Dolby - achtergrond en technieken
Er zijn maar weinig bedrijven met een eigennaam die zo beroemd is als Dolby. Maar niet alleen de naam, ook de uitvindingen zijn zeer bekend en waardevol.
Denk maar aan Dolby Surround, Dolby Digital, Dolby ruisonderdrukking, etc. Tijd om in dit artikel eens een mooi overzicht te geven van het werk van de man achter Dolby en alle technologieën die dit bedrijf bekend hebben gemaakt.
De grondlegger van Dolby Laboratories – Ray Dolby – werd geboren in 1933 en al op jonge leeftijd wordt hij gegrepen door geluid en de verbetering van audioapparatuur. Geschoold in elektrotechniek en natuurkunde en met een werkachtergrond in met name video-opnametechniek, startte Ray Dolby in 1965 Dolby Laboratories in London. Nog geen jaar later was het Dolby Sound System ontwikkeld en in 1976 verhuist Ray Dolby het bedrijf naar de Verenigde Staten om zich te vestigen in San Francisco.
Ray Dolby heeft meer dan vijftig patenten en vele wetenschappelijke artikelen op zijn naam staan over met name video-opnametechnieken, ruisonderdrukking en compressietechnieken. In 2011 heeft hij een stapje terug genomen als bestuurder van Dolby en geniet nu van zijn pensioen. Zijn taak werd overgenomen door Roger Dressler.
Technologieën in vogelvlucht
Ruisonderdrukking – Het fundament van Dolby werd gelegd in de ruisonderdrukking met Dolby type A. Een compressiesysteem waarbij tijdens de opname zachte passages worden versterkt, om ze bij de weergave te onderdrukken. Het resultaat is minder ruis. Type A was alleen voor de professionele markt beschikbaar. De Dolby ruisonderdrukking werd als Dolby B ook voor consumenten beschikbaar en veelvuldig door fabrikanten bij cassettedecks ingebouwd. Ook werden voorbespeelde cassettes met dit ruisonderdrukkingssysteem gecodeerd.
Surround-weergave – De jongste generatie kan het zich waarschijnlijk niet voorstellen, maar in de bioscoop was het geluid dat de film begeleidde in eerste instantie mono. Het duurde maar liefst 50 jaar voordat een belangrijke stap werd gemaakt in de filmindustrie en Dolby Stereo ontwikkeld werd als optische spoor op een 35 mm print. Niet minder dan 6000 bioscopen in Amerika werden uitgevoerd met het geluidsysteem en de allereerste film die uitgebracht werd met Dolby Stereo is het Sci-Fi drama A Clockwork Orange van Stanley Kubrick. Het waren echter vooral de grote kaskrakers Star Wars en Close Encounters of the Third Kind die zorgden dat Dolby Stereo echt zijn stempel drukte in de bioscoop. Hoewel de naam Dolby Stereo een stereo-systeem vermoedt, konden Dolby Stereo matrix-decoders uit het stereo-signaal een center- en surround-kanaal filteren, zoals later ook in huiskamer gebruikelijk werd. Surround-geluid was geboren!
Met de komst van het Dolby AC-1 (Adaptive Coding, een vorm van compressie) systeem werd het geluid digitaal opgeslagen, maar nog steeds zorgde een matrix decoder voor het surround-effect. Het duurde uiteindelijk nog negen jaar voordat een volgende revolutie door Dolby werd aangekondigd en Dolby AC-3 het licht zag. Een compleet nieuw multikanaals geluidssysteem, dat werkte met een discrete (compleet gescheiden) codering van geluidssporen naar discrete weergevers, ook wel bekend als Dolby Digital 5.1. De surround codering was zijn generatie ver vooruit, maar Dolby Labs bleef niet stilstaan in zijn ontwikkelingen.
Dolby Pro-Logic
Zo werd voor de huiskamer het Dolby Pro-Logic matrix-systeem ontwikkeld, die het Dolby Stereo/Dolby Surround geluid op bijvoorbeeld stereo videobanden en LaserDisc kon decoderen naar surround. In 2000 werd Dolby Pro-Logic II geïntroduceerd: een verbeterde versie van Pro-Logic, met o.a. stereo surroundkanalen.
De populariteit van DVD zorgde voor een volledig nieuwe surroundervaring in de huiskamer met Dolby Digital 5.1. Ruim 10 jaar later, met de komst van Blu-ray en High Definition video mocht de resolutie van audio niet achterblijven en zag Dolby TrueHD het licht.
