Como funciona o som surround

Como funciona o som surround
por Tom Harris - traduzido por HowStuffWorks Brasil
Introdução
O cinema mudou muito nos últimos 70 anos. A imagem é mais nítida, a maioria dos filmes
são coloridos e o preço do ingresso aumentaram. Mas a mudança mais radical é nos
efeitos sonoros. Nas salas de cinema da década de 30, toda trilha sonora era executada
em um ou vários alto-falantes posicionados atrás da tela. Hoje, os cinéfilos ouvem sons
vindos de todas as direções. Esta tecnologia, antes presente somente nos
cinemas, também invadiu as casas.
Foto cedida Sony
Sistema de home theater da Sony, contém um DVD com
receptor de som surround e algumas caixas de som
Neste artigo, nós vamos conhecer os sistemas de som surround que se tornaram padrão
nos cinemas. Também vamos falar sobre as configurações de som surround em home
theaters.
O que é o som surround
Existem diversas maneiras de fazer e apresentar uma gravação. O método mais simples,
que foi utilizado nos primeiros filmes sonorizados, é chamado monaural ou simplesmente
mono. Mono significa que todo o som foi gravado em uma pista de áudio ou canal (um
sulco em espiral de um disco ou uma pista magnética em uma fita cassete) que
geralmente é reproduzida em um alto-falante.
Uma gravação em dois canais em que o som é reproduzido em alto-falantes, um em cada
lado do ouvinte, é conhecida como estéreo. No entatanto, esta definição não é tão
precisa. Estéreo (ou estereofônico) se refere a uma faixa mais larga de gravações
multicanal. O som em dois canais é o formato padrão para os receptores estéreo,
televisão e transmissões de rádio FM. As gravações mais simples de dois canais,
conhecidas como gravações binaurais, são realizadas com dois microfones posicionados
em um evento ao vivo (um concerto, por exemplo). Os microfones funcionam como dois
ouvidos. Quando você ouve estes dois canais em alto-falantes separados, sente-se como
se estivesse presente no evento.
As gravações surround adicionam mais canais de áudio. Assim, o som vem de três ou
mais direções. Muitas vezes, o termo "surround sound" se refere tecnicamente ao sistema
multicanal desenvolvidos pela Dolby (em inglês), mas normalmente é usado como um
termo genérico para os sistemas multicanal. Neste artigo, vamos utilizar o termo na sua
forma mais genérica.
Existem microfones especiais que gravam som surround. Eles captam o som em três ou
mais direções, mas esta não é a maneira mais comum de se produzir uma trilha sonora
surround. Quase todas as trilhas surround de filmes são criadas em um estúdio de
mixagem. Os editores de som e técnicos de mixagem usam uma série de gravações
diferentes (diálogos, efeitos sonoros, trilha sonora, etc) e decidem qual o canal ou canais
de áudio eles vão utilizar.
Na próxima seção, vamos aprender um pouco mais sobre o som surround. Vamos saber
como ele foi criado e como era configurado nas salas de cinema antigas.
O som surround no início
O som surround se desenvolveu de maneiras diferentes nos últimos anos. Um dos
primeiros filmes com som surround foi Fantasia"(em inglês) (1941) de Walt Disney. A
platéia ficava imersa em um mar de música clássica. O engenheiro de som da Disney,
William Garity, separou as seções da orquestra em quatro pistas distintas de áudio, que
foram gravadas em pistas óticas de um rolo de filme independente.
As quatro pistas eram reproduzidas em diferentes alto-falantes espalhados pela sala. A
música parecia se mover pela sala e assim era produzido um efeito chamado de efeito
panorâmico. O pan é um efeito em que se abaixa um som (uma melodia de violino, por
exemplo) de um canal ao mesmo tempo em que esse mesmo som aumenta em outro
canal.
Para exibir "Fantasia" em som surround, a sala precisava de um projetor adicional só para
tocar a trilha sonora, além de um receptor e um conjunto de caixas de som, veja A história
do som nos filmes (em inglês).
Este sistema de som não se popularizou na época porque era caro demais e no final dos
anos 50 muitos filmes de Hollywood utilizavam formatos mais simples de multicanal.
Outras diferentes configurações surgiram nesta época, incluindo as famosas Cinerama e
Cinemascope. No entanto, a maioria das configurações utilizava a mesma tecnologia
básica. De uma maneira geral, esses sistemas eram conhecidos como som
estereofônico ou simplesmente estéreo.
