo ai giorni nostri. Dopo aver raggiunto e consolidato le codifiche a 7.1 canali, l’evoluzione non è più stata lineare: non si è passati, per esempio, a 9.1, poi 11.1 e via dicendo, ma sono arrivate le codifiche “a oggetti”, che rappresentano l’attuale punto d’arrivo di un processo durato più di un ventennio.

Dolby Atmos
Dolby Atmos, l’audio basato sugli oggetti

Punto di partenza è il Dolby Atmos, una codifica audio multicanale che Dolby dedicò inizialmente ai cinema per poi realizzarne in un secondo momento un’ottima variante domestica; il primo film distribuito commercialmente con codifica Atmos fu Ribelle della Pixar, datato 2012. In cosa consiste la rivoluzione apportata da Atmos? Partendo dalla versione cinematografica, Atmos può incorporare fino a 128 tracce audio indipendenti, ognuna delle quali può essere associata a un canale (come nell’interpretazione precedente) o a un “0ggetto”. In questo modo, la traccia codificata Atmos ha una base di 9.1 canali e fino a 118 oggetti che vengono posizionati dinamicamente – grazie all’impiego di metadati – all’interno dello spazio e riprodotti dai canali a disposizione. Questo perché, nonostante una base comune, la configurazione di canali e speaker può differire da un cinema all’altro: le specifiche base di Atmos supportano fino a 64 diffusori e, rispetto alle prime incarnazioni dell’audio multicanale, qui hanno rilevanza i diffusori posti sopra il punto d’ascolto – tipicamente sul soffitto – in quanto responsabili di effetti d’ambienza estremante realistici (pioggia, aerei…).

A fine 2014, Dolby annunciò la versione domestica di Atmos, subito supportata da molti produttori di sintoamplificatori (nel catalogo Yamaha, RX-A3080, RX-A2080 e RX-A1080, per esempio): il concetto è lo stesso della sala cinematografica, con un naturale adattamento a processori meno potenti e configurazioni di diffusori che molto difficilmente potrebbero raggiungere le 64 unità. Tecnicamente, il flusso audio viene incapsulato in una traccia Dolby TrueHD o Dolby Digital Plus e supporta fino a 24.1.10 canali, nonostante le configurazioni concrete siano poi molto ridotte (5.1.2 e 5.1.4 le più comuni). Non mancano comunque soluzioni comprensive di molti diffusori, alcuni dei quali possono essere impiegati – grazie al loro particolare orientamento – per sfruttare le riflessioni del soffitto e simulare i relativi speaker del cinema. Dolby Atmos è attualmente usato da alcune piattaforme di streaming, dai Blu-ray Ultra HD e anche alcuni Blu-ray tradizionali.

Dall’altro lato sono state sviluppate metodologie di raccoglimento dei dati acustici che analizzano i campi sonori effettivi, per la riproduzione dei campi sonori 3D nell’home cinema. Uno di questi è “CINEMA DSP HD3” di Yamaha, con una resa più che doppia nel generare i riflessi acustici rispetto ai sistemi CINEMA DSP 3D tradizionali, mentre recentemente è stato introdotto Surround A:I nei sintoamplificatori Yamaha Aventage top di gamma. Questa tecnologia analizza la scena in tempo reale per ottimizzarne l’ambienza e gli effetti sonori di maggiore impatto.

Comunque la risposta di DTS a Dolby venne annunciata a gennaio 2015 e si chiama DTS:X. Il concetto è molto simile a quello impiegato da Dolby in Atmos, tanto più che anch’essa si definisce una codifica ‘a oggetti’, ma logicamente ci sono anche interessanti differenze. Per prima cosa, la versione domestica di Atmos è una derivazione di quella cinematografica, mentre DTS:X è stato concepito appositamente per l’Home Theater. Posta la necessità, anche qui, di un decoder dedicato e di una sorgente DTS:X (principalmente Blu-ray e UHD Blu-ray), il suo vantaggio è

la maggiore flessibilità: mentre Atmos richiede comunque un setup ad hoc per garantire risultati brillanti, DTS:X è più permissivo e si adatta con maggiore semplicità ai tradizionali setup 5.1 e 7.1, pur supportando fino a 32 configurazioni diverse di speaker (la versione cinematografica non ha nessun limite) e un numero illimitato di oggetti.

Resta il fatto che la finalità è sovrapponibile a quella di Atmos ed entrambi sono in grado di raggiungerla: emozionare lo spettatore e incollarlo alla sedia con effetti precisi e una dinamica da brivido. Buona visione.

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