: архив : архив журнала "Звукорежиссер" : 2002 : #5

Fantasound - звук для "Фантазии"
Екатерина Тарасова

Эксперименты в области создания объемного звучания велись очень давно, со второй половины двадцатых годов прошлого века. Мощным толчком в развитии этого направления стало создание звукового кино: тысячи кинотеатров были переоснащены для показа кино со звуком ради увеличения кассовых сборов в кинотеатрах.

...Ко времени создания Уолтом Диснеем фильма "Фантазия" звуковому кино исполнилось всего 15 лет. В основу мультфильма положена музыка великих композиторов всех времен. Волшебный мир сказочных героев Диснея уносит нас в музыкальную палитру Баха, Бетховена, Шуберта, Чайковского, Мусоргского, Дюка и др. В этом полнометражном цветном мультипликационном фильме была использована первая система пространственного звучания Fantasound. Точнее, она была создана специально для этого фильма.

Дело в том, что великий дирижер Леопольд Стоковский, подвигнувший Диснея на создание фильма, был человеком, интересовавшимся всеми техническими новинками своего времени. В аудиолаборатории компании "Белл" он занимался исследованиями в области стереофонического звучания и звуковой перспективы. Известен и эксперимент Стоковского по передаче высококачественной стереофонической трансляции его концерта по специальной телефонной линии.

В то время уровень развития кинематографа не позволял передавать многие важные аспекты живого представления. Вот основные ограничения, существовавшие в то время:
- Ограниченный динамический диапазон (правильнее было бы сказать - сильно зауженный). Это было вполне пригодно для передачи словесных диалогов и музыкального сопровождения в залах среднего уровня. Но любые попытки трансляции симфонической музыки и специальных эффектов приводили к появлению амплитудно-частотных искажений и, как следствие, возникновению побочных шумов и помех.
- Точечная локализация звука. Это свойство звукопередачи оказывалось приемлемым для озвучивания монофонических диалогов, ограниченных происходящим на экране действием, но музыка и спецэффекты страдали от фазовых искажений.
- Фиксированная локализация источника в центре экрана. Ограниченность монофонической передачи сигнала привели к попыткам усовершенствования передачи сигнала.
- Фиксированная локализация звукового сигнала.
В окружающей нас среде большинство источников звука неподвижны, если же они двигаются, то не слишком быстро. Однако уже в то время было отмечено, что быстрое перемещение источника сигнала в пространстве дает определенный художественный драматический эффект.

Были и другие попытки преодолеть несовершенства тракта: увеличить динамический диапазон и расширить границы звукового пространства (сегодня бы сказали "расширить стереобазу", но в те дни еще не было таких терминов). В основу изысканий была положена разработка передачи звука по трем независимым каналам. Иными словами, приращение уровня полезного сигнала в помещении должно быть прямо пропорционально увеличению количества источников сигнала.

Субъективно три идентичных источника сигнала звучат громче, чем один из них с троекратно усиленным входным напряжением. Вдобавок к этому, из-за устойчивости к мгновенным пикам звукового сигнала, система позволяет до возникновения перегрузки достигать большего уровня звукового давления. Кроме этих достоинств трехканальной системы, существуют и другие немаловажные ее преимущества перед традиционной монофонической передачей сигнала: существенно снижается уровень перекрестных искажений (кросс-модуляции), появляется возможность разделения речи, музыкального сопровождения и спецэффектов на три независимые звуковые дорожки. Следует отметить, что одночастотные статистические измерения амплитудных искажений не всегда объективно отслеживают уровень кросс-модуляции по одному каналу. Было установлено, что резкие низкочастотные всплески напряжения могут вызывать мгновенные всплески кросс-модуляции еще до достижения усилителем уровня номинальной перегрузки. Из соображений экономии наиболее приемлемым технологическим решением было разделение материала на три независимых канала. Был и другой вариант - устранение источника кросс-модуляции из одноканальной системы - но это решение не давало необходимого качества звука. Благодаря же применению трехканальной системы удалось добиться дифференциации амплитудных составляющих сигнала, стало возможным фазовое разграничение между источниками. В свою очередь, это привело к уменьшению уровня акустической интерференции, возникающей при попытках увеличить количество громкоговорителей на одном канале.

Дифференциальная переходная цепь

Первой предпосылкой к возникновению системы Fantasound было желание создать ощущение перемещения источника звука от одного края экрана к другому. В результате исследований было установлено, что благодаря синхронному ослаблению сигнала в одном из двух расположенных на расстоянии шести метров громкоговорителе и, наоборот, усилению в другом, происходит (субъективно) как бы перемещение сигнала между ними, при этом общий уровень сигнала остается неизменным. Однако с самого начала было ясно, что простого механического объединения питания пары громкоговорителей будет недостаточно для получения желаемого эффекта.