Som estereofônico
O som estereofônico utilizava quatro ou mais pistas magnéticas analógicas de áudio em
torno das bordas do filme. Elas não produziam um som tão claro quanto as pistas óticas e
desapareciam com o tempo. Mas as pistas magnéticas ocupavam menos espaço no filme.
O formato padrão do filme não tinha espaço para mais de duas pistas óticas, mas era
possível colocar até seis pistas magnéticas ao seu redor (veja Como funciona o som de
cinema para entender mais sobre o funcionamento das pistas óticas e magnéticas das
trilhas sonoras).
Layout típico de um som estereofônico
Em um sistema estereofônico, três a cinco canais eram reproduzidos em alto-falantes
atrás da tela. O popular sistema de quatro canais era formado por: um canal esquerdo, um
canal direito, um canal no centro e um canal que era reproduzido em diversos alto-falantes
localizados nos lados e no fundo da sala. Alguns sistemas utilizavam cinco canais
diferentes atrás da tela e um canal surround.
Nestes filmes, a maior parte do som é gravada nos canais frontais e as falas parecem
estar saindo da tela. Quando o ator fala do lado esquerdo da tela, o som do diálogo é
reproduzido nos alto-falantes do lado esquerdo. Quando o ator fala do lado direito, o som é
reproduzido do lado direito. A maior parte dos diálogos é reproduzida nas caixas centrais
com o intuito de focar o som na tela. As pistas traseiras são utilizadas para reproduzir
efeitos sonoros, como barulho ambiente ou vozes de pessoas que não aparecem.
Em 1970, a Dolby lançou um novo formato de som baseado nesta mesma configuração.
Na próxima seção, nós vamos saber porque este sistema se tornou padrão para os
cinemas.
Dolby dinâmico
Semelhante ao sistema estereofônico, o Dolby Stereo® original tinha três canais frontais e
um canal surround. Em vez de utilizar as pistas magnéticas, Dolby utilizou a tecnologia
ótica, o que garantia uma melhor qualidade de som. Dolby também utilizou um processo
avançado de redução de ruído que melhorava ainda mais o som (veja Como funciona o
som de cinema). Hoje, Dolby Stereo é o padrão de som analógico graças à qualidade
superior de som e à instalação relativamente simples.
Dolby Stereo armazena informação de som em duas pistas
óticas
Impressionados com a qualidade do som Dolby, os cineastas começaram a utilizar mais o
canal surround. O filme "Star Wars," (em inglês) de George Lucas, foi um dos primeiros a
utilizar o Dolby Stereo. Lucas abusava do som surround para engrandecer as suas cenas
épicas de batalha espacial. Os engenheiros de som perceberam que era possível criar um
efeito em que as naves pareciam sair da tela. Para realizar isso, utilizavam o efeito pan
das caixas frontais para as caixas traseiras.
Layout de uma sala com Dolby Stereo
Outros filmes seguiram o modelo "Star Wars"(em inglês), ao usar uma pista surround para
criar efeitos fantásticos, além de criar um ruído de fundo que enriquecia a cena. Em
versões modernas do sistema surround sound, os donos das salas utilizam um subwoofer
para reproduzir sons de frequência extremamente baixos. Um crossover pode isolar estes
sons de ambos os canais de áudio. Muitos cineastas usam o subwoofer para causar um
poderoso barulho na sala, principalmente em cenas onde existam explosões ou
terremotos. O canal do subwoofer, nos sistemas analógico e digital, também é conhecido
como o canal de efeitos de baixa freqüência (LFE - Low Effects Channel).
Em 1982, a Dolby lançou o Dolby Surround®, uma versão caseira do Dolby Stereo. O
Dolby Surround reproduz o efeito do Dolby Stereo no cinema, mas funciona de maneira
um pouco diferente. Os canais de áudio são gravados em pistas magnéticas de uma fita
de vídeo ou então transmitidos por um sinal de TV, em vez de registrados em pistas óticas.
Os alto-falantes são posicionados da mesma maneira que em uma sala de cinema. A
diferença é que o Dolby original tinha três canais: esquerdo, direito e traseiro. Em 1987, a
Dolby introduziu o Dolby Pro Logic®, que tinha um canal adicional para um alto-falante
central (consulte Como funciona o Home Theater para obter mais informações).
