LIBRO BIANCO. Audio Cinema: Come le nuove tecnologie stanno aiutanto a realizzare le specifiche audio DCI

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1 LIBRO BIANCO Audio Cinema: Come le nuove tecnologie stanno aiutanto a realizzare le specifiche audio DCI

2 Introduzione A partire dall introduzione degli standard Digital Cinema Initiative1 (DCI) nel 2002, gli spettatori hanno goduto della massima qualità dell esperienza visiva mai offerta dagli esercenti. Con innovazioni come high-frame-rate, 4K digitale e proiezione in 3D mostrate con schermi di dimensioni più grandi e sale dalle maggiori capacità, i registi sono stati in grado di utilizzare le migliorie delle tecnologie di presentazione visiva per spingersi ai confini della creatività e dell espressione cinematografica. Tuttavia, nonostante i progressi della proiezione, l aspetto dell esperienza cinematografica audio deve ancora raggiungere il potenziale dello standard audio DCI. I sistemi audio datati, basati sulle tecnologie a pellicola, sono ancora lo standard nella sale cinematografiche di oggi. Inoltre, mentre vengono sviluppati e rilasciati nuovi e coinvolgenti formati audio digitali, questi sistemi sono limitati nella loro capacità di riprodurre accuratamente questi nuovi formati. Ciò significa che c è un opportunità per gli esercenti di attrezzare le propre sale con sistemi audio all avanguardia per un esperienza audio coerente e migliorata. Parte 1 - Sistemi audio datati I sistemi audio per il cinema sono tradizionalmente divisi in due sezioni: lo schema A e lo schema B. Lo schema A è data dal sistema che contiene la colonna sonora stampata sulla pellicola o sul supporto esterno e il sistema di controllo per riprodurre le tracce audio. Questo include tutta la decodifica richiesta, ri-equalizzazione/de-equalizzazione ( pre-emphasis/de-emphasis) e sincronizzazione. I cinema standard di oggi impiegano sistemi antiquati per lo schema B2 basati sulla tecnologia che è stata sviluppata durante l era del 35mm. La Figura 1 mostra lo schema a blocchi del sistema audio completo della proiezione su pellicola. Lo schema B nelle installazioni precedenti si riferisce a crossover, postequalizzazione, amplificatori e altoparlanti. Questi sistemi hanno in genere un design degli altoparlanti a due, tre e in alcuni casi a quattro vie per canali schermo. Questi diffusori utilizzano driver a compressione a tromba per le alte frequenze con driver a cono, sia come radiatori diretti o in alcuni casi caricati a tromba, per le frequenze più basse. Gli altoparlanti surround sono di solito a due vie utilizzando trasduttori simili a quelli usati per i canali schermo. Gli altoparlanti sono alimentati con amplificatori di potenza a transistor in classe AB, molti dei quali utilizzano alimentatori lineari. Figura 1 Schema completo della riproduzione audio cinema - proiezione su pellicola Schema A Schema B Trasduttore fotografico analogico Pre-amplificatore ottico De-emphasis o decoder riduzione rumore Decoder matrice (se usato) Lettore fotografico digitale Decoder digitale Testina magnetica Pre-amplificatore magnetico De-emphasis o decoder riduzione rumore Ingresso selettore di sorgente Equalizzazione sala e fader Crossover attivo (se usato) Media esterno sincronizzato Amplificatore(i) Crossover passivi (se usati) Senza sincronizzazione Unità altoparlanti Acustiche sala Schermo 1

3 Figura 2 Schema completo della riproduzione audio cinema cinema digitale Schema A Playback file audio digitale Ingresso selettore di sorgente Schema B Equalizzazione sala e fader Crossover attivo (se usato) AUDIO CINEMA Senza sincronizzazione Amplificatore(i) Crossover passivi (se usati) Unità altoparlanti Acustiche sala Schermo Formati audio datati La qualità complessiva dei primi formati audio digitali, come il Dolby Digital3, DTS (ora Datasat Digital Sound4) e Sony Dynamic Digital Audio (SDDS)5, è stata limitata dalla larghezza di banda disponibile sul supporto di memorizzazione, la pellicola, che ha richiesto l uso di una compressione audio digitale con una risoluzione massima effettiva compresa tra 16 e 18 bit per campione a una frequenza di