1.INTRODUCCIÓN : DOLBY EL PIONERO

2.DESCRIPCIÓN GENERAL DEL DOLBY DIGITAL

3.DOLBY PROLOGIC

4.DIFERENCIAS ENTRE EL DOLBY PROLOGIC Y EL DOLBY DIGITAL

5. CANALES

5.1.EN EL CINE

5.2.TIEMPOS DE RETRASO

5.3.DINAMIC RANGE CONTROL

5.4.MODOS Y BIT RATES

6.LA CODIFICACIÓN DEL DOLBY DIGITAL

6.1.DIAGRAMA DE BLOQUES DEL CODIFICADOR AC-3

6.2.DIAGRAMA DE BLOQUES DEL DECODIFICADOR AC-3

7.IMPLANTACIÓN

8.DOLBY DIGITAL SORROUND EX

1.INTRODUCCIÓN: DOLBY EL PIONERO.

El sistema de sonido seleccionado como standard para el DVD, fue diseñado por el Dolby Laboratories y denominado originariamente como AC-3 (Audio Configuratión 3rd Generation). Desde que se estrena el film “Batman Returns” en el año 1992 más de mil películas se han estrenado con él.

Todo comenzó a finales de los años 60 cuando Dolby Laboratories creó los sistemas de reducción de ruido para cassetes Dolby Tipo-A (para uso profesional) y Tipo-B (para uso hogareño)

A finales de los 70 Dolby desarrollo un sistema analógico para cines, el Dolby-estéreo, con cuatro canales, tres en el frente del cine (derecho e izquierdo para música y efectos, y el central para voces) y el cuarto canal (trasero) para efectos “sorround” (envolvente). Luego, ya en los 80 Dolby inventó el muy mejorado “Dolby SR”(Sprectum Recording) para uso tanto en cintas como en cines.

2.Descripción General de Dolby Digital

Dolby Digital es un formato de audio completamente digital, desarrollado inicialmente para su uso en las salas de cine y denominado inicialmente Dolby Stereo Digital, haciendo su aparición por primera vez en 1992 con la película "El regreso de Batman". La variante para uso doméstico del decodificador Dolby Digital, denominado inicialmente AC-3 (Audio Code 3) o sistema 5.1, ya que utiliza cinco canales más otro canal LFE, también conocido como canal de baja frecuencia. Los canales surround poseen el mismo margen que los canales frontales, de 20Hz (graves) a 20kHz (agudos). El canal de baja frecuencia gestiona todo lo que sean estruendos, graves... En este tipo de sistemas lo normal es tener un Subwoofer para este canal (canal adicional sólo para sonidos graves, que aporta más presencia y relieve al sonido reproducido). Aunque haría falta sería, no sólo un amplificador compatible, sino también un buen juego de altavoces de home cinema. Ello es debido a que el Dolby Digital, en teoría envía la misma cantidad de información tanto para altavoces traseros como para los delanteros, por lo que debemos contar con altavoces de calidad.

Las características extra no sólo se traducen en impresionantes bandas sonoras, sino también en adicionales pistas de idiomas en el mismo disco. Además, el Dolby Digital ha ido más allá con el Dolby Digital Surround EX, un desarrollo conjunto con THX que agrega otro canal de audio a la banda sonora que se sitúa detrás del espectador, lo que proporciona aun mayor profundidad, localización y perfección de sonido.

Características:

• Es el formato adoptado universalmente como obligatorio por el DVD Forum para el apartado audio de las películas en formato DVD.

• Puede incluir hasta un total de cinco canales discretos (totalmente independientes) más un canal para efectos de muy baja frecuencia (LFE). De ahí su apelativo de 5.1. Ello aporta una separación entre canales comprendida entre 70-80 dB contra los 35-37 del Dolby Pro-Logic y una mejora en la gama dinámica.

• Es frecuente asociar Dolby Digital con 5.1 canales, pero también puede ser mono (1.0), estéreo (2.0) e incluso cinco canales sin subwoofer, es decir 5.0.

• Cada uno de los cinco canales principales, delanteros (izquierda y derecha), central y traseros (izquierda y derecha), son de rango completo, de 20Hz a 20kHz. Al canal LFE (subwoofer) se le reservan las frecuencias entre 20 y 120 Hz.