A grande inovação do Dolby Stereo é que ele ocupava menos espaço no filme. Quando os
engenheiros da Dolby começaram a criar o novo formato, descobriram que só seria
possível registrar duas pistas óticas no espaço disponível. Para conseguir separar quatro
canais de áudio, eles desenvolveram um sistema de processamento especial 4-2-4.
Neste sistema, originalmente utilizado nas gravações quadrifônicas do começo dos anos
70, os quatro canais de áudio são registrados em duas pistas. Na próxima seção, vamos
descobrir o segredo deste truque.
Transformando dois em quatro
A idéia básica do sistema de processamento 4-2-4 é criar quatro trilhas de informação a
partir de duas. Basicamente, as quatro trilhas de informação são:
a informação da trilha A
a informação da trilha B
a informação comum entre a trilha A e a trilha B
a diferença entre a informação da trilha A e a da trilha B
Os dois primeiros são bastante evidentes. A trilha A alimenta o falante esquerdo e a trilha
B alimenta o direito. Mas os outros dois canais são um pouco mais complexos. Para
entendê-los, você precisa saber como os alto-falantes produzem som.
Um alto-falante é formado por um eletroimã e um cilindro de metal com uma bobina em
volta. Em volta do eletroimã existe um ímã natural. Quando você envia uma corrente
elétrica para o eletroímã, ele fica magnetizado e funciona como um ímã natural, com pólos
norte e sul. A bobina no eletroimã se conecta com os pólos positivo e negativo do fio do
alto-falante. O amplificador de áudio muda constantemente a direção da corrente para que
a orientação dos pólos também mude.
Ao mudar a orientação dos pólos, a atração do eletroimã com o ímã natural também muda
e isso faz com que o eletroimã se mova. Ao se mover ele empurra e puxa o cone de
papelão, que rapidamente empurra o ar e depois volta. O movimento das partículas de ar
produz o som que ouvimos (para obter mais informações, consulte Como funcionam os
alto-falantes).
Então, um sinal de áudio é apenas uma corrente elétrica. Quando a corrente segue um
caminho, o cone do alto-falante se move para dentro. Quando ela segue o caminho
oposto, o cone vai para fora. O sinal pode ser representado por uma onda oscilante. O tipo
de som produzido depende da velocidade e da distância que o cone percorre. Quem
decide isso é o padrão de oscilação da corrente elétrica.
Em uma configuração de som surround, o sinal do canal central é gravado nas trilhas A e
B. Os sinais centrais de ambas as faixas são idênticos em amplitude e frequência e
também estão sincronizados.
O codificador de som surround transforma quatro canais em
dois
Inversão de fase
Um decodificador de som surround que suporta um canal central vai captar os sinais
idênticos das faixas A e B de acordo com o padrão e a amplitude dos sinais. Em uma
configuração surround sem um alto-falante central, os sinais perfeitamente balanceados
vão criar um "alto-falante fantasma" (a ilusão de um alto-falante) entre os alto-falantes
esquerdo e direito.
O codificador de som surround transforma quatro canais em
dois
O sinal de som do canal surround também está gravado nas faixas A e B, mas como os
sinais são idênticos em cada faixa, eles estão fora de fase. Em vez de estarem
sincronizados, os sinais estão invertidos nas duas faixas de áudio. Dessa forma, os dois
sinais funcionam de maneira contrária. Quando o sinal surround da faixa A diz para o
falante esquerdo se mover para fora, o sinal da faixa B diz para o falante direito se mover
para dentro. Devido a isso, a informação de sinal digital reproduzida pelos alto-falantes
frontais esquerdo e direito se cancelam e você não consegue ouvir nada.
O codificador de som surround divide o canal surround em
dois e os inverte para que eles fiquem "fora de fase"
Um decodificador de som surround recebe as faixas A e B e as coloca novamente em
fase. Com essa mudança, os sinais do lado direito, esquerdo e central estão fora de fase e
então um cancela o outro.
O decodificador de som surround pega a informação fora de
fase dos canais direito e esquerdo e ajusta-os para que
fiquem em fase novamente. Depois, ele direciona o sinal para
os alto-falantes surround.