campionamento tra 44,1 a 48 khz. L intervallo dinamico teorico massimo per un segnale audio profondo di 16 bit è 96dB, mentre per una profondità audio di 18-bit è 108 db. La più ampia gamma dinamica offerta dai formati audio digitali, va oltre lle migliori tracce ottiche su 35mm, anche con riduzione di rumore Dolby, pone nuove esigenze per i sistemi audio nei cinema. Per alcuni sistemi audio cinema, le esigenze dei contenuti DCI erano, e per alcuni sono, al limite e talvolta oltre le loro prestazioni. Lo standard audio DCI DCI è stato creato nel 2002 ed è una joint venture tra Disney, Fox, Paramount, Sony Pictures Entertainment, Universal e Warner Bros. Studios. La specifica audio DCI, creata nel 2005, permette formati audio non compressi e di altissima qualità PCM6 lineari con una risoluzione massima di 24 bit per campione e fino ad una frequenza di campionamento di 96 khz. Con la gamma dinamica teorica di 144 db e una profondità di 24 bit specifici, le richieste nei sistemi cinema più datati sono ancora più estreme di quelle dei precedenti formati audio digitali. La parte audio di un film è confezionata con quella visiva, sottotitoli e metadati in un pacchetto cinema digitale (DCP) conforme DCI. The DCI audio standards 20 o 24 bit per campione, 48kHz o 96kHz frequenza campionamento Fino a16 canali a larghezza di banda completa Contenitore WAV, PCM audio non compresso Lo standard DCI è stato sviluppato per fornire agli esercenti un pacchetto comune che comprende un formato audio che ha il potenziale per mostrare una riproduzione più accurata del materiale originale. Per molti cinema con sistemi di proiezione digitale, come si vede nella figura 2, solo lo schema A del sistema audio cinema è stato aggiornato. L apparecchiatura dello schema B è la stessa di quello usato prima del passaggio alla proiezione digitale The B-chain is anything from the output of the sound processor to the loudspeakers, including the amplifiers, signal processors, and cabling

4 Opportunità di miglioramento: S ei problemi comuni di performance con i sistemi audio datati Molte sale cinematografiche odierne non sono in grado di realizzare il potenziale dell audio non compresso DCI, perché utilizzano ancora componenti datate nella tecnologia audio. I sei problemi di prestazioni più comuni con i sistemi audio standard antiquati sono: 1 Compressione di potenza nei driver degli altoparlanti Nonostante il migliorato design a motore magnetico, driver e woofer a compressione hanno le loro bobine racchiuse in una stretta struttura magnetica. Anche con i migliori elementi di design, la temperatura di funzionamento delle bobine può raggiungere i 392 F (200 C). Siccome la temperatura della bobina aumenta, aumenta anche l impedenza della bobina in modo tale che il driver emette meno potenza e il volume del suono emesso tende verso il basso. Modelli di dispersione dei driver 2 Controllo direzionale (altoparlanti) Molti altoparlanti cinema datati utilizzano trombe collegate al driver a compressione per il controllo direzionale. Queste trombe possono utilizzare diversi metodi per il controllo direzionale, ma qualunque sia il metodo, il controllo è efficace solo fino ad una certa frequenza minore, determinata dalle dimensioni dell apertura della tromba. Inoltre, la direzionalità a frequenze più alte può variare nel range di media frequenza del passa banda progettato nel dispositivo. In un sistema a tre vie, la direzionalità dei driver può differire alla frequenza dei cross-over tra i driver a bassa e media frequenza e tra i driver a media e alta frequenza con conseguente copertura frastagliata e irregolare. Un sistema a due vie ha un disallineamento della direzionalità simile tra i driver, anche se uno solo. Come funzionano i driver 3 Distorsione I driver a compressione utilizzati con le trombe generano livelli sonori molto elevati nella loro membrana. I livelli sonori al diaframma in genere iniziano circa a 120dB e possono raggiungere 154dB e oltre. A questi livelli elevati, anche se con motore magnetico, rifasatore e diaframma sono perfetti, la propagazione del suono nell aria (al diaframma, all interno