Kwadrofonia - teoria i praktyka

Kwadrofonia to prawie zamknięty rozdział w audio. Prawie ponieważ na naszych półkach nadal stoją płyty zrealizowane w tej domenie, a wielu z nas pamięta urządzenia, które próbowały radzić sobie z pierwszymi próbami zapisu dźwięku wielokanałowego. Na dodatek nie brakuje osób, które posiadają współczesny wielokanałowy system kina domowego.

[img:2:R] Lata dziewięćdziesiąte, sklep spożywczy w małym miasteczku w Wielkopolsce. Zadanie jest proste – kupić mleko i bułki na śniadanie. Wchodzę. Nagle zaspane oczy dostrzegają przy ścianie na podłodze karton wypełniony dziwnymi płaskimi przedmiotami. Podchodzę bliżej i przecieram oczy ze zdumienia– płyty gramofonowe. Wszystkie w identycznych okładkach zastępczych z napisem „Freeestyle, records and tapes”. Rozglądam się czy nikt nie patrzy i zaczynam wertować tytuły: The Who – „The greatest hits”, Bon Jovi – „Slippery when wet” i „7800° Fahrenheit” itd.. Na koniec niespodzianka – znajomy kształt pryzmatu na labelu: Pink Floyd „The Dark Side of the Moon”. O rany! Nieśmiało pytam właściciela czy płyty są na sprzedaż. Owszem, cena – równowartość kilku bochenków chleba za sztukę! Kupuję tyle na ile mnie stać i szczęśliwy biegnę do domu. Odpowiedź na pytanie co kupiłem w spożywczym wywołuje w domu konsternację i popukiwanie w głowę. Tym razem na śniadanie była jajecznica.

Ta dziwna historia to początek mojej przygody z kwadrofonią. Dopiero wiele lat później odkryłem co oznacza tajemnicze logo SQ umieszczone na labelu płyty Pink Floyd. Tak – płyta kupiona w spożywczaku okazała się być moją pierwszą płytą w wersji kwadrofonicznej. Ogarnęła mnie pasja odsłuchania tej płyty w systemie czterokanałowym. Od tego momentu słuchanie jej w stereo wiązało się z uczuciem podobnym do oglądania najnowszego filmu z Jamesem Bondem w kinie w wersji czarno białej. Co jest na tych dwóch dodatkowych kanałach ? Jak się do nich dobrać?

Kwadrofonia to technika opracowana na początku lat siedemdziesiątych. Pomysł był prosty – umieścić słuchacza nie przed, ale w środku sceny dźwiękowej utworzonej przez cztery niezależnie zasilane głośniki usytuowane w czterech narożnikach pomieszczenia odsłuchowego. Co ważne dwa tylne głośniki mają mieć takie same prawa jak przednie, żadnych satelitek , dodatkowych subwooferów, głośników centralnych. Wszystkie cztery mają za zadanie przenosić pełne pasmo dźwięku od basu aż po wysokie tony. W roku 1970 płyta winylowa była jedynym dostępnym dla słuchaczy nośnikiem wysokiej jakości dźwięku na rynku dlatego inżynierowie dostali zadanie aby wymyślić sposób jak cztery kanały zapisać w zwykłym stereofonicznym rowku w dodatku zachowując kompatybilność ze stereofonią: płytę kwadrofoniczna powinno się bez przeszkód odsłuchać w systemie stereo.

[img:1:R] Kwadrofonię zwykło się traktować jako element postępu w stosunku do tradycyjnego stereo. Dzięki dodaniu drugiej pary głośników uzyskiwano wrażenie przestrzenność i naturalnej akustyki miejsca, w którym realizowane było nagranie. Dodatkowymi korzyściami było poszerzenie lub powiększenie sceny muzycznej, stworzenie iluzji głębi i zwiększenie precyzji lokalizacji pozornych źródeł dźwięku.

