I codec audio surround come il Dolby Digital, il Dolby Atmos e il DTS (HD, :X, ecc.) servono a ricreare gli effetti sonori di una sala cinematografica, da concerto o di uno stadio anche nel salotto di casa o in qualsiasi altro ambiente tramite altoparlanti e cuffie. Scopriamo come funzionano questi codec, cosa permettono di fare e in quali programmi televisivi e contenuti sono disponibili.
Come vi abbiamo già spiegato in questo articolo dedicato ai sintoamplificatori Home Theater, per trasformare il salotto in una sala cinematografica, da concerto, in una postazione di gioco o in una tribuna da stadio non basta possedere un televisore 4K di grandi dimensioni, ad esempio da 55 o 65 pollici, oppure un videoproiettore abbinato ad un megaschermo da 80 o 100 pollici.
Oltre a immagini grandi e di ottima qualità serve anche un’audio all’altezza delle aspettative, proprio come al cinema o allo stadio durante un concerto, capace di emozionare lo spettatore e coinvolgerlo insieme al contenuto video ad altissima definizione.
Per ottenere l’effetto di “circondamento” (surround) in cui lo spettatore viene attorniato da suoni, effetti, voci e musiche provenienti da tutte le direzioni o da punti specifici, così da catapultarlo al centro della scena di un film, di una serie Tv o di un videogioco, è necessario che l’audio venga riprodotto da più canali e non solo da due (stereo).
Come funzionano i sistemi audio “multicanale”
Di norma gli impianti Home Cinema utilizzano 5.1 canali audio che richiedono sei diffusori acustici posizionati di fronte allo spettatore (3 – destro, centrale e sinistro), dietro (2 – surround posteriore destro e sinistro) e un subwoofer (il numero dopo il “punto”).
Alcuni impianti Home Cinema come ad esempio le soundbar (vedi qui e qui) non richiedono la presenza “fisica” di sei, sette, otto o più diffusori acustici perché gli effetti sonori dei canali vengono ricreati “virtualmente” da soli due o tre altoparlanti e dal subwoofer esterno o interno grazie a sofisticati processori digitali del suono (DSP) e dai codec audio surround che vedremo tra poco.
Gli stessi processori e codec permettono di godere dell’audio surround con un normale paio di cuffie o auricolari stereo, anche a chi non può permettersi, per ragioni di spazio o convivenza, di avere in salotto sei o sette casse acustiche e di farle suonare quando lo desidera, oppure durante le sessioni di gioco su PC o console in studio o cameretta.
Come vengono suddivisi i suoni tra i diffusori acustici
Come anticipato, un tradizionale impianto Home Cinema (chiamato anche Home Theater) a 5.1 canali utilizza sei diffusori acustici separati che servono a riprodurre in modo indipendente, reale o simulato (vedi sotto), i suoni e gli effetti che nell’immagine video provengono da specifiche direzioni.
Al canale centrale frontale è affidato il compito di riprodurre i dialoghi di film, serie TV o di un qualsiasi altro contenuto o programma televisivo. Per questo motivo va posizionato sotto o sopra il televisore o il telo da proiezione (se si usa un videoproiettore).
I due canali frontali destro e sinistro servono invece a riprodurre la musica, gli effetti sonori anteriori (es.: movimento di un’automobile da destra a sinistra) ed altri contenuti audio a seconda della tipologia e della scena ad eccezione dei dialoghi. L’altezza di posizionamento deve essere simile a quella del canale centrale.
I canali surround posteriori hanno il compito di riprodurre gli effetti di movimento anteriore/posteriore (e viceversa) e quelli ambientali (voci e suoni di fondo). Vanno sistemati alle spalle dello spettatore ad un’altezza superiore a quella della testa.
Il subwoofer è una cassa acustica dedicata alle frequenze “ultra-basse” (musica, effetti ambientali e sonori come le esplosioni – canale LFE – Low Frequency Effects) che gioca un ruolo fondamentale in un impianto Home Cinema, soprattutto in quelli dotati di diffusori acustici di piccole dimensioni che faticano a riprodurre le frequenze basse.
