Wstęp

Przysłuchując się rozmowom ludzi zainteresowanych tematem jakości kinowych systemów dźwiękowych, nasuwa mi się tylko jeden wniosek: Dolby Digital dzieli od DTS przepaść jakościowa (oczywiście na korzyść DTS). Właściwie wszyscy, którzy wiedzą coś na temat obu systemów, twierdzą, że nie ma o czym dyskutować, ponieważ DTS jest bezwzględnie najlepszym wielokanałowym systemem kodowania dźwięku. W takim razie, po co poruszać ten temat skoro sprawa dla wszystkich jest jasna i klarowna?

Na wstępie chciałbym tylko powiedzieć, że nie jestem związany ani z firmą DTS ani Dolby Laboratories. Wszystko co tutaj przeczytacie to informacje pochodzące z obu stron barykady, a także z innych niezależnych źródeł, oraz z moich własnych doświadczeń i przemyśleń.

Wyczuwam, że niektórzy moi Czytelnicy już teraz podejrzewają mnie, że mam zamiar napisać coś przewrotnego. No cóż, po części macie rację.

Porównywanie

Proces porównywania, testowania i wykazywania różnic jest bardzo trudny i wymaga odpowiednich warunków oraz dodatkowego osprzętu. Zwykły użytkownik praktycznie nie ma możliwości przeprowadzenia wiarygodnego porównania czegokolwiek (sprzętu, różnych formatów dźwięku, kabli głośnikowych). Mało kto zdaje sobie sprawę, że podlegamy sugestii patrząc chociażby na cenę produktu (jeśli jest drogi to musi być dobry, jeśli jeden jest dużo droższy od drugiego to musi być także od niego dużo lepszy, itd.). Podobnie jest z kinowymi systemami dźwiękowymi mając na uwadze chociażby stopień kompresji dźwięku.

Dla przykładu, aby wyjaśnić dokładnie, o co mi chodzi:
Weźmy nieskompresowany strumień dźwięku o rozdzielczości 24 bitów i częstotliwości próbkowania 96kHz oraz dla porównania także strumień nieskompresowany o rozdzielczości 24 bitów, ale o częstotliwości próbkowania 192kHz. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że zdwojona częstotliwość zaoferuje nam dwa razy lepszą jakość dźwięku (cokolwiek miałoby to znaczyć). Podejrzewam, że wiele osób przeprowadzając jawny test stwierdziłoby, że słyszy oszałamiającą różnicę (w końcu to dwa razy większa częstotliwość), ale jestem przekonany na 99.9% że ta sama osoba przeprowadzając ślepy test, nawet nie rozpoznałaby jednego formatu od drugiego. Jedni uwielbiają mocno ubarwiać swoje odczucia (nawet jeśli różnice są na granicy percepcji ludzkiego słuchu) a inni nie. Ja wcale nie neguje różnic, a jedynie zwracam uwagę na to, w jaki sposób opisujemy swoje wrażenie słuchowe. Dla mnie np. oczywiste jest, że kable głośnikowe zmieniają brzmienie dźwięku, jestem przekonany że dwa identyczne modele wzmacniaczy (będące kolejnymi egzemplarzami) zagrają inaczej. Co więcej, aby było śmieszniej, jestem pewien że żaden wzmacniacz nigdy nie odtworzy tak samo dwa razy tego samego materiału muzycznego, w myśl tego co powiedział znany grecki filozof stwierdzając, że nie można wejść dwa razy do tej samej rzeki.
Co z tego jeśli coś brzmi inaczej, skoro nie jesteśmy w stanie tego usłyszeć?

Parametry systemów - mało znaczący czynnik słyszalnych różnic

Jednak różnicę między ścieżkami DTS i Dolby Digital słyszeli wszyscy. Wszyscy zdecydowanie twierdzili, że DTS brzmi lepiej. Powstało pytanie: z czego wynikła ta różnica? Jeśli sądzicie, że powodem była mniejsza kompresja DTS, oraz nieco inny algorytm percepcyjnego kodowania dźwięku, to znaczy że nie znacie najważniejszych przyczyn.

