5.1 äänentoisto ja kotiteatteriformaatit

5.1 äänentoisto ja kotiteatteriformaatit Robin Lindroos rlindroo@cc.hut.fi Tiivistelmä Tässä paperissa käsitellään kotiteattereissa yleisesti käytössä olevia monikanavaäänijärjestelmiä, niiden historiaa ja nykypäivän käytännön sovelluksia DVD-Videosta pelikonsoleihin. Myös monikanavaäänentoistoon vaadittavia laitteistoja ja tallennusmediota käsitellään. Erityistä huomiota kiinnitetään kahteen yleisimpään digitaaliseen monikanavaäänitekniikkaan: Dolby Digitaliin ja DTS:ään. Näitä kahta verrataan toisiinsa, pohditaan kummankin hyviä ja huonoja puolia ja soveltuvuutta eri käyttötarkoituksiin. Käsitellään myös lyhyesti näiden tekniikoiden laajennuksia ja muita järjestelmiä, joita lähinnä käytetään elokuvateattereissa. 1. JOHDANTO JA MONIKANAVAÄÄNEN HISTORIA Tässä paperissa käsitellään pääosin 5.1-monikanavaääntä ja sen käytännön soveltamista kotiteattereissa. Tarkastellaan tällä hetkellä ajankohtaisia tallennusformaatteja ja koodausmenetelmiä. Lisäksi tarkastellaan miten laajasti näitä tuetaan uusimmissa kotiteatterilaitteistoissa. Kaksikanavaista ääntä, voidaan ehkä pitää monikanavaäänen yksinkertaisimpana muotona. Stereoääni sai alkunsa 1930-luvun alussa kun mies nimeltä Alan Dower Blumlein kehitti EMI-yhtiössä Lontoossa tekniikan, joka mahdollisti stereoäänen tallentamisen. Oli jo kauan tiedetty miten ihmisen kuulo toimii, ja että ihminen osaa hyvin tarkasti aistia äänilähteen sijainnin. Etenkin musiikkiäänitteisiin haluttiin enemmän eloa ja aidompaa sointia. Yhdelle monokanavalle tallenettu musiikki ei voinutkaan luoda minkäänlaista tilavaikutelmaa. Tämän takia stereoäänen tallennusmenetelmän keksiminen olikin suuri askel äänentoiston kehityksessä. Monikanavaäänen tallentamisesta tuli nopeasti yleisempää ja sitä alettiin käyttää mm. elokuvien äänen tallentamisessa. Disney oli ensimmäisiä, jotka käyttivät kuusikanavaista äänitallennusjärjestelmää elokuvassa Fantasia (Schoenherr, 2001). Myös elokuvateattereissa monikanavaäänen toisto lisääntyi nopeasti 1950-luvulla. Kotikäyttöön tarkoitettuja teatterijärjestelmiä alettiin kehitellä vasta 1970-luvulla. Silloin näkivät päivänvalon sellaiset keksinnöt kuin videonauhurit ja videolevyt. Kotiteattereita varten kehitettiin vuonna 1972 nelikanavainen äänentoistomenetelmä nimeltä Surround Quadraphonic (SQ). Tämä menetelmä koodasi neljä kanavaa kahteen stereokanavaan. Se 1

oli kuitenkin vaikea toteuttaa hyvin sen ajan tekniikalla ja SQ kärsikin mm. huonosta äänenlaadusta. Etenkin kanavien purkaminen kahdesta jälleen neljään oli vaikeampaa kuin mitä luultiin. Laitteiden valmistajat kehittivät myös kilvan omia versioita nelikanavaäänestä ja äänitteiden tuottajat taas joutuivat valitsemaan mitä menetelmää he tukisivat. Vasta 1970-luvun lopulla tekniikka kehittyi kyllin hyväksi. Silloin äänitteiden valmistajat olivat kuitenkin jo luopuneet nelikanavaäänen tukemisesta, koska mikään kaikista eri formaateista ei noussut selvästi johtavaksi. Tämän myötä myös Quadraphonic hävisi nopeasti markkinoilta. Ehkä tunnetuin yhtiö äänentallennusmarkkinoilla on Dolby Laboratories Inc. Yhtiö perustettiin vuonna 1965, jolloin sen päämääräinen toiminta-alue oli äänenlaadun parantaminen tallenteissa. Vuonna 1977 Dolby lanseerasi uuden Dolby Stereo tekniikkansa, ja se otettiinkin heti käyttöön mm. elokuvassa Star Wars. Tekniikka perustui yksinkertaiseen koodausmenetelmään, missä neljä kanavaa koodataan kahteen, signaalien voimakkuutta ja vaihetta muuttamalla. Kanavat olivat perinteiset stereoäänen vasen ja oikea kanava, sekä edessä oleva keskikanava ja yksi takakanava. Kotiteattereille Dolby kehitti nelikanavaisen Dolby Surroundin vuonna 1982. Ensimmäisen sukupolven dekooderit pystyivät tosin vain toistamaan kaksi stereokanavaa edessä ja yhden takakanavan. Vuonna 1987 Dolby toi markkinoille Dolby Pro Logic -dekooderin, joka mahdollisti myös keskikanavan toistamisen Dolby Surround tallenteista. Dolby jatkoi kehittämistä, ja vuonna 1992 tuotiin markkinoille Dolby Digital. Nyt siirryttiin