Был разработан специальный двойной аттенюатор (для двух громкоговорителей) с дополнительной регулировкой.

Стандартные кривые усиления сигнала отображены на рисунке 1. Кривые отображают изменение уровня воспроизводимого сигнала в стандартной двухконтурной дифференциальной переходной цепи. В точке пересечения кривых (субъективно сигнал находится в центре между двумя источниками) уровень понижается на 3 дБ.

Рис. 1

Практически сразу было найдено множество способов применения новой системы звукоусиления. Прежде всего, Fantasound начали активно применять при перезаписях, добиваясь при этом сохранения выходного уровня сигнала неизменным. Для дублирования одноканального оригинала на одну, две или сразу три дорожки системы Fantasound использовалась дополнительно разработанная тройная дифференциальная схема (названная Panpot), позволяющая добиваться любого требуемого выходного уровня копии. После этого начиналась долгая работа по имитации перемещения звукового источника. В качестве источника брался сигнал бокового канала (любого из двух), постепенно ослаблялся, при этом усиливаясь в центральном канале, затем перемещался во второй боковой, уменьшаясь по уровню в центральном и, наоборот, усиливаясь в боковом, соответственно.

Простая двойная дифференциальная схема использовалась для получения стабильных по уровню кажущихся перемещений источника сигнала между двумя громкоговорителями. Это использовалось также для варьирования уровня добавляемой реверберации без влияния этого на общий выходной уровень.

Из чего состоит Fantasound

Рис. 2

Упрощенная схема системы воспроизведения аудиосигнала Fantasound показана на рисунке 2.

В левой части изображены четыре фотоэлемента, осуществляющие контроль над тремя программными дорожками и четвертой управляющей ("пилот") дорожкой. Каждый фотоэлемент через усилитель с переменным коэффициентом усиления соединен со своим громкоговорителем. С каждым усилителем связан выпрямитель сигнала, который выбирает с контрольной дорожки один из трех пилот-тонов, и с его помощью управляет подачей сигналов в каждый канал звуковоспроизведения. Таким образом, уровень выходного сигнала каждого громкоговорителя постоянно соотносится с амплитудой сигнала управляющего канала.

TOGAD

Мозгом системы Fantasound является регулирующее усиление устройство, управляемое сигналом контрольного канала. Оно называется TOGAD (Tone-Operated Gain-Adjusting Device). Две основные части устройства - усилитель с регулируемым напряжением и выпрямитель. Синусоидный управляющий сигнал подается на вход выпрямителя, где он преобразуется в постоянный. Затем этот сигнал поступает на усилитель, регулируя уровень передачи основного сигнала. Система настроена таким образом, что изменение уровня управляющего тона на 1 дБ приводит к аналогичному изменению на 1 дБ звукового сигнала на выходе усилителя.

Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (variable-gain amplifier, сокращенно VGA) - однокаскадный двухтактный трансформаторный каскад на пентодной лампе. Схема усилителя включает в себя: балансный прецизионный потенциометр, катодный резистор, обеспечивающий высокий уровень основного сигнала и хорошую помехозащищенность, а также переключатели и потенциометры для тестирования и регулировки характеристик лампы 6К7. Стандартный входной уровень усилителя VGA обеспечивает отсутствие искажений, так как лампа не будет перегружаться.

Фото 1

Корректор сигнала состоит из четырех основных элементов:
- полосовой фильтр с заданным диапазоном, позволяющий отсекать лишний шум и призвуки;
- компрессор-усилитель на лампах 6Н6 и 1620;
- усилитель на триоде 1620 с трансформаторным выходом;
- выпрямитель, с которого подается в усилитель управляющий сигнал постоянного тока.

На фото 1 показаны практически все элементы канала управления. Сверху вниз: управляющий светодиод, выпрямитель, усилитель с управляемым коэффициентом передачи с двумя регуляторами громкости, блок эквалайзера, мастер-регулятор уровня выходного сигнала и 20-ваттный усилитель. Схема включает в себя также однокаскадный предусилитель (до управляемого усилителя) и 60-ваттный усилитель, включаемый после 20-ваттного (на фото не показаны).

Многоканальный звуковой проектор

Этот звуковой проектор (см. фото 2) мог читать одновременно четыре звуковые дорожки со стандартной 35 мм пленки. Он синхронизировался с кинопроектором. Проекционная лампа и лентопротяжный механизм показаны на фото 3.

Главный элемент оптической системы - 10-вольтовая просвечивающая лампа, расположенная в левом отсеке звуковоспроизводящего блока. Все четыре звуковые дорожки одновременно сканируются бесщелевым оптическим устройством. Просвечиваемая оптическая фонограмма проецируется на систему из четырех поворотных цилиндрических линз, которые направляют изображение далее на фотоэлементы.