Firma Dolby Laboratories czując że ich format jest niedoceniany, jako pierwsza przeprowadziła dochodzenie w tej sprawie, wykonując szereg studyjnych pomiarów oraz odsłuchów obu formatów dźwięku. Wszelkie pomiary wykonywano w najlepszych studiach w Londynie oraz Los Angeles przez najlepszych inżynierów dźwięku (niestety nie znamy nazw żadnego ze studia, ani nazwisk inżynierów), wykorzystując materiał dźwiękowy najwyższej jakości.
Wykonano testy kodowania DTS (koderem DTS CAE-4) przy przepływności 1509kbps i 754kbps, oraz dla Dolby Digital przy przepływności 448kbps i 384kbps.

Wyniki tych testów były następujące: Przy pełnej przepływności DTS, eksperci potwierdzili wspaniałe właściwości tego systemu, jednak przy 754kbps pasmo częstotliwościowe kanałów głównych zostało ograniczone do 15kHz. Ponadto przy obu powyższych przepływnościach charakterystyka częstotliwościowa kanału LFE opadała przy 50Hz o 1dB oraz o 3dB przy 90Hz (w odniesieniu do 0dB przy 20Hz).

Pasmo częstotliwościowe Dolby Digital przy 448kbps sięgało 20kHz a przy 384kbps - 18kHz. Kanał LFE miał w obu przypadkach płaską charakterystykę do 120Hz.

Aby potwierdzić dane dla Dolby Digital wykonałem podobny test mierząc pasmo przenoszenia dla różnych przepływności (dla konfiguracji 5.1/48kHz), co przedstawiłem w dalszej części tego tekstu (niestety nie miałem sposobności zrobienia tego samego dla DTS).

Dolby Digital pod lupą.

Z ciekawości, domowymi sposobami zrobiłem mały test kodowania AC-3 przy różnych przepływnościach bitowych. Do tego celu użyłem dwóch programów:

1. Soft Encode v1.0 firmy Sonic Foundry, który posiada kodek AC-3 licencjonowany przez Dolby Laboratories

2. Cool Edit Pro v1.2 firmy Syntrillium, jako zwykły edytor sampli oraz analizator spektrum częstotliwościowego.

Najpierw w programie Cool Edit Pro wygenerowałem biały szum dla wszystkich sześciu kanałów. Spektrum tego oryginalnego szumu został umieszczony na wykresie w kolorze czerwonym.
Następnie przy pomocy programu Soft Encode zakodowałem ten biały szum do AC-3 5.1 w następujących przepływnościach bitowych: 224kb/s, 256kb/s, 320kb/s, 384kb/s, 448kb/s, 512kb/s, 576kb/s, 640kb/s (wszystkie z częstotliwością próbkowania 48kHz). Pliki z zawartością AC-3 posłużyły mi później do ocenienia różnic pomiędzy tymi przepływnościami, a w miedzy czasie wszystkie te próbki AC-3 zdekodowałem (programem Soft Encode) z powrotem do formatu PCM, aby zbadać ponownie spektrum częstotliwościowe białego szumu przy pomocy programu Cool Edit Pro. Wyniki dla wszystkich przepływności przedstawiłem na jednym wykresie liniowym, zaznaczając każdą przepływność innym kolorem. Aby zobaczyć wyraźnie jedną z charakterystyk, najedź kursorem myszki na konkretna przepływność podaną pod wykresem.

Widać że przepływność 448kb/s zapewnia nam już pełne pasmo przenoszenia. Wyższe przepływności w tym zakresie niczego nowego nie wprowadzają.
Oczywiście nie mogłem się powstrzymać, aby przesłuchać po kolei wszystkie te kawałki i porównać je ze sobą. Ponieważ porównywałem biały szum, nie będę się oczywiście rozwodzić nad jakimikolwiek subtelnościami i pozostawię to ludziom pracującym w studiu nagraniowym - tam są prawdziwe warunki do przeprowadzania tego typu testów.