analogisista täysin digitaalisiin signaaleihin ja äänenlaatu parani tämän myötä huomattavasti. Dolby Digital toi myös mukanaan toisen takakanavan ja kanavan pientaajuisille äänille. Kun Dolby Surroundin surround-kanavan taajuusvaste oli välillä 100 Hz - 7 000 Hz, voitiin nyt Dolby Digitalin surround kanavilla toistaa kaikki ihmisen korvalla kuultavat taajuudet 20 Hz - 20 000 Hz, sekä matalia taajuuksia aina 3 Hz asti. 2. MONIKANAVAÄÄNI JA ERI FORMAATIT Tavallisin ja nykyään laajimmin käytössä oleva monikanavaäänijärjestelmä kotiteatterijärjestelmissä on kuusikanavainen ns. 5.1-järjestelmä. Tässä järjestelmässä on viisi tavallista äänikanavaa (etu vasen, etu keski, etu oikea, taka vasen ja taka oikea) sekä yksi kanava pientaajuisille äänille. Tätä kanavaa kutsutaan LFE-kanavaksi (Low Frequency Effects). Kanavan kautta on mahdollista toistaa matalia ääniä jopa kaksinkertaisella äänenvoimakkuudella muihin kanaviin nähden (Dolby Laboratories Inc., 2000). Kanava vaatii vain kymmenennesosan muiden kanavien kaistanleveydestä sen suppean taajuuskaistan takia, joka kattaa taajuudet 3 Hz ja 120 Hz välillä. Muut kanavat voivat toistaa koko ihmiskorvan havaitseman taajuuskaistan 20 Hz - 20 000 Hz välillä. Pientaajuuskanava pystyy siis toistamaan myös ääniä, jotka ovat ihmiskorvalle liian alhaisia. Alle 20 Hz taajuiset äänet ovat kuitenkin tärkeä osa elokuvien erikoistehosteita. Esimerkiksi räjähdysten ja dinosaurusten tömähtelyn matalat äänet aistitaan keholla värähdyksinä. Pientaajuuskanavaa kutsutaan usein virheellisesti myös subwooferkanavaksi. Dekoodauslaitteen subwooferulostulo ei kuitenkaan toista vain LFE-kanavaa vaan kaikkien kanavien bassotaajuuksia. LFE-kanava tuo äänitteeseen lisäinformaatiota matalien taajuuksien toistamisesta ja täydentää pääkanavuien bassoinformaatiota. 2

Etummainen keskikanava toistaa ääniä, jotka tulevat elokuvaruudun keskeltä. Etenkin puhe saadaan toistettua selkeämmin kun se toistetaan yhdestä äänilähteestä eikä kahdesta stereokanavasta. Eri monikanavaääniformaateilla on myös laajennuksia, joilla äänikanavien määrää on lisätty. Näitä laajennuksia käsitellään myöhemmin monikanavaääniformaattien kohdalla. 2.1. Kotiteatteriformaatit Monikanavaääni on alunperin suunniteltu elokuvia varten. Vaikka elokuvateattereissa käytetään vielä useampaa kanavaa äänentoistoon kuin kotiteatterijärjestelmissä, perustuvat molemmat järjestelmät kuitenkin yleensä samaan kanavien koodausmenetelmään. Kotiteattereissa yleisimmät formaatit ovat Dolbyn kehittämiä Dolby Surround, Dolby Pro Logic ja Dolby Pro Logic II sekä uusin digitaalinen Dolby Digital, aikaisemmin tunnettu nimellä Dolby AC-3. Toinen yleinen formaatti on Digital Theater Systems eli DTS, joka tuli markkinoille 1993, vuosi Dolby Digitalin jälkeen. Kolmas formaatti, jota tullaan käsittelemään on MPEG2-standardiin perustuva monikanavaääniformaatti, joka kuitenkin on aika pitkälle hävinnyt taistelun Dolby Digitalia ja DTS:ää vastaan elokuvatallenteiden ääniformaattina. Se, mitä formaattia on käytetty on riippunut pitkälti siitä, mitä eri tallenusmedioita on ollut käytettävissä. Alussa oli filmi, joka kotiteattereissa oli usein täysin äänetön kuten esimerkiksi kaitafilmi. Sitten tuli video, joka tarjosi jo kaksi stereokanavaa. Näille kahdelle kanavalle tallennettiin alussa vain kaksikanavaista stereoääntä, mutta myöhemmin kanaviin koodattiin myös kaksi muuta kanavaa. Näin tehtiin Dolbyn Surround ja Surround Quadraphonic -formaateissa. Näiden kahden stereokanavan tallennuskapasiteetti oli kuitenkin aika rajoittunut eikä tarjonut mahdollisuuksia uuden Dolby Digitalin tallentamiseen. Vasta kun DVD levyt, suurella tallennuskapasiteetillaan, tulivat markkinoille, saatiin Dolby Digital myös kuluttajien koteihin. Videolevityksessä olevien elokuvien ääniraidat ovat melkein poikkeuksetta olleet Dolby Surround -koodattuja. Dolby Pro Logic dekooderit osaavat näistä kahdesta Dolby Surround -koodatuista stereokanavista dekoodata keski- ja takakanavan. Takakanavan kaistanleveys on kuitenkin paljon pienempi