• Emplea una tasa de compresión de datos de 10-12 a 1 y una velocidad de transferencia de 384 kilobits por segundo para codificación en 5.1 canales. El anterior ratio de transferencia supone la tercera parte de los datos necesarios para información codificada en PCM (Modulación por Codificación de Impulsos) dos canales. Precisamente esta compresión de datos es la mayor crítica que se le puede hacer a Dolby Digital para la reproducción de música.

• Es compatible hacia atrás con Dolby Surround mediante técnicas de remezclado, convirtiendo todos los canales a Dolby Surround (analógico, dos canales). De este modo, el sonido de una película en DVD con Dolby Digital 5.1 puede escucharse en un televisor estéreo o mono, e incluso atacar a un Dolby Pro-Logic externo ya que la codificación Dolby Surround estará presente en las salidas analógicas, tanto por Euroconector como por los terminales estéreo RCA del lector de DVD.

3.Dolby Prologic

A finales de los 80's Dolby dió el gran salto con los revolucionarios Dolby Surround y luego el Dolby Pro-Logic, que permitierón llevar al hogar por primera vez el sonido de cuatro canales(un canal central, dos frontales y un dos traseros monos) que se disponia en las salas de cine, para disfrutar de las peliculas en VHS y Laser.

Ya a principios de los años 90 Dolby volvió a revolucionar el mundo de la cinematografia con un nuevo desarrollo, apto no solo para las más modernas salas de cine, sino también el video hogareño, el "AC-3", rebautizado luego como "Dolby Digital", ya que por primera vez, el sistema era completamente digital.

Dolby Digital, es el siguiente paso evolutivo por encima de Dolby Pro-Logic, luego de treinta años de desarrollo ininterrumpido. El sistema Dolby Digital permite disponer de seis canales de sonido totalmente independientes.

Al igual que Dolby Surround, el Pro-Logic incluye canales izquierdo, central y derecho para posicionar altavoces en una habitación. El Dolby Surround Pro-Logic proporciona además de un único canal de sonido surround (envolvente) con un ancho de banda limitado (de 100 Hz a 7.000 Hz) que generalmente se reproduce a través de dos canales de amplificación y dos altavoces(ambos monoaurales).

En comparación, Dolby Digital proporciona canales izquierdo y derecho de sonido envolvente SEPARADOS(y stereos), para crear un ambiente de localización más preciso y convincente. Con Dolby Digital, los cinco canales principales son de ancho TOTAL (de 20 a 20,000 Hz). Se puede añadir también un sub-woofer(que proporciona el sonido mas grave) en cada canal si se desea, pero lo normal es que se utilice un solo sub-woofer.

Con la configuración standard de 5.1 canales, Dolby Digital otorga una sensación envolvente de calidad superior a todo lo conocido hasta la fecha

Esta configuración, conocida también como 5.1(5 canales, más el sub-woofer, todos activos) tiene como mayor ventaja, el direccionamiento especifico de cada frecuencia a cada altavoz especifico(voces en el central, generales en los dos frontales, "envolventes" en los dos surround(ambos con señales estereo) y los sonido más graves en el sub-woofer.

Utilizado inicialmente en los Laser Disc, cuando el DVD finalmente salió al ruedo, se eligió al Dolby Digital como el sistema de sonido oficial del formato, otorgandole un increible realismo.

4.DIFERENCIAS ENTRE DOLBY PRO-LOGIC Y DOLBY DIGITAL

Tanto el Dolby Pro-Logic como el Dolby Digital nacieron del trabajo de los laboratorios Dolby en el campo de la industria cinematográfica. Ambas tecnologías proporcionan una impactante sensación de espacialidad. A pesar de ser más antigua, Dolby Pro-Logic es la elegida para las emisiones de televisión y videocasetes actuales. El Dolby Digital una incorporación relativamente reciente, es el nuevo estándar de audio para el DVD. Algunas de las diferencias son:

• Dolby Digital es completamente digital. El Pro-Logic es esencialmente una tecnología analógica a pesar de que algunos decodificadores utilizan técnicas de Procesado Digital de Señal (DSP) para optimizar la información direccional.