Rispetto agli altri diffusori il subwoofer è più ingombrante ma è anche molto meno esigente in termini di posizionamento perché le frequenze basse, a differenza di quelle acute e medie, hanno scarsa direzionalità. È quindi sufficiente scegliere un luogo dove non sia troppo “soffocato” come, ad esempio, contro una parete, in un angolo della stanza o accanto al divano.
Sempre più impianti Home Cinema (ma anche soundbar) utilizzano 7.1, 7.2, 5.2.2, 7.2.2 o 7.2.4 canali. Il primo numero comprende altri due diffusori surround, questa volta in posizione laterale rispetto allo spettatore, per incrementare la spazialità e la precisione di posizionamento degli effetti sonori ambientali. Il secondo numero dopo il punto si riferisce ai subwoofer (due invece di uno) per diffondere meglio i toni ultra-bassi in tutta la stanza mentre il terzo numero (x.x.2 oppure x.x.4) fa riferimento ai due o quattro canali aggiuntivi per gli effetti audio di “altezza” (vedi sotto Dolby Atmos e DTS:X) che aggiungono tridimensionalità al suono fino a raggiungere una copertura di 360° invece che di 180°.
A cosa servono i codec audio surround
Per indirizzare correttamente gli elementi sonori di un qualsiasi contenuto video (film, serie Tv, concerto, videogioco, programma televisivo, ecc.) come la musica, i dialoghi o gli effetti verso il canale predestinato (es.: frontale destro, sinistro o centrale, surround posteriori, subwoofer, ecc.), è necessario che il flusso audio analogico o digitale venga prima codificato in fase di creazione e trasmissione (DTT, SAT, streaming, file video, DVD, Blu-ray, ecc.) e poi decodificato dai circuiti elettronici dell’apparecchio ricevente (soundbar, sintoamplificatore Home Cinema, ecc.).
Entrambe le fasi di COdifica e DECodifica richiedono l’utilizzo di speciali CODEC (codificatori e decodificatori hardware e software) che servono appunto ad organizzare le informazioni dei singoli elementi del suono, elaborarli e a inviarli singolarmente agli amplificatori e ai diffusori acustici del sistema Home Cinema.
Questi codec sono capaci di trasformare un suono stereo in surround, quindi senza bisogno di codifica preventiva, applicando algoritmi predittivi basati sulla tipologia e la frequenza dell’elemento sonoro (voci, effetti ambientali, ecc.) così come mantenere inalterate le informazioni sonore surround, e quindi l’effetto di circondamento e posizionamento spaziale degli elementi sonori, anche se l’ascolto avviene con cuffie e auricolari stereo (2 canali).
I principali codec surround Dolby e DTS
Fin dagli anni 70, alcune aziende del mondo audio come la britannica/americana Dolby hanno intuito le grandi potenzialità del suono multicanale in ambito cinematografico, introducendo i primi sistemi surround come il Dolby Stereo (1975).
Nel corso degli anni 80 e 90, l’evoluzione dell’audio multicanale è stata inarrestabile, sia al cinema che in ambito domestico, con il perfezionamento dei primi standard surround analogici, lo sviluppo di quelli digitali e l’arrivo di nuovi player di mercato come l’americana DTS (Digital Theater System) che ha lanciato il suo omonimo codec con il film Jurassic Park (1993).
Dolby Surround, Pro Logic e DTS Neo:6
I primi codec surround ad utilizzo domestico sono stati il Dolby Surround e il Dolby Pro Logic.
Erano in grado di ricreare un suono surround a 3, 4 o 5 canali partendo da una semplice sorgente stereo e simulando, come spiegato sopra, i canali aggiuntivi centrale e surround.
Nel corso degli anni il Dolby Pro Logic si è evoluto fino alle attuali generazioni “IIx” e “IIz” capaci di generare fino a 10 canali “matriciali”, cioè simulati (3 frontali “bassi”, 2 frontali “alti” – solo IIz per gli altoparlanti di “altezza”, 4 surround e LFE per il subwoofer) da un segnale audio stereo, Dolby Stereo, Dolby Surround, Dolby Pro Logic o Dolby Pro Logic II, sia analogico che digitale.
I codec Pro Logic di nuova generazione supportano tre diverse modalità di riproduzione per ottimizzare l’ascolto di film (modalità Cinema), concerti (Music) e l’audio dei videogiochi (Game).