kuin etukanavien, ja siitä toistetaan lähinnä vain taustaääniä jonkinlaisen tilavaikutelman luomiseksi. Dolby Pro Logic II on Pro Logicin laajennus, jolla Dolby Surround koodatusta materiaalista dekoodataan keinotekoisesti, eri algoritmeja käyttäen kaksi erillistä takakanavaa. Takakanavien kaistanleveys on myös sama kuin etukanavien. Miksi sitten kehitellä dekoodausmenetelmä, joka ei sinänsä tuo mitään uutta äänen sisältöön kun Dolby Digital on jo markkinoilla? Siksi, että halutaan vanhojen tallenteiden kuulostavan paremmalta uusissa monikanavaäänentoistolaitteistoissa. Dolby Pro Logic II on vain yksinkertaisesti menetelmä, jolla pyritään tekemään vanhojen Dolby Surround äänitteiden ääni kuulostamaan enemmän 5.1 monikanavaääneltä. Dolbyn uusin formaatti on siis Dolby Digital, joka tuli jokaisen ulottuville DVD-levyjen tultua markkinoille vuonna 1997. Kovan kilpailun jälkeen Dolby Digitalin ja DTS:n välillä päättyi Dolbyn voittoon kun Dolby Digitalista tuli DVD-levyjen standardi ääniformaatti (Dolby Laboratories Inc., 2002). Dolby Digitalia käsitellään myöhemmin. 3

DTS on toinen digitaalinen monikanavaäänen tallennusmuoto, joka on käytössä kotiteatterijärjestelmissä. DTS tuli markkinoille vuosi Dolby Digitalin jälkeen, vuonna 1993. Silloin DTS:ää käytettiin ensimmäisen kerran elokuvassa Jurassic Park. Vaikka DTS hävisi kilvan DVD-levyjen standardikilvassa, ei se ole kuitenkaan tarkoittanut DTS:n häviämistä kotiteattereista. Monet ovat sitä mieltä että DTS tuo paremman äänenlaadun ja monista DVD-levyistä onkin olemassa sekä Dolby Digital että DTS-ääniraidoilla varustetut versiot. Myös useimmat DVD-soittimet osaavat dekoodata DTS-ääniraidan kotiteattereiden vahvistimia varten. DTS:ää käsitellään myöhemmin. Vähiten käytetty monikanavaääniformaatti on MPEG2-standardin oma Surround ääniformaatti. Myös tässä formaatissa on kuusi erillistä kanavaa kuten Dolby Digitalissa ja DTS:ssä. MPEG2-Surround ääntä yritti Philips kovasti saada mukaan DVDstandardiin ja onnistuikin siinä. Nykysin lähinnä juuri Philipsin DVD-soittimet osaavata dekoodata MPEG2-Surround ääntä. On kuitenkin huomioitava että MPEG2 ääni on standardina muun muassa digitaalisissa televisiolähetyksissä. Dolby Digital on vain suositeltavampi kun lähetyksessä halutaan käyttää 5.1-monikanavaääntä. 2.2. Elokuvateatterit Elokuvateattereihin tarkoitetut ääniformaatit ovat yleensä joko Dolby Digitalin tai DTS:n laajennuksia. Poikkeus on kuitenkin Sonyn SDDS (Sony Dynamic Digital Sound), jolle ei löydy vastaavaa kotiteatteriversiota. Sekä Dolbyn että DTS:n laajennuksia tullaan käsittelemään myöhemmin. SDDS tuo elokuvateattereihin kahdeksan erillistä kanavaa (Sony SDDS, 2001). Edellisiin mainittuihin kuuteen kanavaan SDDS tuo vielä kaksi uutta kanavaa eteen. Toinen keskikaiuttimen vasemmalla ja toinen sen oikealla puolella. Näin edessä (elokuvakankaan takana) on rivissä viisi kaiutinta. Sonyn mukaan silmät näkevät tarkasti mitä juuri edessä tapahtuu, ja näin ollen myös edessä pitää olla paras ja tarkin äänentoisto. SDDS:stä onkin tullut hyvin laajasti tuettu äänentoistojärjestelmä elokuvateattereissa. 2.3. Laitteistot Ennen DVD-levyjen tuloa markkinoille ei juurikaan ollut markkinoita 5.1-monikanavaäänelle. Vasta DVD-tekniikan tultua jokaisen kuluttajan saataville, pääsivät kotiteatterimarkkinat kunnolla valloilleen. Mitä sitten tarvitaan kotiteatterin rakentamiseen, ja etenkin 5.1-monikanavaäänen toistamiseen? Jos lähdetään siitä lähtökohdasta, että elokuvan tallenusmedia on DVD-levy, niin tarvitaan tietenkin DVD-soitin. DVDsoittimia on monenlaisia. Jotkut näistä sisältävät sekä Dolby Digital, DTS että MPEG2- dekooderin. Jotkut taas tarjoavat vain digitaalisen ulostulon ulkoista dekooderia varten. Seuraavaksi tarvitaan monikanavainen vahvistin tai dekooderi-vahvistin yhdistelmä. Dolby Digital ja DTS dekooderilla varustettuja vahvistimia löytyykin jo runsaasti markkinoilta. Jotta äänenlaatu olisi kuulijan korviin asti laadukasta, tarvitaan myös hyvät kaiuttimet: viisi normaalia kaiutinta ja yksi subwoofer pientaajuuskanavalle. Kaiuttimien suositeltu asettelu näkyy kuvassa 1. Sitten puuttuu vain iso laajakuvatelevisio. 4