• Dolby Digital es discreto (canales completamente separados) mientras que el Pro-Logic posee una estructura matricial (canales combinados). Esto significa que el Dolby Digital elimina el cruce entre canales. En teoría, el resultado es una mejor localización y una imagen sonora más específica que en el Pro-Logic.

• Dolby Digital contiene canales de efectos estereofónicos, mientras que el Por-Logic posee un único canal de efectos a pesar de que el mismo sea casi siempre reproducido a través de dos cajas acústicas.

• Cada uno de los canales de efectos del Dolby Digital puede transportar la totalidad de frecuencias de audio, mientras que en el Pro-Logic las frecuencias correspondientes al canal de efectos se limitan a la banda 100-7.000 Hz.

• Dolby Digital incluye un canal de graves completamente separado, denominado LFE (Efectos de Baja Frecuencia) del que carece el Pro-Logic. Este canal de graves cubre la banda de 20-120 Hz, incluso la décima parte de la totalidad de la gama de frecuencias de audio (20-20.000 Hz). Esta es la razón de la existencia del ".1" en "5.1". Significa simplemente que hay cinco canales de gama completa (Frontal Izquierdo, Frontal Central, Frontal Derecho, Efectos Izquierdo y Efectos Derecho) y uno de efectos de baja frecuencia de gama limitada.

5.Canales
Estos son los 6 canales que ofrece el DD:

• C: Un canal, llamado Central (Central Channel), se encuentra detrás de la pantalla (en pantallas proyectadas, como en el cine) o por encima o por debajo (de pantallas de televisión), y se destina a reproducir la mayor parte de los diálogos de la cinta (por esta razón también se le llama Canal de Diálogos o Canal Principal, ya que es el más utilizado).

• L,R: Dos canales, llamados Frontal Izquierdo (Left Front Channel) y Frontal Derecho (Right Front Channel), detrás de la pantalla (proyectada) o a los lados (televisor), proporcionan la acción en pantalla (por eso, junto con el C, reciben el nombre de Canales de Pantalla).

• LS,RS: Dos canales, llamados Posterior Izquierdo (Left Surround) y Posterior Derecho (Right Surround), localizados, en el cine, en las paredes laterales y parte de la trasera (se utilizan una fila de altavoces para ambos canales, a 2 o más metros de altura) y, en el caso doméstico, se sitúan dos únicos altavoces a los lados del espectador, a 20ºpor detrás de su horizontal. Estos canales son utilizados para definir un ambiente sonoro tridimensional que envuelva (surround) al espectador (también se llaman Canales de Ambiente o de Efectos).

• LFE: Un canal, llamado Canal de Frecuencias o Efectos Bajos (Low Frequency Effects) es utilizado para reproducir las frecuencias más bajas que los otros altavoces no pueden reproducir. Su colocación en el cine es detrás de la pantalla y al lado o por debajo de los altavoces principales, y en casa es bastante libre (ya que en los límites del espectro el oído humano no localiza bien la fuente de los sonidos), siendo recomendable su colocación a nivel de suelo (si situa en una esqina es mayor su amplitud al rebotar las ondas en las paredes y en el suelo)

Los canales L, C, R, RS y LS

tienen los cinco el mismo rango

de frecuencias, de 20 Hz a 48 kHz, mientras que el del LFE va de 20Hz a 120 Hz.

En realidad el LFE no es un canal íntegro, sino que se le considera un canal de refuerzo que no es necesario (en cine sí lo es) pero sí altamente recomendado. Por eso cuando una grabación en AC3 contiene los 6 canales no se le llama DD 6, sino DD 5.1, donde el "punto 1" representa el canal de graves; del mismo modo, cuando este canal no está presente se indica con la terminología DD 5.0. A pesar de esto la mayoría de amplificadores domésticos compatibles con Dolby Digital (curiosamente más los de gama baja y media que los de alta), cuando detectan una señal AC3 sin LFE se encargan de filtrar las frecuencias bajas de los otros cinco canales y enviárselas al subwoofer (altavoz de subgraves). La razón por la que los decodificadores de gama alta no lo hacen es porque en cierta manera esto deforma el sonido original y el resultado no es tan puro, aunque muy realista.