Фото 2

Оптическое печатающее устройство

Для системы Fantasound было разработано специальное печатающее устройство, позволяющее перемещать четыре звуковые дорожки двойной ширины на 35-мм кинопленке с негативов стандартной ширины.

Печатающее устройство было способно осуществлять автоматический монтаж путем склеивания ленты. Эта операция осуществлялась с помощью двух рычагов-переключателей, обеспечивающих реверс ленты. При обрыве ленты автоматически засвечивался участок на позитиве, после чего оригинал и склеенная лента синхронизировались с помощью механизма задержки. В нижней части принтера расположена лампа-контроллер направления считывания ленты, оставляющая стреловидный отпечаток на позитиве при каждом полном обороте барабана. Для этого использовалась стандартная 10- вольтовая лампа накаливания, вмонтированная в светонепроницаемую камеру, расположенную над барабаном. Этот оптический принтер оказался очень устойчив к детонациям - искажения составляли менее одного децибела (среднее число на 100 циклов).

История развития Fantasound

Система Fantasound качественно отличалась от всех существовавших в то время аналогов, и за короткий срок стала стандартом для театров и кинозалов. Проследим историю ее дальнейших модификаций.

Несколько сотен вариантов усовершенствований системы так и остались на бумаге. Было сконструировано и опробовано около десятка вариантов, и даже после премьеры "Фантазии" (ради которой система и была создана) исследования прекращены не были.

Фото 3

Система Mark I состояла из трех равноудаленных друг от друга громкоговорителей, расположенных перед экраном, и еще пары в противоположных экрану углах зала. Звуковое сопровождение разделялось на два канала, один из которых поступал в центральный громкоговоритель, а второй разделялся между остальными четырьмя. На базе этой системы были продолжены эксперименты с широкополосным источником звука.

Mark II являлся простым расширением первой версии, дополненным двумя громкоговорителями, размещенными на боковых стенах примерно посередине их длины, и одним источником на потолке в центре помещения. Система воспроизводила все те же три канала, и, кроме возможности имитации плавного перемещения звукового источника вокруг зрительного зала (как это было у Mark I), могла имитировать движение источника непосредственно от одной боковой стены к другой, а также от экрана к задней стене.

Первое время при гастрольных турах с "Фантазией" (ради демонстрации мультипликационного фильма в соседнем городе устраивали гастрольный тур!) необходимо было перевозить полный комплект акустического оборудования, включая микшерный пульт с возможностью ручного управления пространственными эффектами. Затем стало ясно, что управлять пятью параметрами одному человеку сложно - проще записать все пропорциональные изменения громкости один раз, чем пытаться добиться абсолютного тождества на каждом кинопоказе. Использование системы управления с помощью пилот-тона и было изначально предложено для борьбы с этими трудностями.

Система Mark III была разработана на основе анализа трудностей и проблем, возникавших в процессе эксплуатации фильма. В эту систему входил одноканальный экспандер Togad. Можно сказать, что именно с Mark III началась борьба с перекрестными наводками, искажениями, шумами, нежелательными акустическими характеристиками помещения и другими ухудшающими качество сигнала явлениями.

Возникшая вслед за Mark III система Mark IV практически ничем не отличалась от предыдущей (восемь громкоговорителей, три канала передачи), но вместо усилителя Togad все операции были выведены на ручное управление. Система использовала восемь управляющих сигналов, логарифмически распределенных в диапазоне 250:6300 Гц. Mark IV была установлена в отделении музыкальных и аудиоисследований студии "Гиперион" в 1939 году, где использовалась при изучении акустики. Ее размеры были 10 метров в длину и больше метра в ширину, при разработке и конструировании одного экземпляра потребовалось 400 радиоламп. Но зато все монтажные соединения выполнялись на стандартных джеках, поэтому практически любая перекоммутация выполнялась в считанные минуты.

В 1940 году в Бербанке (Калифорния) была установлена новейшая модификация Mark V. Стандартный "джентльменский набор" из восьми громкоговорителей, трех каналов и восьми управляющих тонов был дополнен новой усовершенствованной электронной схемой управления. Система функционировала только один день, не из-за технических проблем, которых, впрочем, и не было, но по сознательному желанию звукорежиссера, монтажера звука и инженера сведения, которые больше не могли запоминать от одного прослушиванию к другому, "откуда что теперь должно звучать". Вновь человеческий фактор стал тормозом прогресса:

Появившаяся вскоре система Mark VI была предельно простой: три громкоговорителя, три канала и три контрольных тона. Первая удачная перезапись "Фантазии" была осуществлена именно на этом варианте. Использовалось десять микшерных пультов с тремя секторами - "левый, центр и правый" - в каждом. Кроме того, три пульта потребовалось для соответствующей передачи управляющих сигналов. Очень скоро обнаружилось, что огромное количество соединений, постоянных переключений и настроек делают практически невозможным само осуществление записи, потому что постоянно что-нибудь "вылетало", терялось и так далее. Эту проблему удалось частично разрешить использованием дифференциальной переходной цепи - количество микшерных пультов сократилось до шести.