Digital Cinema en videotechnieken – Met de komst van digitale projectie in de bioscoop is Dolby ook in deze markt actief geworden met Dolby Digital Cinema, Dolby Surround 7.1 en Dolby 3D. Digital Cinema brengt digitaal beeld en geluid naar de bioscoop en Dolby 3D voegt hier nog 3D aan toe. Maar ook in de huiskamer zorgt Dolby voor beter beeld met technieken als Dolby Contrast en Dolby Vision (gecombineerd ook wel Dolby HDR genoemd).
Voordat we dieper ingaan op al deze nieuwe technieken, gaan we eerst even terug in de tijd om te kijken naar de technologieën waarmee het allemaal begon.
Analoge ruisonderdrukking
Dolby is het meest beroemd geworden met zijn analoge ruisonderdrukking. Dit begon met Dolby Type A, een compressietechniek die alleen beschikbaar was voor de professionele opnamestudio. Een belangrijk voordeel van Dolby`s compressor ten opzichte van de technieken van concurrenten was dat deze alleen in werking trad bij geluiden die anders zouden worden gemaskeerd door de ruis van de bandrecordertape.
Het Dolby ruisonderdrukkingssyteem werd ook toegepast voor compact cassettes, waarmee de ruisonderdrukking voor consumenten beschikbaar kwam. Het populaire Dolby B werd een industriestandaard waarmee vrijwel ieder cassettedeck en voorbespeelde cassette werd uitgevoerd.
Een meer doorontwikkelde versie Dolby C kon de populariteit van zijn voorganger niet evenaren en Dolby S zag het licht net voordat het cassettedeck definitief werd vervangen door digitale opname-apparaten zoals DAT, DCC, MiniDisc en CD-R/RW.
Dolby Spectral Recording (Dolby SR) is ontwikkeld door Dolby Labs en in de cinema in gebruik sinds 1990 en in de professionele studio zelfs al sinds 1986. Het is een verbeterde versie van zijn voorlopers vooral op het gebied van dynamisch bereik. Dolby SR wordt voornamelijk in de professionele wereld gebruikt.
Dolby HX Pro ("Headroom Extension") is eigenlijk geen ruisonderdrukking, maar een elektronische regeling van het hoogfrequent voormagnetisatie signaal (bias), dat enkel gebruikt wordt bij het opnemen. De opname/wiskop krijgt tijdens het opnemen niet alleen het audio signaal, maar ook een hoogfrequent voormagnetisatie signaal. Dat signaal wordt vaak afgeleid van het signaal van de wiskop. De sterkte van dat hoogfrequent signaal heeft meestal een vaste waarde. Bij "HX PRO" wordt dat hoogfrequent signaal wat afgezwakt bij luide audiopassages. Op die manier ontstaat er minder vervorming bij harde geluiden en kan er ook een sterker audio-signaal op de band gezet worden. Deze methode werd door Bang & Olufsen bedacht en aan Dolby in licentie gegeven, die het "Dolby HX-Pro" noemde.
Audio codering/compressie
De term `Dolby Surround` is synoniem geworden met surround-geluid in het algemeen. Net als Luxaflex synoniem is geworden voor raamlamellen. Hieronder een overzicht van de verschillende technieken die in de loop der jaren zijn ontwikkeld door Dolby.
Wanneer we het hebben over Dolby Stereo, ook wel bekend onder Dolby Analog, kan dit gesplitst worden in Dolby SVA (Stereo Variable Area) en Dolby Stereo 70 mm. Dolby SVA heeft de meeste impact gehad, omdat deze techniek hoge kwaliteit stereo-geluid binnen het bereik van vrijwel iedere bioscoop bracht. Hiervoor had men wel geëxperimenteerd met stereo audio op magnetische strips, maar de meeste bioscopen hadden geen faciliteiten om dit af te spelen, dus bleef het vaak bij mono optische geluidssporen. Dolby SVA zorgde voor een optisch stereo audio spoor op de 35 mm print die via een matrix systeem kon worden toegepast op links, center, rechts weergevers en surrounds om de zijluidsprekers in een bioscoop aan te sturen.