Nadmienię tylko, że wszystkie kawałki podczas przesłuchiwania były dekodowane sprzętowym dekoderem AC-3, odtwarzane jeden po drugim w kolejności takiej jak w tabelce poniżej (porównywałem następny z poprzednim).

Przepływność	Spostrzeżenia
224kb/s	Pierwsze słowo, jakie mi przyszło na myśl - tragedia. Pasmo ograniczone do 9kHz
256kb/s	Zdecydowanie lepiej. Pasmo ograniczone do 12.4kHz
320kb/s	Zdecydowanie lepiej. Pasmo ograniczone do 15.8kHz
384kb/s	Jest lepiej, ale różnica nie jest tak duża jak w poprzednim przypadku. Pasmo ograniczone do 18kHz
448kb/s	W tym przypadku, gdybym zrobił sobie tzw. "ślepy test", to miałbym problemy z odgadnięciem. Różnica jest na poziomie tak subtelnym, jak ogólne różnice między DTS a AC-3. Pasmo ograniczone do 20.3kHz
512kb/s	Nie usłyszałem różnicy. Pasmo ograniczone do 20.3kHz
576kb/s	Nie usłyszałem różnicy. Pasmo ograniczone do 20.3kHz
640kb/s	Nie usłyszałem różnicy. Pasmo ograniczone do 20.3kHz

W warunkach studyjnych eksperci przeprowadzili także testy z użyciem trudnego materiału muzycznego, aby możliwie jak najlepiej usłyszeć artefakty skompresowanego dźwięku. W trzech różnych studiach wyniki były dość podobne - DTS przy przepływności 754kbps wypadł zdecydowanie najgorzej, gdzie zniekształcenia dźwięku były najbardziej słyszalne. Poniżej jest przedstawiony pełny ranking pochodzący z trzech różnych studiów nagraniowych.

Studio Pierwsze	Studio Drugie	Studio Trzecie
1. Dolby Digital 448 2. DTS 1509/Dolby Digital 384 3. DTS 754	1. Dolby Digital 448 2. DTS 1509 3. Dolby Digital 384 4. DTS 754	1. DTS 1509 2. Dolby Digital 448 3. Dolby Digital 384 4. DTS 754

Ponadto z pomiarów wynikło, że kompresja DTS wprowadza pewne subtelne zmiany uwydatniające dwa regiony pasma częstotliwościowego: 800Hz - 1kHz oraz 8kHz - 10kHz, co powoduje pewne subtelne podkolorowania w stosunku do źródłowego materiału.

Mnie osobiście bardzo zaskoczył fakt, że DTS przy 754kbps ma tak bardzo ograniczone pasmo częstotliwościowe. Sama firma DTS w odpowiedzi na test wykonany przez Dolby stwierdziła, że kodowanie DTS z przepływnością 754kbps daje pasmo przenoszenia 19kHz. Okazało się, że Dolby nie brało pod uwagę pasma przenoszenia przy spadku -3dB - stąd ten zaskakujący wynik (patrz: wykres poniżej w skali logarytmicznej).

Mimo wszystko, Dolby chwali się całkowicie płaską charakterystyką do 20kHz. Według DTS wszystko zależy od sposobu kodowania dźwięku, zwracając uwagę na fakt, że Dolby Digital przy 448kb/s łączy kanały powyżej 15kHz, a przy przepływności 384kb/s już powyżej 10kHz (czyli powyżej tej częstotliwości nie ma separacji pomiędzy kanałami). W przypadku systemu DTS możemy być pewni, że każdy dźwięk jest w pełni odseparowany bez względu na to, jaką ma częstotliwość.
Test wykonany przez Dolby według ludzi z DTS niczego nie udowadnia, ponieważ niewiadomo w jakich naprawdę warunkach dokonywano porównań, a sama firma Dolby Laboratories miała swój własny interes w tym, aby testy wypadły na jej korzyść. Oczywiście testerzy podkreślili fakt, że różnice miedzy systemami były znikomo małe - oscylujące na granicy percepcji ludzkiego słuchu, które można usłyszeć w studyjnych warunkach.
Więc dalej pozostaje pytanie skąd te mityczne, wielkie różnice miedzy ścieżkami dźwiękowymi obu tych systemów?