Além de separar os sinais, os decodificadores surround passam a informação de áudio por
vários filtros e dispositivos de redução de ruído. Os decodificadores Pro Logic usam
elementos ativos para controlar este processo com mais precisão. Confira Decodificador
Dolby Surround Pro Logic: Princípios de operação (em inglês - PDF) para obter mais
informações.
Algumas pessoas descobriram uma maneira de destravar parcialmente o canal surround
utilizando apenas um sistema caseiro de dois canais e um conjunto extra de falantes. Na
próxima seção, vamos ver como isso funciona.
Acessando o canal surround
A maneira mais fácil de acessar o canal surround é por meio de um receptor com um
decodificador de som surround. O decodificador reorganiza a informação fora de fase
que é transportada para um terceiro canal. Para balancear o som, o receptor também
aumenta o volume do canal e faz pequenos ajustes de tempo. Se você tem um aparelho
de som estéreo comum, é possível acessar o som surround, já que toda informação está
gravada nos canais direito e esquerdo.
Para fazer isso, consiga um par de alto-falantes traseiros e posicione-os do lado direito e
esquerdo do ouvinte. Conecte o terminal positivo do amplificador para o canal direito no
terminal positivo do falante traseiro direito. Depois conecte o terminal positivo do
amplificador para o canal esquerdo no terminal positivo do alto-falante traseiro esquerdo.
Para terminar, conecte os dois terminais negativos nos alto-falantes traseiros.
O sistema surround caseiro
Os sinais estéreo que estão em fase nos canais frontais se cancelam nos falantes
traseiros. As correntes positivas do canal esquerdo e direito vão chegar nos terminais
positivo e negativo de cada alto-falante ao mesmo tempo. Dessa forma, a corrente não vai
mudar a posição do eletroimã.
No entanto, os sinais que estão fora de fase no canal estéreo vão formar uma nova
corrente. A corrente destes sinais sairá do terminal positivo do amplificador para o canal
esquerdo enquanto o terminal positivo do alto-falante vai em direção ao terminal positivo
do amplificador e então, para o canal direito. Estes sinais fora de fase movem o eletroimã
do alto-falante traseiro e controlam o som que vem deles.
Para configurar um simples alto-falante central (o que une os alto-falantes estéreo direito
e esquerdo) basta ligar a sua TV. Se for uma televisão mono, ela vai reproduzir os dois
canais ao mesmo tempo. As televisões estéreo também funcionam no nosso experimento
pois os dois canais saem de um ponto próximo.
Uma outra peça fundamental desta configuração é um potenciômetro, dispositivo que
aplica diferentes graus de resistência a uma corrente e com isso reduz a voltagem de um
circuito. Na nossa configuração, o potenciômetro funciona como um controle de volume
para os alto-falantes traseiros. Você pode colocá-lo em qualquer ponto do circuito que vai
para estes alto-falantes. Para obter instruções detalhadas sobre este sistema caseiro,
verifique a Fonte de informação de som surround de Chris Kantack (em inglês).
Obviamente, esta configuração não vai dar a mesma qualidade de som que um receptor
de som surround, mas é um ótimo exercício para entender o funcionamento do som
surround analógico.
Na década de 90, um novo tipo de som surround começou a aparecer nos cinemas e,
desde então, o padrão 4-2-4 começou a desaparecer. Na próxima seção, vamos conhecer
os sistemas de som digital dos cinemas.
Domínio digital: DTS
Atualmente, muitos cinemas utilizam sistemas digitais de som surround. O som digital é
bem diferente do sistema de som analógico.
Nas gravações analógicas, o som é codificado como uma longa e oscilante faixa de
informação. Nas gravações digitais, o som é codificado como uma série de 1s e 0s, igual
a um programa de computador. Desta forma, você pode codificar mais informação e
ocupar menos espaço. Além disso, as faixas de áudio são precisas e nítidas (consulte
Como funcionam a gravação analógica e a gravação digital para obter mais informações).
O som digital apareceu pela primeira vez no filme "Jurassic Park" (em inglês) em 1993.
"Jurassic Park", utilizou uma tecnologia chamada DTS Digital Sound®. O nome foi
inspirado na empresa que patenteou a tecnologia, a Digital Theater Systems (em inglês).