De Dolby Stereo (surround-)techniek werd marktleider en synoniem voor hoge kwaliteit audio in de bioscoop. Het was dan ook mede dankzij het succes van Star Wars in 1977 en zijn intensieve gebruik van het vierkanaals geluidssysteem, waardoor veel cinema eigenaren overstag gingen. Een heruitgave van 101 Dalmatiërs was de eerste Disney klassieker die met Dolby Stereo werd vertoond. De kracht van het systeem was tevens dat de print ook bruikbaar was voor bioscopen die nog mono voerden. Dolby Stereo 70 mm had als additionele eigenschap dat de ruisonderdrukking tevens werd meegenomen in het zesde kanaal op de 70mm print. `Logan`s Run` in 1975 was de eerste film die werd uitgegeven op deze wijze.
Dolby Digital, of AC3, is een techniek voor de weergave van digitale audio via zes `discrete` (perfect gescheiden) kanalen. De zes kanalen zijn bij Dolby Digital als 5.1 gegroepeerd. De 5.1 staat voor de 5 geluidskanalen die 5 normale luidsprekers aansturen (rechts voor, center, links voor, rechts achter en links achter) en 1 kanaal voor de subwoofer, het LFE-kanaal (Low Frequency Effects).
Dolby Digital ondersteunt ook de weergave van mono en stereo geluidsopnamen.De drie frontkanalen (left/center/right) verzorgen de weergave van dialogen, muziek en effecten die op het beeld zichtbaar zijn. De links/rechts surround-kanalen omringen de toeschouwers met geluid en plaatsen hen midden in de actie. Het LFE-kanaal draagt bij aan een indrukwekkende beleving van explosies en andere geluidseffecten, die zowel gevoeld als gehoord kunnen worden, omdat lage tonen niet richtingsgevoelig zijn. Het menselijk oor hoort niet van welke kant de lage tonen komen, waardoor één enkel LFE-kanaal volstaat. Dolby Digital wordt ook toegepast voor vertoning in de bioscoop en daarnaast is dit geluidsspoor digitaal ook toepasbaar bij DVD en TV-uitzendingen.
Dolby Digital EX is vergelijkbaar met eerdere Dolby decoders die gebruikmaken van de matrix-technologie om een extra surround-kanaal of -kanalen uit een stereo-signaal te filteren. Door middel van de matrix-technologie worden geluiden uit de linker en rechter surround-speakers verwerkt tot een extra surround `midden` kanaal. Toch mag men Digital Digital EX niet echt een 6.1 of 7.1 codec noemen, omdat het extra kanaal niet discreet aanwezig is, maar wordt `gematrixed` uit linker en rechter surroundkanaal.
E-AC3, beter bekend als Dolby Digital Plus, is een verbeterd coderingssysteem gebaseerd op de AC3-codec. Het biedt verhoogde bit rates (tot 6.144 Mbit/s), ondersteuning voor meerdere audiokanalen (tot 13.1) en verbeterde coderingstechnieken om de compressie te vergroten. Bovendien is het volledig compatibel met oudere versies van AC3-hardware.
Dolby Digital live (DDL) Is een real-time coderende technologie voor interactieve media zoals videospelletjes. Het converteert elk audiosignaal van een computer of spelconsole naar een 5.1-signaal in het Dolby Digital-formaat en transporteert dit via een enkele S/PDIF-kabel.
Dolby TrueHD
Dolby TrueHD ondersteunt lossless `studio master` 24bit/96kHz audio-kwaliteit en tot 18 Mbit/s over 14 kanalen (Blu-ray beperkt het aantal kanalen standaard tot 8). Het ondersteunt ook uitgebreide metadata zoals dialog normalization en dynamic range control. Dolby TruHD kan alleen worden verkregen met een HDMI kabel vanaf een Blu-ray speler of ander apparaat dat de mogelijkheid heeft een HD audio stream uit te geven.
Advanced Audio Coding (AAC) is het meest bekend als het standaard audioformaat dat wordt gebruikt door Apple iTunes. AAC is een MPEG-4 tegenhanger geworden van het populaire MP3 audio-formaat. Anders dan MP3 ondersteunt AAC multi-kanaals audio tot maximaal 48 full-range kanalen. Een 192 kbps MP3 geluidsfragment zal ongeveer dezelfde kwaliteit hebben als een 128 kbps AAC bestand, waarbij het AAC bestand kleiner in omvang zal zijn en dus een efficiëntere datacompressie (40% kleiner) en een betere geluidskwaliteit heeft dan MP3. Bestanden die gecodeerd zijn met AAC, krijgen meestal de extensie M4A ipv AAC.