del rifasatore, e nella gola) non è molto lineare a causa del livello sonoro elevato. Come risultato, la propagazione del suono in sé genera prodotti di distorsione prima che il suono entri nella tromba e questi prodotti di distorsione si ingrandiscono tanto quanto si propaga il suono più lontano. Diaframmi più grandi, rapporti di compressione più bassi e compromessi nella progettazione che possono essere usati per abbassare questi prodotti di distorsione hanno a loro volta i loro problemi. Questi problemi includono per i grandi diaframmi maggiori potenzialità di rottura e un uscita inferiore associata a rapporti di compressione più bassi. Compressione driver e tromba Propagazione sferica Cylindrical propagation Compression driver and horn (point source) Dispersion Una compressione pattern of a driver typical standard compression ha un driver modello is spherical, di propagazione sending sound sferica, bouncing che risulta off nella the ceiling riflessione and walls del suono for reduced su soffitto claritye pareti, riducendo la chiarezza complessiva dell audio. Christie ribbon driver (line source) Christie Nonostante ribbon i driver miglioramenti dispersion nella pattern Christie progettazione cylindrical, ribbon resulting driver e nei in componenti, a more focused driver a linear compressione sound with e full trombe clarity sono suscettibili di + problemi di prestazioni come compressione di potenza, distorsione intrinseca e nonlinearità. Inoltre, vi è un interazione dannosa tra driver a tromba e schermi forati, con una conseguente ulteriore distorsione e non linearità. 3

5 4 Non-linearities I driver a cono usati per la riproduzione delle frequenze medie e i driver a compressione tipicamente utilizzati per la riproduzione ad alta frequenza soffrono di non-linearità, ovvero di suoni/imperfezioni indipendenti che sono causa della rottura del cono o della compressione del diaframma driver. Questa non-linearità diventa significativa a livelli sonori medi e diventa progressivamente peggiore a livelli di potenza superiori. Inoltre, vi è il rumore dalle altre parti mobili del driver, come il surround, e lo spider per i driver a cono, nonché le intrinseche non-linearità del sistema a motore magnetico, le quali limitano la gamma dinamica del driver e diventano sostanziali con l aumentare della produzione del driver. La nonlinearità impatta sull esperienza d ascolto, in particolare: la gamma dinamica, la differenza di segnalerumore, spazio in altezza e risposta ai transienti. La gamma dinamica è la differenza tra il livello sonoro più elevato del sistema audio e il livello sonoro più basso. La gamma dinamica è limitata dalla distorsione causata ad elevati livelli sonori e in fondo anche da rumori autoprodotti dal driver dovuti, ma non soltanto, al materiale della membrana o del cono, i cavi e bobina. Una limitata gamma dinamica significa una limitata differenza di segnalerumore tra il livello medio del segnale e rumore. Questo influenza anche l altezza libera, che è la differenza tra il livello di uscita di picco (il limite superiore della gamma dinamica) e il livello medio del segnale. La risposta transitoria è una misura della capacità di un dispositivo di rispondere ai rapidi cambiamenti del segnale, come quello del suono di un effetto speciale, ed è funzione della forza motore del driver, la massa delle parti in movimento del driver e il design della bobina. Coni e diaframmi hanno una massa e questa massa richiede energia per metterli in moto. Una volta in movimento la massa delle parti in movimento ha uno slancio e questo limita la risposta ad alta frequenza del driver, poiché il tempo per cambiare il movimento delle parti mobili del driver aumenta con la massa. 5 Effetti dello Schermo Nella maggior parte delle sale cinematografiche i sistemi di altoparlanti per canale schermo sono montati dietro uno schermo perforato. Anche con trattamenti quali micro perforazioni, lo schermo non è completamente trasparente al suono. L isolamento acustico dallo schermo inizia alle frequenze superiori e basse e questa attenuazione aumenta all aumentare della frequenza. Inoltre, la distanza degli altoparlanti ad alta e media frequenza dallo schermo può anche causare effetti indesiderati. La separazione fra lo schermo e il driver causa riflessioni tra i due, quindi si aggiunge una versione ritardata del segnale, causando un interferenza costruttiva e distruttiva. 