Questi codec sono tuttora integrati in molti sintoamplificatori Home Theater e soundbar e rappresentano la soluzione ideale per aggiungere gli effetti surround, anche a 360° con Pro Logic IIz, ai contenuti stereofonici di CD, DVD e programmi televisivi DTT/SAT quando non sono disponibili le tracce surround “discrete” (reali – vedi codec sotto).
Anche DTS ha messo a punto diversi codec surround con caratteristiche e prestazioni simili al Pro Logic di Dolby come il DTS Neo:6 (fino a 6.1 canali da sorgenti stereo in modalità Cinema e Music) e il DTS Studio Sound.
Dolby Digital, Dolby Digital Plus e DTS Digital Surround
Dolby Digital (AC-3) è stato il primo codec audio surround di tipo “discreto”, ovvero capace di estrapolare gli elementi sonori di ogni singolo canale (5.1) da un flusso audio digitale in base a come sono stati definiti durante la post produzione audio del contenuto video (es.: rumore di passi sul canale frontale destro, porta che si chiude su quello posteriore sinistro, ecc.).
Voci, suoni di sottofondo e tutti gli altri effetti sonori non vengono suddivisi tra 6, 7 o 8 canali tramite simulazione come avviene, ad esempio con il Pro Logic, ma indirizzati verso il proprio canale di riferimento con più realismo e precisione grazie ai 44,1-48 kHz di campionamento e ai 16 bit di risoluzione.
È stato (e viene tuttora) impiegato nelle trasmissioni televisive satellitari e terrestri, in DVD e Blu-ray, nei servizi di streaming e nei videogiochi.
Il codec Dolby Digital si è evoluto fino al Dolby Digital Plus (E-AC3 – enhanced AC3) per supportare fino a 15 canali “reali” (anche se, per ragioni di banda, è quasi sempre limitato a 5.1 o 7.1 canali) e bitrate massimi di 6144 Mbps (solo 640 kbps per il Dolby Digital “base”) così da garantire una migliore qualità del suono. È ampiamente utilizzato nelle trasmissioni DTT/SAT anche in modalità “2.0” per adattarsi automaticamente agli apparecchi stereo (es.: Tv con due altoparlanti integrati).
Il DTS Digital Surround è un codec equivalente al Dolby Digital (5.1 canali discreti) ma con prestazioni audio superiori grazie ai 24 bit di risoluzione, ai 96 kHz di campionamento (DTS 96/24) e ai 1536 kbps di bitrate. È disponibile anche nella versione ES con un sesto canale surround posteriore di tipo “discreto” (DTS-ES Discrete 6.1) o “matriciale” (DTS-ES Matrix 6.1).
Dolby TrueHD e DTS-HD
I codec surround appena visti effettuano una compressione distruttiva del flusso digitale che comporta inevitabilmente una perdita di qualità rispetto al suono originale (master). Per questo motivo vengono chiamati “codec lossy” e utilizzati quando il risparmio di banda è più importante della qualità audio.
In ambito Home Cinema esistono però anche i “codec lossless”, cioè senza perdita di qualità. I più diffusi in ambito home video (Blu-ray) e streaming (Netflix, Amazon Prime Video, Disney+, ecc.) sono il Dolby TrueHD e il DTS-HD MA (Master Audio).
Il Dolby TrueHD supporta fino a 5.1 canali (a 192 kHz/24 bit) o 7.1 canali (96/24) e rappresenta il “non-plus-ultra” per l’audio surround multicanale di alta qualità con la stessa qualità del flusso originale (studio master). È espandibile fino a 16 canali audio e supporta bitrate fino a 18 Mbps.
Un singolo flusso Dolby TrueHD può contenere fino a tre “mix” indipendenti a 7.1, 5.1 e 2.0 canali per assicurare la piena compatibilità con qualsiasi dispositivo di riproduzione e configurazione Home Cinema.
Questo codec è presente principalmente su supporti “fisici” come i dischi Blu-ray, Blu-ray 3D e Blu-ray 4K, gli unici in grado di supportare la larghezza di banda e lo spazio di memoria necessari a trasmettere e archiviare le tracce audio che lo utilizzano.