AAC+ gaat nog een stap verder dan het hiervoor genoemde AAC. Wanneer er lage bitrates nodig zijn, vooral op 32-64 kb/s, heeft AAC+ duidelijk de overhand in geluidskwaliteit t.o.v. AAC. AAC+ wordt vooral gebruikt voor internetradio en mediaspelers waar de opslagcapaciteit niet al te hoog is. AAC+ biedt in het uitzendproces tevens de mogelijkheid om te combineren met Dolby E en andere PCM oplossingen, zowel in stereo als in Dolby Digital 5.1.
Dolby Pulse is gelijk aan het hierboven genoemde AAC+ met als toevoeging dat er Dolby meta-data meegestuurd kan worden. Die bestaat o.a. uit een loudness-functie en een functie om op het afspeelapparaat het volume van de stream relatief constant te houden.
De Harman Kardon AVR-365, goed gevuld met Dolby technologieën
Audio nabewerking
Naast de verschillende `codecs` die hierboven zijn genoemd, werden door Dolby ook verschillende `decoders` ontwikkeld. Men spreekt hier van audio nabewerking of `post processing`. Het signaal kan met een bepaalde codec zijn gecodeerd, maar soms ook werkt de nabewerking zonder enige `voorbewerking`.
Dolby Headphone is een technologie die werd ontwikkeld door Lake Technologies in Australië, die de rechten verkocht aan Dolby. Met deze technologie is het mogelijk om een surround-ervaring te krijgen met hoofdtelefoons. Een Dolby Headphone decoder kan zowel Dolby Digital 5.1, Dolby Pro-Logic II gecodeerd of gewoon stereo-geluid bewerken. Door ingewikkelde HRTF (Head Related Transfer Functions) wordt de werking van de oren en het hoofd van de mens gesimuleerd en gebruikt voor een zo realistisch mogelijke `virtuele` surround ervaring.
Dolby Surround was de vroegste consumentenversie van Dolby`s `Dolby Stereo` bisocoopformaat, mogelijk gemaakt door hifi stereo video-formaten zoals Betamax en VHS en werd op de markt gebracht in 1982. Wat verwarrend is, is dat deze term ook wordt gebruikt voor de encodering van materiaal in dit geluidsformaat. Een Dolby Surround decoder haalt de originele vier kanalen (links, rechts, center en mono surround) uit een stereo soundtrack. In het midden van de tachtiger jaren werd de decoder-techniek verbeterd en hernoemd naar Dolby Pro-Logic. De termen Dolby Stereo, Dolby Surround en LtRt worden gebruikt om soundtracks te beschrijven die met deze matrix-techniek zijn opgenomen.
In 2000 introduceerde Dolby hun Dolby Pro-Logic II (DPL II), een verbeterde implementatie van Dolby Pro-Logic. Jim Fosgate was hiervan de ontwikkelaar. Een DPL II decoder kan ieder stereosignaal bewerken naar vijf individuele `full range` kanalen (linksvoor, center, rechtsvoor, rechtsachter, linksachter). Uiteraard kan DPL II ook Dolby Surround gecodeerde soundtracks decoderen en doet dat zo goed, dat de prestaties van Dolby Digital 5.1 dicht worden benaderd. De DPL II decoder heeft een muziek, film en game mode. In de muziek mode kan de gebruiker o.a. de breedte van het voorste geluidsveld aanpassen.
Het Dolby Pro-Logic IIx systeem is een opvolger van DPL II, dat zowel stereo, Dolby Surround als Dolby Digital 5.1 bronmateriaal kan omzetten naar 6.1 of 7.1 surround. Dolby Pro-Logic IIz gaat nog verder met de toevoeging van hoogtekanalen boven de linker en rechter voorspeakers om zo een 5.1 of 7.1 systeem om te vormen naar `9.1`.
Dolby Digital Cinema
Bedenk dat bij ALLE genoemde Dolby Pro-Logic systemen de informatie die naar de speakers wordt gestuurd uit een matrix decoder afkomstig is. We spreken hier dus niet over discrete kanalen, zoals bij Dolby Digital 5.1 of Dolby TrueHD.
Dolby Volume levert een consistent volume tijdens het televisie kijken en elimineert irritante volumeverschillen. Of het nou gaat om reclames tussen TV shows of tussen verschillende apparaten in het home theater systeem. Verder gebruikt dit systeem een adaptieve `loudness`, die niveaus en basweergave aanpast aan het door de gebruiker ingestelde volumeniveau.