5.1.En el Cine

En las películas cinematográficas, los datos del Dolby Digital vienen integrados directamente en la cinta. Se encuentran en el lateral izquierdo del filme (mirando hacia pantalla), concretamente impresas en los espacios que hay entre los orificios por donde el proyector arrastra la cinta (hay 4 agujeros por fotograma en cinta de 35 mm). La representación impresa de los datos del Dolby Digital son píxels negros y transparentes, y en el centro de cada cuadro hay el logotipo de la doble-D (que no contiene datos). Para leer estos datos digitales el proyector tiene que estar equipado con un LED (diodo emisor de luz), con una vida útil de unas 10.000 horas, que pasa por los bloques y proyecta la imagen en un dispositivo fotosensible que la capta y analiza, convirtiéndola en señal eléctrica binaria, que se envía al decodificador Dolby Digital para transformarla en sonido multicanal y amplificarla.

Pista Dolby Digital pista Dolby Digital

Pistas Analógicas (Dolby SR) Pistas Analógica (Dolby SR)

Situación de la trama Dolby Digital en cintas de cine.

Para que el lector pueda interpretar bien los datos la superficie de la cinta tiene que estar limpia, ya que cualquier partícula ajena a la cinta puede causar errores de lectura. Para asegurar la correcta lectura cada bloque se escanea tres veces, y el sistema escoge la imagen más limpia. El tiempo también deteriora la cinta, y por tanto cada vez se producen más errores de lectura durante la proyección; de hecho es muy probable que se produzcan errores de lectura, pero el decodificador ya está preparado:
La señal contiene un 50% de datos redundantes como sistema de seguridad. Además, cuando el decodificador se encuentra con uno, dos o hasta tres bloques de datos contiguos ilegibles, se repite en lugar de éstos, el último bloque decodificado correctamente. El oído humano no nota esta repetición (correspondiente a 1/96 parte de segundo por bloque), pero sí notaría un corte sin sonido. Pero cuando el número de bloques contiguos erróneos es igual o superior a cuatro, el sistema cambia automáticamente a la pista analógica Dolby SR, siempre integrada en la cinta. Si los siguientes bloques siguen siendo ilegibles el sistema pasa a Long Revert Mode (Modo de Reversión Larga), y continua reproduciendo la pista analógica durante 30 segundos más antes de volver a intentar decodificar la digital. Así que en un cine Dolby Digital se están leyendo constantemente ambas pistas, la digital y la analógica, por si falla.
El momento del cambio de digital a analógico se puede identificar fácilmente, ya que normalmente suena un fuerte estallido agudo, debido al cambio de programa en el proceso digital del decodificador; pero con este sistema de seguridad la sala nunca se queda sin sonido. Además, en el hipotético caso de fallo en el proceso del SR, se puede pasar a pista Dolby A-Type, también presente en todos los procesadores, o a Mono como ultima alternativa.

Otro sistema de seguridad de que están dotados los procesadores cinematográficos Dolby es el sistema de Bypass. Si la corriente principal falla, el sistema pasa a Bypass Mode, o si se produce un error interno en la circuitería que pudiera poner en peligro la señal de salida. Este sistema permite seguir decodificando los datos, pero en vez de amplificar y enviar los 6 canales a sus altavoces correspondientes , solo utiliza una tarjeta amplificadora, mandando los 6 canales de audio a los altavoces de pantalla, resultando en una señal monoaural. El sistema es automático, pero también se puede activar manualmente en caso de que, por ejemplo, un altavoz imprescindible falle.

Los decodificadores cinematográficos Dolby son evolucionables, es decir, si en algún momento hay algún aspecto de las pistas que cambia, para adaptar a los decodificadores se incluye el software en el principio de la cinta que requiere esos cambios, desde donde se cargará y actualizará. De esta manera el firmware del procesador se actualiza automáticamente sin necesidad de asistencia técnica.