Sedno sprawy

Dolby stwierdziło, że prawdziwe różnice o których mówią zwykli użytkownicy wynikają z następujących przyczyn:

1. Głośność
   Dolby Digital zawiera funkcję o nazwie Dialog Normalization, której zadaniem jest utrzymanie jednakowych poziomów głośności dialogu na wszystkich ścieżkach Dolby Digital. Najczęściej używane ustawienie tej funkcji prowadzi do zredukowania poziomu głośności całej ścieżki dźwiękowej o 4dB w stosunku do ścieżki DTS gdzie powyższa funkcja nie jest używana. Jednak istnieją filmy, w których nie została zaaplikowana funkcja normalizacji dialogów. Są to np.: Air Force One, Twister, Interview with the Vampire, Lethal Weapon 1, 2, oraz 3.
   Powyższe filmy powinny być odtworzone z jednakową głośnością w Dolby Digital oraz DTS. Niestety małe różnice głośności występują także i w tych przypadkach. Wynika to z charakterystyki starszych koderów DTS, które wzmacniały materiał dźwiękowy o 0,6dB. Ta sytuacja dotyczy w szczególności dwóch filmów: Twister oraz Interview with the Vampire.
   Przedstawiciele DTS nie negują tego faktu. Najnowszy koder DTS CAE-4 (zaopatrzony w poprawione oprogramowanie) nie wykazuje już tendencji do podwyższania poziomu głośności kodowanego źródłowego materiału dźwiękowego.
   

2. Proces masteringu
   Filmy na płytach DVD ze ścieżkami Dolby Digital oraz DTS są zazwyczaj wydawane w pewnym odstępie czasu. W takich przypadkach często używane są różne taśmy matki.
   Pierwszy krok procesu masteringu stanowi transfer wszystkich elementów z analogowego źródła do cyfrowej wersji. Takie cyfrowe źródło jest później wykorzystywane, aby zakodować ścieżkę dźwiękową do DTS oraz Dolby Digital. Gdy po jakimś czasie zaistnieje potrzeba ponownego wykorzystania cyfrowego źródła, studio zazwyczaj zrobi je od nowa korzystając z wersji analogowej. Wtedy możemy być pewni, że nowe cyfrowe źródło będzie się różnić od poprzedniego, m.in. dlatego że w studiu może być dostępny inny sprzęt do masteringu oraz inne przetworniki analogowo-cyfrowe.
   Poza tym bardzo często przy takim ponownym masteringu z analogowego źródła, ścieżka dźwiękowa jest "dopieszczana" tak, aby lepiej brzmiała. Najbardziej słyszalne różnice sposobu masteringu można usłyszeć w takich filmach jak Saving Private Ryan oraz Jurassic Park.
    

3. Miksy
   Czasami wypuszcza się kilka różnych miksów tego samego filmu. Wersja ze ścieżką Dolby Digital filmu "The Haunting" na płycie DVD, miała oryginalny matrycowy miks Surround EX, podczas gdy późniejsze wydanie na DVD ze ścieżką DTS ES posiadało nowy miks z dyskretnym kanałem BS (Back Surround/Tylni Surround).

Kanał LFE (kanał efektów niskotonowych)