6 Efficienza nell Amplificazione Ogni driver in un sistema altoparlanti per cinema bi-amp, tri-amp o quadamp richiede un alimentazione dedicata per l amplificazione da collegare solo a tale driver. Molti cinema stanno usando amplificatori datati che utilizzano un tipo di topologia di Classe AB, che può avere una scarsa risposta ai transienti e una bassa efficienza energetica. Una scarsa risposta ai transienti significa che gli amplificatori sono più lenti a reagire ai rapidi cambiamenti nei segnali in ingresso. Una bassa efficienza di potenza, o efficienza di conversione, significa che gran parte della potenza in ingresso viene sprecata sotto forma di calore e non viene erogata al carico. Mentre questo non può essere considerato costoso in termini di energia elettrica consumata, il carico termico può avere implicazioni di costo più gravi, in quanto il calore deve essere controllato dal sistema HVAC - in termini di maggiore capacità dell unità HVAC, canali di maggiori dimensioni e maggiori costi operativi. 4

6 Parte 2 Realizzare il potenziale Requisiti di prestazione chiave per l audio al cinema e vantaggi dei sistemi audio con driver a nastro Un approccio da sistema integrato, utilizzando nuovi design e tecnologie, può consentire al cinema di realizzare il potenziale della colonna sonora audio DCI. Per realizzare il potenziale dell audio DCI, ogni anello della catena del segnale, a partire dalla fonti dei contenuti, attraverso l elaborazione audio e amplificazione, fino all estesa gamma di diffusori e subwoofer, deve essere preso in considerazione. Le specifiche caratteristiche delle prestazioni che compongono il sistema audio cinema integrato dovrebbero includere: 1 Fonti Contenuto Archiviazione Un blocco multimediale integrato (IMB) o server cinema (che decodifica il contenuto DCP), e per lo schema B, fornisce PCM lineare codificato non compresso, fino a 24-bit, e frequenza di campionamento fino a 96kHz, conforme DCI, fino a 16 canali nel pacchetto (DCP). L IMB è alla fine dello schema A e all inizio dello schema B. Fonti contenuto alternative Includono, ma senza limitarsi, gli ultimi formati audio lossless ad alta qualità come Dolby TrueHD7, DTS HD-Master Audio8 e altri formati lineari PCM. L audio proveniente da queste fonti può avere fino a 24 bit di profondità e una frequenza di campionamento fino a 192kHz. Il numero di canali può variare a seconda della fonte e del materiale. 2 Elaborazione audio Il segnale audio DCP è un flusso multicanale codificato in uno o in molti tra i diversi schemi di codifica audio disponibili oggi. L apparecchio DCP utilizza il Material Exchange Format (MXF)9 per il confezionamento dell audio PCM, che può essere una versione compressa dell audio originale. I requisiti di elaborazione del segnale dei segnali audio PCM includono: Supporto fino a 16 canali di ingresso audio DCI Capacità di decodifica formati audio per contenuti alternativi lossless Conversione ad alta qualità da digitale ad analogico a 24-bit per campione Elevato rapporto segnale-rumore Elevata gamma dinamica Linearità di fase 3 Amplificatori Gli amplificatori in Classe D 10 offrono vantaggi sulla performance per una risposta più rapida ai transienti, uscita ad alta potenza e alta efficienza rispetto alla Classe AB e altri design ora utilizzati in molte sale. Una risposta più rapida ai transienti Una risposta più rapida ai transienti permette una distorsione ridotta, in modo che il materiale in programma venga riprodotto con maggiore precisione, senza la fragilità riscontrata in amplificatori con una risposta transitoria lenta. Uscita a elevata potenza Il formato più piccolo di un amplificatore in Classe D significa che potenze superiori sono possibili con meno spazio di quanto sia necessario per l equivalente in un sistema analogico. Maggiore efficienza Rispetto alla Classe AB e altri