5.2.Tiempos de Retraso
En un sistema 5.1 el oyente se ha de situar en el centro de la acción, siguiendo la colocación de los altavoces como se ha explicado. Pero en un auditorio de gran capacidad no todos los espectadores gozan de esta situación privilegiada; por eso existen los Tiempos de Retraso. Solo si se equidista de los 5 altavoces se capta una imagen real final del sonido multicanal, si se está más lejos del canal central que de los surround (por ejemplo, caso más típico), el sonido de éstos últimos llegará antes que el del primero. Lo que el sistema de Tiempo de Retraso hace es emitir las señales de los canales en cuestión unas fracciones de segundo más tarde que los restantes (no más de 50 milisegundos, que sería ya para una sala de cine muy grande). Con esto se consigue que los cinco sonidos lleguen simultáneamente al espectador. Se puede aplicar tanto en sistemas de Home Cinema (1 solo altavoz por canal) o en salas de cine (más de 1 altavoz por canal), donde a cada grupo de altavoces (los LS y RS) se les asignará un retraso diferente según su distancia de pantalla

5.3 Modos y Bit-Rates
En este apartado el Dolby Digital es el más versátil de todos, ya que soporta una enorme cantidad de modos y bit-rates diferentes a disposición de la necesidad de la pista a codificar (aunque en la práctica sólo se utilicen unos pocos).
Los modos que permite el DD son los siguientes (en paréntesis los canales que incluyen):

Los Bit-Rates soportados por el estándar Dolby Digital van desde los 56 kbps (kilo bits por segundo) hasta los 640 kbps: (en negrita los que son claramente más utilizados, no necesariamente correspondientes a los modos donde se indican)

• Exclusivamente para el modo 1/0: A partir de 56, 64 y 80.

• Para el modo 2/0 (en cualquiera de sus tres variantes): A partir de 96 y 112.

• Para los modos 3/0 y 2/1: A partir de 128 y 160.

• Para los modos 3/1 y 2/2: A partir de 192.

• Y para el modo 3/2: Solo 224, 256, 320, 384, 448, 512, 576 y 640.

Los modos y bit-rates más utilizados con diferencia son: El 2/0 (a partir de aquí utilizaré la nomenclatura popular, 2.0) a 192 kbps (también a 160 kbps) y el 3/2 con LFE (5.1) a 448 y 384 kbps en DVDs (dependiendo del espacio disponible en disco, película larga, muchos extras...) y a 320 kbps en cine. Parece ilógico que se utilice en cine un bitrate inferior que en DVD, pero la razón es que el espacio donde se guarda el AC3 en la cinta no puede albergar más datos (aunque corren rumores de que se quiere eliminar el logo de la doble-D para aumentar la capacidad útil).
Respecto a la frecuencia de muestreo utilizada, es siempre la misma en todos los modos: de 48 kHz (aunque el estándar dicta que se pueden utilizar también los 44,1 y los 32 kHz, pero nunca se utilizan).

Erróneamente al Dolby Digital se le llama Dolby Digital 5.1 o sencillamente 5.1, cuando en realidad el DD es solo el formato de codificación, no el modo o los canales. Hay más sistemas que también utilizan el modo 5.1, no es propio del Dolby Digital.

6.La Codificación del Dolby Digital
El estándar del CDDA (Compact Disc Digital Audio) utiliza el sistema de sonido PCM (Pulse Code Modulation), con 16 bits de profundidad y 44.1 kHz; es decir, que cada segundo de cada canal (2 en CDDA) contiene 44100 muestras de sonido, cada una de ellas constituida por 16 bits. Estas características permiten que el Dynamic Range (rango dinámico) sea de 96 dB desde el sonido más fuerte hasta el ruido de fondo (ruido nulo en el caso teórico perfecto). Bueno, pues cuantos menos bits se utilicen en una muestra para definir sonido, más reducido es el rango dinámico, y por tanto más alto el volumen de ese ruido de fondo. Aquí es donde el sistema de reducción de ruido Dolby NR (Noise Reduction) es básico para entender la codificación del AC3. Se aprovecha del fenómeno psicoacústico de enmascaramiento de frecuencias, por el que el ser humano no puede diferenciar más de un sonido de la misma frecuencia, sino que sólo oímos el de mayor amplitud (el que enmascara los otros). En el DD se reduce el ruido de fondo (provocado por la escasez de bits) cuando no hay sonido en dicho rango de frecuencias, y cuando sí lo hay sólo se reducen los ruidos de las frecuencias que quedan tapadas por el sonido principal (por el efecto de enmascaramiento).