Neste sistema de som, seis canais independentes de áudio são codificados em um ou
dois CDs. A sala de cinema é equipada com um aparelho de CD e um decodificador que
divide estes canais e os reproduz em alto-falantes espalhados pela sala. Como em Dolby
Stereo, o DTS tem três canais frontais de som e um subwoofer. Em vez de um único canal
surround, o DTS tem dois canais para os alto-falantes do lado esquerdo e do lado direito.
A configuração do DTS e do Dolby Digital em uma sala de
cinema
O CD é sincronizado com a imagem por meio de um time code especial. O código, uma
série de pontos e traços que acompanham cada frame, é lido por um leitor ótico especial
instalado no projetor. O leitor lança luz no filme utilizando um diodo emissor de luz (LED).
A luz que passa pelo filme atinge uma pequena fotocélula (em inglês). A fotocélula envia
pulsos de corrente, que são os flashes de luz, para o processador DTS. O padrão
tracejado corresponde ao padrão codificado no CD. O processador compara os dois
códigos e sincroniza o som com a imagem. Para obter mais detalhes, veja Como funciona
o som de cinema.
Domínio digital: Dolby Digital
A Dolby criou o seu próprio formato digital, o Dolby Digital®. O Dolby Digital também é
conhecido como Dolby Digital 5.1® (cinco canais de áudio e um canal de subwoofer),
Dolby AC-3®; (o terceiro codec de áudio da Dolby) ou Dolby SR-D®; (Spectral Recording
Digital). Dolby Digital tem a mesma configuração de falantes que o DTS e ambos soam
bastante parecidos, mas o funcionamento do sistema é bastante diferente. Em vez de
gravar o áudio em CDs, a informação digital é codificada em pequenos padrões gravados
no filme, no espaço entre os buracos da correia.
O leitor Dolby Digital emite um LED por meio deste padrão enquanto o filme passa pelo
projetor. No outro lado do filme, a luz atinge o dispositivo de carga acoplado (CCD).
Esta luz é a mesma utilizada nas câmeras digitais (veja Como funciona o som de cinema:
Dolby Digital para saber mais). O CCD registra uma imagem formada por centenas de
pequenas manchas que representam 1s e centenas de espaços entre essas manchas que
representam 0s. A unidade de processamento Dolby Digital interpreta a informação digital
nesta imagem como um sinal de áudio.
Um leitor Dolby Digital
O Dolby Digital Surround EX® funciona de maneira semelhante ao Dolby Digital, mas inclui
um canal surround extra. Este canal comanda os alto-falantes da parte traseira da sala de
cinema e, como o alto-falante central, ele também pode ser usado para unir os sons dos
canais surround da esquerda e da direita.
Domínio digital: SDDS
A última novidade do som digital de cinema é o Sony Dynamic Digital Sound® (SDDS).
Este sistema tem cinco canais independentes na parte frontal da sala, dois canais
surround localizados em ambos os lados e um canal subwoofer, totalizando 8 canais.
Assim como o Dolby Digital, o SDDS codifica informação digital em um padrão de áreas
escuras e claras no filme. Neste caso, o leitor também tem um laser de um lado do filme e
uma série de fotocélulas do outro. O laser passa a luz somente através das áreas
transparentes do filme. As fotocélulas que não estão expostas à luz transmitem uma
pequena corrente elétrica para o processador, porém, as fotocélulas expostas não a
transmitem. Desta forma, o processador recebe um padrão digital que é interpretado como
um sinal de áudio. Diferentemente dos outros formatos, o SDDS utiliza duas pistas digitais
idênticas para possibilitar uma melhor correção.
Dolby e DTS já lançaram versões domésticas destes formatos populares. Existe até um
sistema surround 7.1 SDDS (sete canais de áudio e um canal subwoofer) disponível para
os consumidores. O som digital não pode ser gravado em fita ou transmitido por cabos
convencionais, mas é a única maneira de codificar informação em DVD. O som digital
também pode ser transmitido via satélite ou cabo digital. Confira Como funciona o Home
Theater para aprender mais sobre estes sistemas caseiros.
Para os cinéfilos em todo o mundo, o som surround se tornou parte integrante do cinema.
Para os cineastas, a criação de uma mixagem surround se tornou um passo importante no
processo de produção. O som surround expandiu os filmes em três dimensões e colocou a
platéia no meio da ação.
Para aprender mais sobre o som surround, incluindo a sua longa história e detalhes
técnicos sobre os sistemas, confira os links na próxima página.