Dolby Virtual Speaker maakt het mogelijk een surround-ervaring te beleven met twee speakers. Het is mogelijk om een geluidsbeeld te krijgen dat zelfs breder is dan de onderlinge afstand tussen de speakers.
Er zijn nog wel een aantal technologieën die we hier niet zullen bespreken, omdat ze vooral gebruikt worden voor camera`s, gaming, PC`s en mobiel gebruik. Dit valt buiten het bestek van dit artikel.
Video processing
Sinds korte tijd houdt Dolby zich ook bezig met video. Hieronder de verschillende technieken die ze hiervoor op de markt hebben gebracht.
Dolby Contrast & Dolby Vision - Het is lastig voor LCD televisies om ècht zwart weer te geven. LCD heeft altijd achtergrondverlichting nodig die door het scherm heen schijnt, maar wanneer ‘zwart’ moet worden weergegeven, lekt er altijd een beetje achtergrondverlichting door de vloeibare kristallen in het scherm, zodat zwart meer lijkt op donkergrijs. Je kunt natuurlijk de achtergrondverlichting dimmen, maar dat gaat ten koste van de totale helderheid van het beeld. Zogenaamde LED LCD TV`s gebruiken LED`s als achtergrondverlichting, wat voordelen biedt ten opzichte van de normaal gebruikte `tl balken` achter het LCD paneel, omdat ze lokaal zijn te dimmen.
Het Dolby Theater in San Francisco
Zowel Dolby Contrast als Dolby Vision gebruiken technieken om de individuele LED`s in de achtergrondverlichting van LCD televisies zo slim mogelijk te dimmen. Door middel van een berekening over het videobeeld wordt bepaald hoe fel iedere LED schijnt. Hierbij is het mogelijk dat één LED volkomen zwart (uit) is, terwijl een LED ernaast fel schijnt, of dat de twee een verschillende helderheid hebben. Op deze manier kun je veel dieper zwart krijgen, aldus Dolby.
Dolby Contrast kan gebruikt worden met huidige LED’s, Dolby Vision is een toekomstgerichte techniek die speciale algoritmen combineert met LED’s die helderder en feller schijnen dan de huidige generatie.
Dolby Professionele bioscoopsystemen
Dolby heeft ook een aantal technieken ontwikkeld om de bioscoopweergave naar een hoger plan te trekken.
Dolby Digital Cinema – Om de gehele logistiek rondom het binnenhalen, opslaan, transporteren en vertonen van een digitaal aangeboden film te stroomlijnen, is Dolby Digital Cinema in het leven geroepen. Zo maakt Dolby Screen Server het proces van de film laden tot vertonen makkelijker en zorgt het Dolby Theater Management systeem ervoor dat de films op de juiste tijden worden gescheduled.
Dolby 3D, eerder bekend als Dolby 3D Digital Cinema, is – zoals de naam doet vermoeden – het Dolby systeem voor digitale 3D weergave in de bioscoop. De technologie is afkomstig van Finitec en wordt door Dolby in licentie gebruikt. Er wordt gebruik gemaakt van een digitale projector die zowel 2D als 3D films kan vertonen. Voor 3D presentaties wordt een ander kleurenwiel in de projector geplaatst. Dit kleurenwiel bezit naast het standaard rode, groene en blauwe filter een additionele set filters rood, groen en blauw. De additionele set filters heeft net iets afwijkende kleuren, waardoor het met een bril met diezelfde afwijkende filters in een van de glazen mogelijk wordt 3D te zien. Op deze manier is het mogelijk met een enkele projector zowel de linker als rechter helft van het 3D beeld simultaan te projecteren.
De brillen die gebruikt worden bij Dolby 3D zijn duurder en fragieler dan de brillen die gebruikt worden bij conventionele 3D systemen zoals RealD, die gebruik maken van circulair gepolariseerde glazen. De Dolby brillen zijn derhalve niet wegwerpbaar. Een belangrijk voordeel bij Dolby 3D is echter, dat er gebruik kan worden gemaakt van conventionele projectieschermen.
Dolby Surround 7.1 – Dolby heeft voor de bioscopen een echt discreet 7.1 surroundformaat ontwikkeld, dat Dolby Surround 7.1 wordt genoemd. Er wordt gebruik gemaakt van vier surround-kanalen, namelijk linkszij, rechtszij, linksachter en rechtsachter.