Kuva1: Kaiuttimien asettelu eri äänikanaville ITU-R BS.775-1 -standardin mukaan. (ITU-R, 1992) 3. DOLBY DIGITAL Kun puhutaan kotiteattereista on luonnollista ajatella, että elokuvat ja televisio ovat tärkeimmät mediat. Elokuvateollisuudessa Dolbylla onkin ollut vankka jalansija jo vuosikymmeniä ja elokuvien ääniraidat ovat olleet lähes kokonaan Dolbyn menetelmillä tallennettu. Digitaaliseen aikaan siirryttäessä Dolby on kuitenkin saanut kovia kilpailijoita etenkin DTS:stä ja SDDS:stä. Dolby on kuitenkin onnistunut säilyttämään johtavan markkina-asemansa juuri kotiteatterijärjestelmien yleistyttyä. Esimerkiksi kaikki SDDSjärjestelmällä äänitetyt elokuvat joudutaan muuntamaan Dolby Digitaliksi kun elokuvaa levitetään DVD:llä. Seuraavaksi tarkastellaan lähemmin Dolby Digitalin tekniikkaa. 3.1. Pakkaustekniikka AC-3 Dolby Digital on nimensä mukaan täysin digitaalinen äänen tallennusmenetelmä. Tämä tarkoittaa sitä, että kaikki äänet tulevat elokuvastudiosta kotiin asti täysin muuttumattomana ja juuri sellaisina kuin elokuvan tekijät ovat ne halunneet. Mikä sitten tekee äänen tallentamisesta niin vaikean ja miksi ääntä pitää ylipäänsä käsitellä joillakin pakkausmenetelmillä? Tähän löytyy yksi tärkeä syy: digitaalisen datan vaatima huikea tallennustila. Jos ääntä ei pakattaisi, tulisi DVD-levy täyteen ainoastaan äänestä eikä kuvalle jäisi mitään tilaa. 5

Dolby Digitalin käyttämä pakkausmenetelmä on Dolby Laboratoriesin kehittämä AC-3 (Audio Codec 3) koodausmenetelmä (Todd, et al. 2002; Davis 1993). Tämä käyttää signaalin koodaukseen niin kutsuttua TDAC (Time Domain Alias Cancellation) menetelmää, joka perustuu siihen että ihmisen korva ei kuule kaikkia ääniä ja taajuuksia ja että ne voidaan siksi poistaa signaalista. Esimerkiksi jonkun taajuisen ja amplitudisen signaalin yhteydessä esiintyvä tätä signaalia vaimeampi tai hiukan pienempi- tai korkeataajuisempi signaali on hyvin vaikea ihmiskorvan havaita. Dolby Digitalin AC-3 pakkausmenetelmä on siis aina häviöllinen. Kaiken kaikkiaan kahdeksan toisistaan riippumatonta kanavaa voidaan tukea, mutta kuluttajatuotteissa käytössä on korkeintaan kuusi. Dolby Digital ei siis välttämättä aina tarkoita 5.1- monikanavaääntä vaan voi olla mitä tahansa yhdestä digitaalisesti koodatusta monokanavasta 5.1-monikanavaääneen. Dolby Digital tukee 48 khz, 44,1 khz tai 32 khz näytteenottotaajuuksia 32 kb/s - 640 kb/s datavirroilla. Kuluttajatuotteissa, kuten DVD:ssä käytetään 384 kb/s tai 448 kb/s datavirtoja. Näin saavutetaan suhteellisen korkea pakkaussuhde, joka on noin 11:1. 3.2. Dolby Digital Surround EX laajennus Elokuvateattereiden äänentoisto on paljon vaativampi kuin kotiteattereiden. Tila on iso ja elokuvien kaikkien ääniefektien on tultava esiin moitteettomasti ja juuri niin kuin elokuvan tekijät ovat halunneet. Siksi Dolby on kehittänyt elokuvateattereille laajennuksen Dolby Digital Surround EX. Tärkein lisä on keskimmäinen takakaiutin. Kaiuttimella ei ole omaa kanavaa, vaan sen signaali on koodattu mukaan molempiin takakanaviin. Siten Dolby Digital Surround EX ei tuo mitään muutoksia elokuvan tallennusmediaan. Elokuvateattereiden pitää vain hankkia dekooderi, jolla tuo seitsemäs kanava saadaan esille. Laajennus tekee myös monikanavaäänestä entistä realistisemman kun takakanavat siirretään sivuille ja uusi EX kanava toistaa äänet suoraan takana. Esimerkiksi lentokoneen ylilento suoraan edestä taakse saadaan kuulostamaan paljon paremmalta EX-laajennuksessa. Kuva 2 esittää tarkemmin miten kaiuttimet tulisi sijoittaa oikein elokuvateatterissa. Kuva 2: Dolby Digital Surround EX elokuvateatteri ja sen vaatimat laitteistot (Dolby Laboratories Inc., 2002) 6