Wielu użytkowników potwierdza fakt słyszalnych różnic w reprodukcji efektów niskotonowych przez oba systemy. To jest także ciekawa i tajemnicza kwestia. Podczas filtracji najniższych częstotliwości bardzo dokuczliwe stają się zniekształcenia fazowe, na które cierpi zarówno DTS jak i Dolby Digital. Przedstawiciele Dolby Lab. próbowali ten problem przemilczeć, wskazując jedynie na problem nieliniowości pasma przenoszenia kanału LFE w systemie DTS jako główną przyczynę słyszalnych różnic reprodukcji basu. Faktycznie, DTS ma nieliniową charakterystykę kanału LFE, spowodowaną na stałe wbudowanym filtrem dolnoprzepustowym w kodery strumienia DTS. To może mieć wpływ na różnicę w charakterze basu między tymi systemami, ale tylko w szczególnych przypadkach. Te szczególne przypadki to przepuszczenie oryginalnego materiału źródłowego przez koder Dolby Digital z wyłączonym filtrem dolnoprzepustowym (w koderach Dolby Digital filtr może być wyłączany). Jeśli źródłowy materiał miał informacje w kanale LFE powyżej częstotliwości 120Hz, to dekoder Dolby jest w stanie je zakodować, a DTS niestety nie. Koder DTS po prostu odfiltruje wszystko powyżej około 80-120Hz.
Firma DTS w odpowiedzi na zarzuty nieliniowości pasma, zaatakowała Dolby Lab. zniekształceniami fazowymi, jako najważniejszą przyczyną różnic. W tym przypadku trudno mi nie poprzeć argumentów firmy DTS. W systemie Dolby Digital, pomiędzy kanałem LFE a kanałami głównymi, występuje przesunięcie fazy o 225° przy 80Hz, które jest spowodowane właśnie włączeniem filtru dolnoprzepustowego w koderze (kanał LFE jest opóźniony względem kanałów głównych). W przypadku DTS, różnica wynosi tylko 45° przy 80Hz. W systemie Dolby, tak duża różnica może doprowadzić do efektu znoszenia się fal dźwiękowych generowanych jednocześnie z głośnika subniskotonowego i głośników kanałów głównych. Mówiąc zwyczajnie, takie zjawisko znoszenia się fal spowoduje zmniejszenie natężenia dźwięku.
Ale... w przypadku systemu Dolby, można wykorzystać pewien prosty trik, dzięki któremu reprodukcja basu z kanału LFE będzie najbardziej zbliżona do oryginału, bardziej niż jest w stanie zrobić to koder DTS. Jak to się robi?
Jak wspomniałem wcześniej, zniekształcenia fazowe są wprowadzane przez filtr dolnoprzepustowy, który można wyłączyć w koderze Dolby (w koderze DTS nie można tego zrobić). Wyłączając filtr, pozbywamy się różnic faz, ale powstaje wtedy problem różnic w szerokości pasma przenoszenia, w zależności od sposobu tworzenia materiału źródłowego. Jeśli ludzie w studiu przygotują kanał LFE w postaci nie przefiltrowanej (czyli sięgającej nawet 1kHz), to między ścieżką DTS a Dolby mogą wystąpić spore różnice, ponieważ koder DTS zawsze odfiltruję górne pasmo częstotliwościowe kanału LFE, a koder Dolby Digital w naszym przypadku tego nie zrobi (koder Dolby Digital jest w stanie zakodować w kanale LFE dźwięki sięgające nawet do 700-800 Hz). Aby wszystko było po myśli realizatorów dźwięku dbających o powtarzalność efektów dźwiękowych i aby zachować maksymalną wierność reprodukcji dźwięku, kreatorzy i realizatorzy dźwięku muszą już w studiu odpowiednio odfiltrować kanał LFE pracując na materiale źródłowym. Później podczas kodowania do Dolby Digital można zrezygnować z dodatkowej filtracji wprowadzającej zniekształcenia fazowe. W studiu wszelkie przesunięcia faz można dowolnie korygować, a my jako konsumenci (posiadacze konsumenckich dekoderów) takiej możliwości już nie mamy. Dalsze wnioski chyba już same się nasuwają wszystkim.
Generalnie, prawie wszystko zależy od wiedzy i doświadczenia ludzi pracujących nad realizacją ścieżek filmowych. To dzięki tym ludziom, ścieżki Dolby Digital i DTS mogą się jednocześnie zbliżyć do oryginalnego źródła. Jeśli zrobią to nieodpowiednio, będziemy słyszeli spore różnice między tymi systemami, i co więcej, żaden z systemów nie pozwoli na reprodukcje dźwięku bliską oryginałowi.