Система Mark VII функционально походила на шестую версию. Это была разработка корпорации RCA (Radio Corporation of America). Существенным отличием от предыдущих версий была лишь замена билогарифмического выпрямителя управляющего сигнала линейным, что расширило амплитудный диапазон системы.

Фото 4

Фото 5

Фото 6

Фото 7

Фото 8

Фото 9

Оставалось лишь привести в более-менее человеческий облик все это нагромождение лампочек, рычагов, барабанов - появилась система Mark VIII, которая была инсталлирована на Бродвее для мировой премьеры "Фантазии", состоявшейся 13 ноября 1940 года. Правда, на этом представлении микширование каналов производилось "живьем" вручную оператором под присмотром самого Стоковского.

Реальная эксплуатация Fantasound началась уже позже.

Дальнейшие модификации системы в основном касались ее физического воплощения. Появилась система Mark IX, проработавшая в восьми гастрольных турах, и два набора тыловых громкоговорителей, которые могли вручную подключаться в дополнение к левому и правому громкоговорителям.

Вскоре в Круглом театре "Карфаген" в Лос-Анджелесе была установлена система Mark X, включавшая в себе комплекс механических реле и тиристоров, позволявший осуществлять автоматическое управление тыловыми громкоговорителями. Эта система состояла из 54 громкоговорителей, размещенных по периметру помещения.

Озвучивание и дубляж

Практически все номера "Фантазии", кроме "Ученика Чародея" и вокальной части "Ave Maria", были записаны в зале Филадельфийской Академии музыки. При записи использовался восьмиканальная оптическая система записи (фото 4) - магнитофонов профессионального вещательного качества еще не существовало в природе!

Записи начались в апреле 1939 года, и продолжались полтора месяца. За это время было потрачено более 150 километров кинопленки. Для записи оркестра применялись лучшие на то время микрофоны - ленточные преобразователи скорости RCA 44 (фото 5).

На отдельные каналы записывались скрипки, виолончели и контрабасы, альты, медные духовые, деревянные духовые и литавры - итого шесть каналов. На седьмой канал поступал смешанный сигнал с этих шести каналов, а на восьмой - сигнал с общего микрофона, установленного в зале. Позже был добавлен девятый "технический" канал с временными метками для мультипликаторов. Сигнал с каждого из первых шести каналов пульта отслеживался отдельным звукооператором через головные телефоны (фото 6), а с восьмого канала поступал в контрольный монитор. Надо отметить, что впервые была использована запись оркестра с наложением. В этом фильме многое было впервые:

В качестве индикаторов уровня использовались катодные осциллографы с цветовым разделением недогрузки, нормальной работы и перегрузки входного усилителя. Для этого использовалась светопропускающая краска. "Ученик Чародея" был записан в Голливуде на аналогичной многоканальной системе, а для записи Ave Maria потребовалось всего три канала: мужской вокал, женский вокал, и общий микрофон для добавления реверберации (фото 7).

Затем наступил этап дубляжа. Использовалось от восьми до десяти каналов, в зависимости от номера. Каждый канал микшировался отдельным оператором! На фото 8 они сидят рядом в первом ряду в зале просмотров. К трем выходам микшерной консоли было подключено три рекордера - по одному на каждый канал воспроизведения - левый, правый и центр. На фото 9 показана система дубляжа Mark VIII - именно на ней был создан окончательный вариант звуковой дорожки фильма.

Фильму была суждена долгая жизнь. В 1955 году он был перенесен на магнитную ленту. В то время только появлялись стереомагнитофоны, и еще не существовало студийных многодорожечных, но в 1956 году Дисней выпустил фильм в системе Superscope с четырехканальной магнитной фонограммой на кинопленке. И так каждый раз - когда появлялось какое-нибудь техническое новшество, фонограмму "Фантазии" подвергали ремастерингу в соответствии с новым, самым прогрессивным на тот момент форматом. В 1982 году фонограмма фильма была переведена в цифровой формат с использованием четырехдорожечного рекордера Soundstream и частоты дискретизации 50 кГц. Сейчас "Фантазия" уже выпущена на DVD и подготовлена к кинопоказу в формате 7.1.

Мог ли Уолт Дисней в далеком 1940 году мечтать об окружающем звуке? Вполне вероятно, что да. Посмотрите еще раз на фото 8. Нельзя не заметить, что фильм - широкоэкранный (в начале 40-х годов!), хотя в прокате долгое время был только в обычном варианте.

Творческие идеи гениального художника намного опережали свое время: Поэтому и по сей день "Фантазия" смотрится шедевром даже на фоне современных компьютерных визуальных и звуковых технологий.