3.3. Tallennusvaatimukset Alunperin Dolby AC-3 koodausmenetelmä suunniteltiin elokuvia ajatellen, ja etenkin filmilevitykseen tarkoitettujen elokuvien ääniraitojen koodaukseen. Oli laskettu että 35 mm filmin kahdelle reunalle mahtuisi enintään 320 kb/s äänidataa virheenkorjauksineen. Siispä ryhdyttiin suunnittelemaan koodausmenetelmää, jolla saataisiin mahdollisimman hyvälaatuista 5.1-monikanavaääntä mahtumaan tämän kokoiseen datavirtaan. Vuonna 1991 AC-3 otettiin virallisesti käyttöön ensimmäistä kertaa elokuvassa Star Trek VI. Digitaalitelevisiostandardeja kehittävät järjestöt Yhdysvalloissa kiinnostuivat myös AC-3-koodauksesta, koska sillä menetelmällä pakattu 5.1-ääni vaati vähemmän tilaa kuin kaksi pakkaamatonta äänikanavaa. Dolby päätti laajentaa AC-3 standardia tukemaan myös muita tallennusmedioita. DVDlevyt olivat kohta tulossa ja se olisi tärkeä markkina Dolbylle. Dolbyn lähtökohtana äänen koodausmenetelmien kehittämisessä on aina ollut tallennusmedioiden rajoitukset. Näihin pitää saada mahdollisimman hyvänlaatuista ääntä. Etenkin Dolby Digitalin kilpailija DTS on kritisoinut Dolbya signaalien liian tehokkaasta pakkauksesta, joka huonontaa heidän mielestään liikaa äänen laatua. Totuus on kuitenkin se, että Dolby on pystynyt kilpailijoihinsa nähden saavuttamaan erinomaisen pakkaus/äänenlaatu-suhteen ja osittain myös tämän takia pystynyt valloittamaan suuren osan monikanavaäänimarkkinoista, joissa rajoitettu tallennuskapasiteetti on huomattava tosiasia. 4. DIGITAL THEATER SYSTEMS ELI DTS Myös DTS sai alkunsa elokuva-alalta. Alunperin DTS:n työryhmällä oli tavoitteena keksiä uusia menetelmiä, joilla elokuvien ääniraitojen kapasiteettia voitaisiin parantaa ja siten äänenlaatua kohentaa. Itse filmille ei enää saatu mahtumaan enempää dataa, joten päädyttiin erilliseen mediaan, jolla elokuvan ääni tuotaisiin teattereihin. Päädyttiin käyttämään CD-ROM:ia. Tekniikka esiteltiin ensimmäisenä Steven Spielbergille, joka innostui siitä sen joustavuuden, ja sen tuomien kustannussäästöjen takia. Tekniikka toimi myös käytännössä kun se otettiin ensimmäisen kerran käyttöön Spielbergin elokuvassa Jurassic Park. Universal Picturesin rahoituksen myötä perustettiin yhtiö Digital Theater Systems vuonna 1993. DTS saavutti nopeasti valtavan suosion elokuvateattereissa. Suosion kasvaessa pohdittiin myös voisiko tekniikkaa laajentaa kotiteattereihin. Siihen tarkoitukseen kehitettiin uusi pakkausmenetelmä nimeltä Coherent Acoustics Coding. 4.1. Pakkaustekniikka CAC DTS:n pakkausmenetelmä eroaa aika paljon Dolby Digitalin AC-3:sta. Ensinnäkin DTS ei käytä ensisijaisesti perkeptuaalista äänen koodausmenetelmää (Digital Theater Systems Inc., 2003). CAC ei myöskään hävitä dataa, jonka takia kaikki alkuperäinen äänidata saadaan toistettua myös dekoodauksessa. Perkeptuaalista koodausta voidaan kuitenkin myös ottaa käyttöön, jos datamäärä on saatava hyvin pieneksi. Tämän takia DTS ei pakkaa datan määrää yhtä tehokkaasti kuin Dolbyn AC-3, mutta saavuttaa tämän takia paremman alkuperäisen äänenlaadun dekoodauksen jälkeen. Esimerkiksi DVD:ssä käytetty datavirta on 1,536 Mb/s 48 khz näytteenottotaajuudella. DTS-koodattu ääni tarvitsee siis keskimäärin yli kolme kertaa enemmän tilaa ääniraidalle DVD:llä. 7

Koodaus-dekoodaus on pyritty toteuttamaan hyvin joustavasti ja tulevaisuutta ajatellen. Kaikki algoritmit, joilla signaalia dekoodataan eivät ole valmiiksi sisäänrakennettuja dekoodauspiiriin, vaan ne lähetetään signaalin mukana käskyinä dekoodauspiirille. Näin voidaan äänen pakkausalgoritmeja muuttaa ja parantaa jos niin halutaan, ilman että kuluttajien tarvitsee hankkia uusia laitteita. 4.2. DTS-ES laajennus DTS:n lajennus tuo aivan samoin kuten Dolby Digital Surround EX yhden kanavan lisää taakse keskelle. Laajennuksen perusmuoto lisää kanavan koodaamalla sen signaalin mukaan kahteen takakanavaan. Toistettuna 5.1-järjestelmässä, laajennetun kanavan äänet kuultaisiin molemmista takakaiuttimista. Laajennuksesta löytyy myös ES 6.1 discrete -versio, jossa kaikki kanavat ovat toisistaan riippumattomia. Nämä laajennukset vaativat kuitenkin uuden sukupolven dekooderin, joka tukee mainittuja laajennuksia. Toisin kuin Dolby Digitalin laajennus, DTS:n laajennus on myös tarkoitettu kotiteattereita varten. 