Anche il DTS-HD Master Audio, come il Dolby TrueHD, può supportare fino a 6-8 canali audio “lossless” a 192 kHz/24 bit e 96 kHz/24 bit e, per la stessa ragione di prima, si trova quasi esclusivamente nei dischi Blu-ray.
Il DTS-HD è disponibile anche nella versione HRA (High Resolution Audio) che introduce alcune migliorie rispetto al DTS Digital Surround visto sopra (fino a 7.1 canali a 96 kHz/24 bit e bitrate massimo di 6 Mbps) ma utilizzando però una compressione “distruttiva”, cioè “lossy”.
Dolby Atmos e la “X family” DTS
Dolby Atmos, DTS:X, DTS Virtual:X e DTS Headphone:X non sono dei veri e propri codec ma tecnologie audio surround per la creazione e la riproduzione dell’audio multidimensionale che superano il concetto di “canali audio” per abbracciare quello di “oggetti sonori”.
Il Dolby Atmos supporta fino a 128 oggetti sonori distinti, ognuno con le proprie caratteristiche e posizioni (fisse o variabili) nello spazio tridimensionale. A seconda della posizione assunta dall’oggetto in un determinato momento della scena video, il processore audio (decoder) sceglierà verso quali altoparlanti (da 1 a 64) inviarlo.
Lo scopo è quello di creare una “bolla tridimensionale” dove gli effetti sonori si muovono liberamente nella stanza per apparire ancora più reali e coinvolgenti, ad esempio il rumore delle pale di un elicottero che “sorvola” la scena, la pioggia che cade dal cielo o il rombo di un tuono che si ripercuote nello spazio.
Visto che in salotto è difficile (se non impossibile) installare decine di speaker per gli effetti Atmos come nella sala cinematografica, il risultato che si ottiene è molto più limitato ma comunque di grande effetto con due o quattro speaker aggiuntivi “reali” per l’emissione verticale (es.: 5.2.2 o 5.2.4) oppure “virtuali” utilizzando i canali frontali e surround.
La traccia audio in Dolby Atmos viene aggiunta ad un codec già presente (Dolby TrueHD o Dolby Digital Plus) come “substream” codificato spazialmente. Di norma è presente in alcuni contenuti streaming on-demand (Netflix, Prime Video, Disney+ – tramite DD Plus – bassa qualità) e sui dischi Blu-ray (tramite TrueHD – alta qualità). Anche Apple TV+ e le console Xbox X/S supportano l’audio Dolby Atmos.
Anche il DTS:X è una tecnologia surround basata su “oggetti” come il Dolby Atmos ma con la possibilità di ascoltare gli effetti sonori a 360° anche con i tradizionali sistemi 5.1 o 7.1, ovvero senza bisogno di aggiungere altri diffusori acustici, oppure con un sistema multi-speaker (es.: 11.1, 7.1.4, 30.2 – solo DTS:X Pro).
Il merito di questo risultato è della piattaforma Multi-Dimensional Audio (MDA), aperta e senza licenza, che consente ai produttori cinematografici di controllare il posizionamento, il movimento e il volume degli oggetti sonori così come il livello delle voci così da rendere i dialoghi più intelligibili e non farli “soffocare” dagli effetti a 360°.
DTS:X viene incapsulato in una traccia già esistente codificata in DTS-HD Master Audio e, per il momento, è disponibile solo su dischi Blu-ray.
Gli effetti sonori multi-dimensionali a 360° si posso ottenere anche in modo “virtuale” partendo da qualsiasi sorgente (stereo o multi-canale) grazie alle tecnologie Dolby Atmos Height Virtualization e DTS Virtual:X.
Si tratta di tecniche di post-elaborazione che servono a creare l’effetto di una configurazione surround a 7.1.4 canali tramite soundbar e sistemi HT 5.1 senza bisogno di speaker dedicati agli effetti di altezza (con altoparlanti rivolti verso l’alto) e senza tracce audio dedicate.
Da segnalare anche la tecnologia DTS Headphone:X che porta l’esperienza multi-canale a 360° del DTS:X su qualsiasi cuffia e auricolare stereo, simulando la presenza di 11.1 canali per qualsiasi contenuto (film, serie Tv, concerti musicali, videogiochi) dotato di traccia audio codificata ad-hoc.