Ten słuchowy skok w bok nie przyjął się jednak jako powszechny standard. Kwadrofonia nie zyskała zbyt wielu zwolenników i zawsze traktowana była jak akustyczny zlepek marzeń konstruktorów chcących za wszelką cenę naśladować naturę. Systemem nie zainteresowały się wielkie wytwórnie, a o przyczynach tego stany rzeczy można dziś tylko snuć mgliste hipotezy: piętrzące się trudności w realizacji nagrań, konieczność posiadania kolejnej pary kolumn oraz specjalnego odtwarzacza, radia, tunera czy jakiejś formy przystawki do "normalnych" urządzeń, ostatecznie ugruntowało mocną pozycję tradycyjnego systemu stereo, którego i tak jedną z podstawowych wartości jest umiejętność oddawania wrażeń przestrzennych.

W latach 90-tych XX wieku postęp technologii przyniósł standardy Dolby Surround, a zaraz po niem DTS, SACD oraz systemy kina domowego z królującym ostatnio Dolby Athmos. Czyli właściwie mamy to samo tylko znacznie bardziej zaawansowane.

Czym jest dźwięk 4-kanałowy

Kwadrofonia jest elektroakustycznym systemem wielokanałowej transmisji dźwięku. W systemie kwadrofonicznym sygnały dźwiękowe emitowane są czterema kanałami, z których każdy przenosi dźwięk przyporządkowany jednemu z czterech kierunków nadchodzenia fal akustycznych:

LP - lewy przód
LT - lewy tył
PP - prawy przód
PT - prawy tył.

W porównaniu do klasycznego systemu stereo umożliwia to znaczne poszerzenie panoramy dźwiękowej. Ogólnym celem kwadrofonii jest wytworzenie u słuchaczy określonej atmosfery akustycznej. Wrażenia mają być zbliżone do odbioru w warunkach sali koncertowej, gdzie o efektach decydują składowe powstające w wyniku odbić dźwięków bezpośrednich od powierzchni ograniczających pomieszczenie - ścian.

Kwadrofonię należy odróżnić od czterokanałowego systemu nagłaśniania dookólnego, który ma na celu stworzenie jedynie wrażenia dookólnego rozmieszczenia pierwotnych źródeł dźwięku (np. instrumentów muzycznych) wokół słuchacza (sygnały niespójne). Taki system nosi nazwę kwadrofonii trickowej. W rzeczywistości większość nagrań i audycji kwadrofonicznych łączy w sobie zarówno elementy kwadrofonii klasycznej, jak i trickowej.

Trzeba przyznać, że rozwiązania nawet dziś robią wrażenie i budzą szacunek dla ich konstruktorów. Posłużono się wyższą matematyką i cztery kanały dźwiękowe poprzesuwane w fazie zmieszano ze sobą w taki sposób, że otrzymane dwa kanały zawierały zakodowany przekaz kwadrofoniczny, który później przy zastosowaniu operacji odwrotnej można było odkodować. Konsekwencja tego jest taka, że kwadrofonia jest całkowicie niezależna od fizycznego nośnika dźwięku: materiał kwadro równie dobrze można zapisać na kasecie magnetofonowej czy płycie CD ale też wyemitować jako zwykłą stereofoniczną audycję radiową! Dlaczego zatem tak błyskotliwy pomysł przetrwał zaledwie siedem lat i w roku 1977 ostatecznie został wycofany z rynku mimo, że bardzo wiele znakomitych nagrań wydano w wersji kwadro? Przyczyn było kilka:

Brak jednolitego standardu. Różne firmy opracowały i promowały inne odmiany techniki kodowania dźwięku kwadrofonicznego, takie same co do ogólnej zasady działania opisanej wyżej ale całkowicie niekompatybilne ze sobą nawzajem. Komercyjne zastosowanie znalazły trzy z nich: system SQ, QS i CD-4. Płyty nagrane w tych systemach można było odtwarzać w stereo ale do odkodowania materiału kwadro trzeba było użyć trzech różnych dekoderów. A te kosztowały w tamtych czasach sporo.
Wysokie koszty systemu odsłuchowego, który musiał być doposażony w dodatkowe dwie dobrej klasy kolumny głośnikowe, dodatkowy wzmacniacz stereo do zasilania tych kolumn oraz wspomniany dekoder a najlepiej kilka. Dodatkowo system CD-4 wymagał zastosowania nowoczesnej igły gramofonowej zdolnej do odczytywania sygnału o częstotliwości około 45kHz.
Konieczność aranżacji przestrzeni odsłuchowej w dość kategoryczny sposób: głośniki w czterech narożnikach pola odsłuchowego i słuchacz w samym centrum, przy czym centralna pozycja była krytyczna dla prawidłowego odbioru wrażeń przestrzennych. Wszystko to dla większości słuchaczy było trudne do pogodzenia z typową aranżacją domowego salonu, który spełniał przecież więcej funkcji niż tylko miejsca do słuchania ulubionej muzyki.