4.3. Tallennusvaatimukset DTS:n lähtökohta äänenpakkauksessa on ollut hiukan toinen kuin Dolbylla. Äänen laadun tulisi pysyä lähes muuttumattomana, eikä saisi missään tapauksessa kärsiä pakkauksesta. Tämä kuitenkin johtaa vääjäämättä siihen, että tallennusvaatimukset DTSkoodatulle äänelle ovat paljon suuremmat kuin Dolby Digitalilla. Keskimäärin DTSkoodatun äänen signaali vaatii neljä kertaa enemmän tallennustilaa kuin Dolby Digital. Tästä johtuen esimerkiksi DVD-levyillä, joissa on käytetty DTS-koodausta on ollut pakko pakata kuva entistä tehokkaammin, jotta ääni mahtuisi mukaan. Silti, tai ehkä juuri siksi, DTS onkin hyvin suosittu etenkin vaativien harrastajien keskuudessa. DTS-dekooderit olivat vielä muutama vuosi sitten hyvin kalliita ja niitä löytyi vain high-end laitteista. Nykyään DTS-dekoodereilla varustettuja vahvistimia on tullut entistä enemmän markkinoille. Yleensä näissä halvemmissa vahvistimissa on sekä Dolby Digital että DTS dekooderi. Koska DTS on hyvin joustava äänentallennusmenetelmä, se soveltuu myös pelkän musiikin tallentamiseen. 5. VERTAILU DOLBY DIGITALIN JA DTS:n VÄLILLÄ Dolby Digitalin ja DTS:n vertailu voi jossain määrin olla vaikeaa. Molemmat äänentallennusmenetelmät on kehitetty hiukan eri lähtökohdista vaikkakin samaa käyttötarkoitusta ajatellen. DTS vaatii enemmän tallennustilaa, mutta pystyy tämän takia säilyttämään alkuperäisen äänen täyden kirkkauden ja dynamiikan. Dolbyn AC-3 -koodausmenetelmä on aina häviöllinen, eikä yhtä joustava eri käyttötarkoituksiin kuten DTS. Siksi DTS:ää voidaan käyttää myös muualla kuin vain elokuvissa: esimerkiksi DVD-Audio-levyissä ja 5.1-monikanavaäänisissä musiikkitallenteissa. 8

Kotiteattereiden alueella Dolby Digital on selvä johtaja. Suurin syy tähän lienee se, että Dolbylla oli valmis teknologia tarjota jo DVD-standardia kehiteltäessä, jolloin DTS oli vielä hyvin uusi järjestelmä. Tavalliselle kuluttajalle Dolby Digitalin ja DTS:n välinen ero äänenlaadussa ei kuitenkaan ole mitenkään merkittävä, jos sen edes pystyy huomaamaan. Eihän kaikilla ole edes niin laadukkaat äänentoistolaitteistot että eron voisi huomata. Ja kun Dolby Digital vaatii vielä alle kolmanneksen DTS:n tallennuskapasiteetista, niin DVD-standardin luojien valinta oli loppujen lopuksi aika helppo. Dolby Digitalin ja DTS:n välistä eroa on hyvin vaikea mitata millään mittareilla. Ainoa tapa sanoa kumpi on parempi on kuunnella molempia, ja tämän perusteella todeta kumpi kuulostaa paremmalta. Tällaisia kuuntelutestejä on tehty useita ja tuloksena on ollut melkein aina se, että eri koodausmenetelmillä pakatuissa äänissä on kyllä eroa. Koehenkilöiltä on myös kysytty mielipidettä siitä kumpi kuulostaa paremmalta (Neuman, Michael R., viitattu 8.1.2003). Tässä mielipiteet ovatkin sitten jakautuneet aika lailla kahtia ja monet eivät edes ole pystyneet sanomaan kumpi heidän mielestään kuulostaa paremmalta. Kun otetaan huomioon se, että Dolby Digital pakkaa äänisignaalin melkein kolmasosaan DTS:n signaalista, on helppo ymmärtää miksi Dolby Digitalista on tullut niin suosittu. DTS:ää markkinoidaan myös sen ylivoimaisesti paremmalla äänenlaadulla, joka siis ei itse asiassa ole yhtään niin ylivoimainen, ei ainakaan DVD-tallenteissa. Kuluttajilla on kuitenkin nykyään hyvä mahdollisuus valita kumpaa äänentallennusmenetelmää haluaa käyttää. Useimmista tunnetuimmista elokuvista tehdää sekä Dolby Digital että DTS-versio DVD:stä. DTS koodauksella varustettu DVD on kuitenkin usein kalliimpi. 6. KÄYTÄNNÖN TOTEUTUKSET Monikanavaääniset järjestelmät ovat viime vuosien digitaalisen vallankumouksen takia yleistyneet rajusti. Kun tallenteet siirtyvät digitaaliseen muotoon, on paljon helpompaa pakata ja tuoda korkealaatuista ääntä kuluttajille asti. Tärkeimmät tekniikat ovat kiistatta DVD ja digitaalinen televisio. Monikanavaääntä on kuitenkin tarjolla myös esimerkiksi monessa tietokone- ja konsolipelissä. 