Podsumowanie

My, zwykli użytkownicy w większości przypadków tak naprawdę dyskutujemy o różnicach pomiędzy różnymi miksami materiału źródłowego przygotowywanego przez ludzi w studiu, a nie o różnicy algorytmów kodowania dźwięku DTS i Dolby Digital. Oczywiście jak pokazują doświadczenia i testy, subtelne różnice (aczkolwiek słyszalne) występują także pomiędzy samymi formatami - jednak nie zawsze na korzyść tylko jednego z nich.
W prawdziwym kinie, ścieżka Dolby Digital zawarta na taśmie filmowej 35mm ma przepływność 320kb/s. Ta sama ścieżka w formacie DTS ma przepływność 1509kb/s. Różnica w samych przepływnościach jest bardzo duża, ale nadal ledwie słyszalna (jeśli weźmiemy pod uwagę ograniczone pasmo Dolby Digital). Dlaczego tak się dzieje? W prawdziwym kinie najwyższe częstotliwości są zawsze nieco stłumione (np. przez widownię, przez ekran za którym znajdują się głośniki, itp.). Także sprzęt domowy sygnowany znaczkiem THX ma za zadanie niwelowanie tych różnic, na przykład poprzez korekcję pasma częstotliwościowego. "Lepiej brzmiący DTS" nie jest czymś pożądanym wedle perfekcjonistów, dla których najważniejsza jest powtarzalność efektów dźwiękowych niezależnie od tego czy oglądamy i słuchamy film studiu, w kinie czy w domu. Moim zdaniem problemem kinowego Dolby Digital nie jest jego ograniczone pasmo częstotliwościowe, ale błędy odczytu dźwięku ze zniszczonej taśmy filmowej (po każdej następnej projekcji taśmy z filmem, ulega ona coraz większym uszkodzeniom). Nie zawsze jest to słyszalne, ale podczas delikatnych efektów otaczających (wiatr, lub specyficzna muzyka) można usłyszeć denerwujące kliknięcia, podobne do tych które irytowały nas kiedyś podczas słuchania zniszczonych analogowych płyt LP. W tym wypadku kinowe DTS króluje nad Dolby Digital, ponieważ nie jest narażone na tego typu zakłócenia, jako że wszystkie dane dźwięku DTS są odczytywane z płyty CD synchronicznie odtwarzanej z taśmą filmową.
Zupełnie inaczej wygląda sprawa obu formatów na płycie DVD. Tutaj Dolby Digital standardowo ma przepływność 384kb/s, a coraz częściej korzysta się z 448kb/s (dla 5.1 kanałów), i co ważniejsze, nie występują tutaj błędy odczytu których nie można by było skorygować dzięki danym nadmiarowym jakie udostępnia format DVD. System DTS na płycie DVD to zazwyczaj 754kb/s. W przypadku ścieżek filmowych ze względu na ograniczoną pojemność płyty DVD, jest to najczęściej używana przepływność bitowa (przynajmniej jeśli bierzemy pod uwagę filmy wydawane w R2). W tym przypadku przewaga jednego formatu nad drugim jest co najmniej dyskusyjna, tym bardziej że Dolby Digital jest lepiej przygotowane na mniejsze przepływności wykorzystując większą ilość psychoakustycznych trików (ludzki słuch dzięki temu bardzo łatwo można zmanipulować) - a przecież lepiej jest inteligentnie zamaskować najmniej znaczące dźwięki, niż na siłę upychać wszystko w zbyt małą przestrzeń.
DTS króluje nad Dolby Digital w prawdziwym kinie, ale niestety nie mogę tego samego powiedzieć odnośnie kina domowego, gdzie jako źródło służy nam płyta DVD o dość ograniczonej pojemności. Takie jest moje zdanie i nie oczekuję, że wszyscy się z tym zgodzą. Nawet na to nie liczę, a jedynie proszę, aby nikt nie próbował mi zarzucać stronniczości. Ja mówię o tym co czuję, co myślę, co słyszę. W zasadzie to wszystko.

Radosław Poznańczyk

Ciekawe odnośniki:

http://www.dtsonline.com/dtsposition.pdf
http://www.dtsonline.com/dolbyrvu.pdf
http://www.dolby.com/tech/mp.in.0103.DigitalVsDTS.pdf