Dolby Digital codifica el sonido dividiendo el espectro sonoro en estrechas bandas de frecuencia de diferentes anchuras, optimizadas respecto a la selección del oído humano. Esto permite filtrar apuradamente el espectro de frecuencias, evitando que el ruido audible debido al bajo flujo de bits sea diferenciable, sólo percibiendo (con instrumentación, no a simple oído) el ruido que queda cercano a la frecuencia seleccionada. Un codificador Dolby Digital permite seleccionar esta anchura de banda de frecuencia (kHz).

Como se ha explicado, el flujo total de datos digitales del DD es constante, pero no lo es cada canal por separado; la llamada agrupación de bits permite que los canales que "reclaman" más definición porque contienen un espectro más amplio o un volumen más elevado (como puede ser el canal de diálogos mientras los surround permanecen en silencio), reciban un flujo de bits más elevado que los otros canales que no lo requieran. Esto pasa constantemente, ya que nunca reciben en una grabación sonora la misma gama y el mismo nivel de sonido todos los canales por igual, por tanto podemos decir que el Dolby Digital es un sistema de flujo total constante formado por flujos individuales variables que se compensan para mantener siempre el mismo bit-rate. Otro caso donde la agrupación de bits es muy útil es a la hora de representar dos canales diferentes con la misma información contenida; mientras que otros sistemas digitales tienen que codificar cada señal por separado (repitiendo gran cantidad de información), el DD también busca ligeramente parecidos entre canales, para poder ahorrar información y ser aprovechada por otros canales más necesitados (recordemos que hay un "límite" de capacidad que se tiene que cumplir con exactitud).

6.1Diagrama de Bloques del Codificador AC-3:

El diagrama de bloques del codificador es el siguiente :

salida

Buffer de entrada.

AC-3 es un codificador estructurado por bloques, por lo que uno o más bloques de muestras de la señal en el tiempo se almacenan en el buffer de entrada para cada canal antes de seguir con el procesado. Los bloques suelen estar formados por 512 muestras.

Filtrado.

Las señales de entrada son individualmente filtradas paso alto a una frecuencia de 3 Hz para eliminar la componente continua. La señal del canal de graves además es filtrada paso bajo a una frecuencia de 120 Hz.

Detector de transitorios.(pequeños ruidos que se producen a frecuencias determinadas)

Las señales de entrada con respuesta en frecuencia completa son analizadas con un filtro paso banda centrado en altas frecuencias que detecta la presencia de transitorios. Esta información se usa para ajustar el tamaño del bloque de muestras al que se le aplicará la TDAC ( Time Domain Aliasing Cancellation ) según las variaciones de la señal de entrada.

El banco de filtros TDAC.

La señal de entrada de cada canal es enventanada y filtrada con el banco de filtros TDAC de forma individual. La transformada TDAC es una FFT modificada que ofrece una baja complejidad computacional con una buena selectividad frecuencial, lo que simplifica el hardware.

La respuesta en frecuencia del banco de filtros TDAC varía según el tamaño del enventanado previo de la señal a analizar

Conversión a punto flotante.

Aunque el sistema esté implementado con DSP´s de punto fijo ( por razones de precio ), los coeficientes de la transformada TDAC se convierten a punto flotante para el posterior procesado, con mantisas (logaritmos) que varían entre 0.5 y 1 y sus correspondientes exponentes. De esta forma se asegura que las siguientes etapas no impongan limitaciones al rango dinámico de las señales, usando tantos factores de escala como se necesiten entre la entrada y la salida de datos. Con todo esto el algoritmo AC-3 conserva las ventajas de resolución que ofrecen los conversores A/D y D/A de 18-20 bits.

Precombinación de portadora.

En general la tasa media de bits en sistemas multicanal es directamente proporcional a la raíz cuadrada del número de canales. Si utilizamos 128 kb/s para codificar un único canal, una cantidad de 5.1 canales necesitará 128