6.1. DVD DVD mahdollisti lopullisesti korkealaatuisen kuvan ja äänen toiston kotona. Standardin mukaan DVD:lle mahtuu kahdeksan ääniraitaa, joiden yhteinen datavirran koko on enintään 6,144 Mb/s. Kuulostaa paljolta kun muistamme että esimerkiksi Dolby Digital vaatii vain 448 kb/s kokoisen datavirran. Täysin monikanavaäänisiä, 448 kb/s datavirran ääniraitoja voi kuitenkin olla korkeintaan vain kolme kerrallaan, jotta tarpeeksi korkealaatuinen videokuva mahtuisi myös samalle levylle. DVD:llä on usein esimerkiksi eri kieliversioita ääniraidasta. DVD-Video-standardin mukaan ääniraidan pitää olla joko Dolby Digital tai Linear PCM koodattu. Linear PCM vastaa nykyisissä CD-levyissä käytettyä koodausta, mutta tarjoaa DVD:ssä korkeampaa näytteenottotaajuutta ja tarkempaa kvantisointia. Tätä ei kuitenkaan käytetä elokuvien ääniraidoissa sen vaatiman suuren kaistanleveyden takia. 9

Ylimääräisiä ääniraitoja siis voi olla mukana, joilla esimerkiksi käytetään eri koodausmenetelmää kuten esimerkiksi DTS:ää. Nykyään monet DVD:t sisältävät Dolby Digital -ääniraidan lisäksi myös DTS ääniraidan. 6.2. Digitaalinen televisio Euroopassa kehitetty ja käyttöön otettu digitaalitelevisiostandardi on nimeltään DVB ja pohjautuu samaan MPEG2-standardiin kuin DVD-Video. Myös digitaalisissa televisiolähetyksissä on mahdollista lähettää koodattua monikanavaääntä. Digitaalisessa televisiolähetyksessä Dolby Digital -äänenkoodausta ei kuitenkaan vaadita. Myös DVBstandardissa on päädytty tukemaan Dolby Digitalia monikanavaääniformaattina, kuten DVD:ssä. Jotta kuluttajan olisi mahdollista kuunnella lähetyksiä monikanavaäänellä, pitää digitaalitelevisiovastaanottimesta löytyä tuki Dolby Digitalille. Noin puolet tällä hetkellä markkinoilla olevista vastaanottimista pystyvät poimimaan lähetyksestä Dolby Digital -signaalin. Signaalille on laitteessa oma digitaalinen ulostulo, joka liitetään erilliseen Dolby Digital -dekooderiin. 6.3. Downmixing eli äänikanavien vähentäminen Nykyisin melkein kaikki elokuvien ääniraidat ovat koodattu jollakin monikanavaääniformaatilla: videolla Dolby Surroundilla ja DVD:llä Dolby Digitalilla tai DTS:llä. Kaikilla ei kuitenkaan ole äänentoistojärjestelmiä, jolla toistaa näiden ääniformaattien kaikki kanavat. Vanhassa televisiossa on vain yksi monokaiutin ja tavallisin äänentoistojärjestelmä on edelleen kaksikanavainen stereo. Jotta ääniformaatit olisivat taaksepäin yhteensopivia, tarvitaan siis joku menetelmä, jolla vähentää kanavien määrää menettämättä kanavien sisältämää informaatiota. Monikanavaääntä pitää siis voida toistaa myös stereona tai monona. Dolbyn järjestelmissä 5.1-monikanavaääntä pitää voida myös toistaa Dolby Pro Logic -dekoodauksella. Dolby Digital ja DTS-dekoodereihin onkin aina sisäänrakennettu järjestelmä kanavien vähentämiseen. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että 5.1- monikanavaääni muunnetaan kaksikanavaiseksi stereoääneksi. Dolbyn järjestelmissä kahteen stereokanavaan on vielä koodattu mukaan kaksi äänikanavaa Dolby Pro Logic -dekoodereita varten. Näin voidaan toistaa esimerkiksi DVD-levyltä saatu ääni ihan missä tahansa äänentoistojärjestelmässä, jossa on vähemmän kanavia kuin alkuperäisessä äänitteessä. Käytännössä takakanavien signaalit summataan etukanavien signaaleihin ja keskikanava hajautetaan molempiin etukanaviin. Dolby Pro Logicia varten keskikanava ja takakanavat koodataan Dolby Surround -formaatilla molempiin stereokanaviin. 10

6.4. Pelit Monikanavaääni on löytänyt tiensä myös peleihin. Esimerkiksi Microsoftin uusi Xboxpelikonsoli tukee täysin Dolby Digitalia peleissään (Dolby Laboratories Inc., 2002). Pelien äänet pitää tietenkin myös olla suunniteltu Dolby Digital -koodausta ajatellen, jotta tästä ominaisuudesta olisi hyötyä. Pelissä äänet eivät ole etukäteen Dolby Digital -koodattuja vaan pelikonsoli hoitaa koodauksen pelin aikana. Xboxiin joutuu kuitenkin hankkimaan lisäosan, jotta monikanavaäänisignaali saadaan ulos pelikonsolista Dolby Digital -dekooderiin. Xbox-laitteessa ei ole sisäänrakennettua ulostuloa digitaaliselle äänisignaalille. Sonyn PlayStation 2 pelikonsoli tukee myös Dolby Digitalia, mutta paljon rajoitetummin kuin Xbox. PS 2 peleihin voi jonkun verran lisätä monikanavaääntä, mutta pelikonsolin tekniikalle äänisignaalin kaistavaatimukset ovat liian kovat, jotta Dolby Digital signaalia voitaisiin tuottaa reaaliajassa pelin aikana (Dolby Laboratories Inc., 2002). Standardina PS2-pelikonsoli käyttää kahta PCM-koodattua äänikanavaa. Näissä kahdessa kanavassa on paljon järkevämpää käyttää esimerkiksi Dolby Pro Logic II -koodattua ääntä, jota onkin aika yleisesti käytetty peleissä. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää myös DTSkoodattua ääntä PS2-peleissä. PS2 ei tarvitse lisälaitteita, vaan konsolissa on sisäänrakennettu ulostulo digitaaliselle äänisignaalille. Nykyään on myös saatavilla PC-pelejä, jotka tukevat Dolby Digital koodattua ääntä. Kuten aiemmin jo tuli esille, vaatii Dolby Digital suhteellisen paljon laitteistolta, jolla peliä pelataan. Pelien äänet pitää koko ajan koodata reaaliajassa ja tämä vaatii enemmän prosessoritehoa. Kuten pelikonsoleissa, myös tietokoneessa pitää olla digitaalinen ulostulo äänisignaalille, jotta se voidaan liittää ulkoiseen Dolby Digital -dekooderiin ja vahvistimeen. NVIDIA nforce emolevy on ensimmäinen, jossa on sisäänrakennettu prosessori Dolby Digital koodaukseen ja digitaalinen S/PDIF ulostulo äänisignaalille (Dolby Laboratories Inc., 2002). 6.5. Tulevaisuus Ainakin tällä hetkellä tulevaisuus näyttää hyvinkin valoisalta uusille monikanavaäänitekniikoille. Digitaalisten tallennusmenetelmien yleistyttyä on tullut mahdollista tuoda kotiin asti huippulaadukasta äänentoistoa. Tällä hetkellä Dolbylla on hyvin vahva ote markkinoista, etenkin kuluttajapuolella. DTS:ää ei kuitenkaan pidä missään tapauksessa vähätellä. Ammatilaiset, hifi-harrastajat ja studiot ovat hyvin kiinnostuneita DTStallentamisesta. Jos katsotaan itse tekniikkaa ja kuinka se on rakennettu, on DTS panostanut paljon enemmän tekniikan joustavuuteen ja skaalautuvuuteen. Tulevaisuudessa tallennusmedioiden kapasiteetin vain kasvaessa tulee tehokkaasti pakkaaville koodausmenetelmille olemaan vähemmän käyttöä. Tämä puolestaan lisää varmasti DTS:n suosiota tulevaisuudessa. 11

VIITTEET Davis, Mark F. 1993. Viitattu 8.1.2003. The AC-3 Multichannel Coder. URL:<http://www.dolby.com/tech/ac-3mult.html> Digital Theater Systems Inc. 2003. Viitattu 8.1.2003. Technical Manuals. URL:<http://www.dtsonline.com/home/info.shtml> Disctronics Manufacturing Ltd. internetsivut. 2002. Viitattu 8.1.2003. DVD-Audio Players. URL:<http://www.disctronics.co.uk/technology/dvdaudio/dvdaud_players.htm> Dolby Laboratories Inc. 2000. Viitattu 8.1.2003. What is the LFE Channel URL:<http://www.dolby.com/tech/c.in.0011.LFE.pdf> Dolby Laboratories Inc. 2002. Viitattu 8.1.2003. Cinema Sound FAQ for the Moviegoer. URL:<http://www.dolby.com/tech/m.ot.0006.FilmgoerFAQ.html> Dolby Laboratories Inc. 2002. Viitattu 24.1.2003. A Listener's Guide to DVD-Video. URL:<http://www.dolby.com/dvd/dvdlisten.html> Dolby Laboratories Inc. 2002. Viitattu 8.1.2003. Game Players: A Guide to Game Audio. URL:<http://www.dolby.com/games/players/> Dolby Laboratories Inc. 2002. Viitattu 8.1.2003. NVIDIA First to Deliver Groundbreaking Dolby Digital Real-time Encoder to the Desktop PC Market. URL:<http://www.dolby.com/press/pa.pr.0106.NVIDIA.html> ITU-R BS.775.1. Multichannel Stereophonic Sound System With and Without Accompanying Picture. Geneva, 1992-4. Neuman, Michael R. Viitattu 8.1.2003. Dolby Digital vs. DTS For 5.1 Delivery. URL:<http://music1.csudh.edu/MUS450/Students/MichaelNeuman/dolbyvsdts.htm> Schoenherr, Steven E. 2001. Viitattu 8.1.2003. Motion Picture Sound 1930-1989. URL:<http://history.acusd.edu/gen/recording/motionpicture.html> Sony SDDS. 2001. What is SDDS? System Basics. Viitattu 8.1.2003. URL:<http://www.sdds.com/about_what.cfm> Todd, Craig C.; Davidson, Grant A.; Davis, Mark F.; Fielder, Louis D.; Link, Brian D.; Vernon, Steve. 2002. Viitattu 8.1.2003. AC-3: Flexible Perceptual Coding for Audio Transmission and Storage. Dolby Laboratories, San Francisco. URL:<http://www.dolby.com/tech/ac3flex.html> 12