design di amplificazione del transistor analogici in cui l efficienza e generalmente circa il 50%, gli amplificatori in Classe D possono raggiungere efficienze pratiche vicino al 90%. Una maggiore efficienza significa che più potenza in ingresso viene portata agli altoparlanti e meno potenza è generata come calore sprecato dagli amplificatori, riducendo direttamente il consumo di energia e con un minor costo di esercizio. Inoltre, un minore accumulo di calore dagli amplificatori può anche ridurre indirettamente i consumi energetici e creare ulteriori risparmi, grazie ai requisiti ridotti per la climatizzazione allo scopo di rimuovere il calore di scarto. 4 Altoparlanti Gli altoparlanti per il cinema di norma impiegano tecnologie driver a compressione, tuttavia, le tecnologie line array e con driver a nastro sono riconosciute per fornire un audio di qualità superiore per i sistemi nelle applicazioni cinematografiche. Un diaframma driver a nastro offre una bassa massa, membrana flessibile con una bobina stampata o montata su di esso. La bobina è piatta (su un piano) e interagisce con il campo magnetico dei magneti posti ai lati della membrana planare. Gli altoparlanti del driver a nastro offrono diversi vantaggi prestazionali rispetto al driver a compressione/tromba e altoparlanti a cono. Compressione a potenza minima I driver a nastro hanno una compressione di potenza inferiore rispetto a quella dei driver a cono e a compressione, dove la bobina è in uno spazio vincolato con flusso d aria limitato. La struttura è aperta su un diaframma del driver a nastro e sebbene l aria non sia un buon conduttore di calore, la maggiore superficie aperta per i conduttori, rispetto a driver a compressione e a cono, offrono un miglior trasferimento di calore dal diaframma all ambiente circostante, così le temperature di esercizio possono essere inferiori per un dato livello sonoro

7 Bassa distorsione A differenza dei driver a compressione, i driver nastro non soffrono di rotture ad alta frequenza, in parte a causa della massa inferiore del diaframma - generalmente circa 1/30 della massa di un driver a compressione. Poiché la bobina è in contatto con la membrana planare, la forza motrice copre una grande percentuale della superficie della membrana piatta, cosa che riduce ulteriormente la distorsione dovuta alla rottura della membrana e altri problemi rilevati in cupole driver a compressione, in cui la bobina è al perimetro del diaframma. Risposta più veloce ai transienti Siccome un diaframma driver a nastro ha meno massa di un driver a compressione, il tasso complessivo di accelerazione/decelerazione del diaframma del driver a nastro può essere più veloce, dovuto alla quantità di moto inferiore, portando ad una migliore risposta verso i transienti. Questo è l ideale per i contenuti per il cinema digitale con un elevato fattore di cresta. Gamma dinamica superiore La risposta più rapida ai transienti che un driver a nastro offre, grazie al design directdrive a bassa massa, aumenta la gamma dinamica a disposizione da circa 10 a 12 db rispetto al driver a compressione, in cui la quantità di moto del diaframma deve essere superata per accelerare il diaframma e poi superarla di nuovo per cambiare direzione. Risposta estesa ad alta frequenza I driver a nastro offrono una risposta in frequenza più estesa rispetto ai driver a compressione. Ciò è dovuto alla trasmissione diretta della bobina piatta attaccata direttamente alla membrana planare. Rispetto alle perdite riscontrate nei driver a compressione, le vibrazioni della bobina devono prima percorrere la bobina, attraverso il giunto tra la bobina e il diaframma, l interferenza del suono che sta transitando e poi di nuovo verso la membrana. Inoltre, la bobina avvolta usata nei driver a compressione è un induttore, così la bobina stessa ha delle perdite che aumentano all aumentare della frequenza. In un driver a nastro, l induttanza dei conduttori piatti planari è molto più bassa. 5 Line array su driver a nastro I driver a nastro sono elementi ideali per il line array, grazie alle loro intrinseche caratteristiche di propagazione cilindrica. Il fattore della forma permette una precisa e continua colonna a matrice verticale dei driver nastro. Un line array in colonna dei driver a nastro offre dei vantaggi rispetto alla tromba utilizzata a compressione e con driver a cono. La maggior parte dei sistemi caricati a tromba ha una dispersione irregolare orizzontale e verticale, quindi la copertura irregolare alla periferia dell area di ascolto e una differenza di livello sonoro tra la parte anteriore e la parte posteriore della sala cinematografica. Un line array a colonna composto da driver a nastro e da piccoli driver a cono offre una direzionalità altamente controllata e con un estrema copertura. Se la lunghezza della colonna aumenta, la copertura verticale in coda alla larghezza di banda della colonna diventa più stretta. Curvando la linea matrice, e variando il segnale di ciascuno dei driver nella matrice, la dispersione di una matrice a colonna può essere meglio abbinata alla zona di ascolto e può avere una copertura migliore e più uniforme. In teoria, un sistema line array ha solo 3dB di attenzione per unità di distanza, rispetto ad un sistema sorgente puntiforme, che ha 6dB di attenuazione per unità di distanza. Come risultato di questa attenuazione ridotta a distanza, un sistema line array basato su driver a nastro può subire una variazione dei livelli sonori di soli ± 2dB sull intera area di ascolto in una sala standard. 6 Subwoofer Riproducendo la porzione a bassa frequenza delle colonne sonore cinematografiche, i subwoofer forniscono un impatto significativo. I subwoofer ad alte prestazioni presentano le seguenti caratteristiche: elevata tenuta in potenza, compressione di potenza ridotta ed elevata disposizione cubica dei box, un estesa risposta alle basse frequenze. Utilizzando i subwoofer per estendere l ampiezza di banda dei canali dello schermo e dei canali surround, si consente una riproduzione dei contenuti a bassa frequenza presenti nelle colonne sonore del cinema, che altrimenti andrebbero persi. La nuova era: L incontro del suono con le immagini Le tecnologie di proiezione cinematografica hanno drasticamente migliorato l esperienza visiva negli ultimi anni. Tuttavia, c è stato un ritardo nel settore riguardo alla realizzazione di sistemi audio cinematografici che possono trarre vantaggio dall alto potenziale di rendimento dello standard audio DCI. Così come il pubblico si è abituato a immagini impressionanti, sono aumentate le loro aspettative anche per un esperienza audio coinvolgente. Dal momento che il tutto è spesso di più della somma delle sue parti, gli esercenti che cercano di realizzare il potenziale dell audio DCI devono utilizzare un approccio di sistema completamente integrato. Sfruttando soluzioni basate sulla tecnologia del driver a nastro, design di altoparlanti line array, subwoofer ad alte prestazioni e amplificazione in Classe D per fornire sistemi audio in grado di realizzare l enorme potenziale dell audio DCI. Gli esercenti sono ora in grado di offrire un esperienza audio avanzata per i propri clienti, migliorando l esperienza degli spettatori e differenziandosi dalla concorrenza. 6

8 Corporate offices Christie Digital Systems USA, Inc USA Cypress PH: Christie Digital Systems Canada Inc. Canada Kitchener PH: EMEA offices Italy Independent Sales Consultant Office Angelo Tacca AT Consulting Immobiliare S.r.l. Via Primo Maggio, Garbagnate Milanese (MI) Italy PH: +39 (0) United Kingdom EMEA Regional Head Office PH: +44 (0) Africa PH: +27 (0) Eastern Europe Representative Office PH: +36 (0) France PH: +33 (0) Germany PH: Middle East PH: +971 (0) Spain PH: Russia Independent Sales Consultant Office PH: +7 (495) For the most current specification information, please visit Copyright 2014 Christie Digital Systems USA, Inc. All rights reserved. All brand names and product names are trademarks, registered trademarks or tradenames of their respective holders. Christie Digital Systems Canada Inc. s management system is registered to ISO 9001 and ISO Performance specifications are typical. Due to constant research, specifications are subject to change without notice. CHRI3697_IT_MAR14