Sprzęt kwadrofoniczny: teoria i praktyka

Nagrania w systemie kwadrofonicznym realizowane były nieco inaczej niż klasyczne nagrania stereo. W standardach QS i SQ kanały tylne zakodowane były w obrębie ścieżki stereofonicznej. System dyskretny CD-4 (Discrete Four-Channel Disc System) oraz systemy matrycowe: amerykański SQ (stereo Quadrophonic System) i japoński QS/RM (Quadrasonic System-Regular Matrix) to dwa różne rozwiązania. W czasie prezentacji odtwarzać będziemy płyty w systemie SQ. System działa na zasadzie przesunięć fazowych w rowku stereo i zastosowaniu do tego odpowiednich układów logicznych, które po dodaniu w torze dekodera, pozwalają uzyskać dźwięk 4-kanałowy.

Czy kwadrofonia jest zatem jedynie egzotycznym reliktem w dziejach fonografii i czy warto zajmować się tym tematem dziś w dobie cyfrowej obróbki sygnałów, systemów przestrzennych kina domowego 7.1? W mojej opinii tak z kilku powodów:

Kwadrofonia wniosła ogromny wkład w rozwój techniki hi-end. Wspomniany już system CD-4 wymusił opracowanie nowoczesnych szlifów igieł, które do dziś stosowane są w najlepszych wkładkach gramofonowych: szlif Shibata powstał niejako na zamówienie tamtego systemu. Inne szlify znane dziś jako Line contact, micro ridge i podobne wywodzą się wprost z tamtych czasów. Od lat siedemdziesiątych w tej dziedzinie nie wymyślono już nic doskonalszego.
W obiegu znajduje się ogromna ilość płyt wydanych w wersji czterokanałowej, zachowanych w doskonałym stanie, które zawierają materiał różniący się od tradycyjnych stereofonicznych wersji. Ich właściciele często nawet nie zdają sobie sprawy, że na tych krążkach drzemią nieznane dotąd słuchaczowi dźwięki, które da się usłyszeć dopiero po odkodowaniu. Przy obecnym renesansie płyt winylowych i rychłym upadku płyty CD byłoby grzechem zignorować fakt istnienia prawdziwie audiofilskiego świata nagrań kwadrofonicznych niemalże tuż pod ręką.

Dlaczego MUARAH zajmuje się kwadrofonią

Jesteśmy pasjonatami płyt winylowych więc nie mogliśmy inaczej. Skonstruowanie dobrej klasy dekodera kwadro okazało się niełatwym zadaniem. Nawet w epoce swej świetności dekodery SQ miały wiele wad wieku dziecięcego: spore szumy, niewielką separację kanałów, duże zniekształcenia.

Paradoksalnie dopiero w latach upadku tej techniki pojawiły się na rynku urządzenia, które dziś można z czystym sumieniem nazwać audiofilskimi. Najlepsze z nich mające dziś w światku kwadrofonicznym status Świętego Gralla - Fosgate Tate II 101A SQ – jeśli już pojawi się na aukcjach osiąga wartość kilku tysięcy dolarów. Postanowiliśmy zatem stworzyć własny dekoder zbudowany w miarę możliwości z nowoczesnych komponentów. Efekt przerósł nasze oczekiwania. Osoby, które wzięły udział w odsłuchach zapewne potwierdzą, że znane im doskonale nagrania odtworzone 4-kanałowo odkryły przed nimi zupełnie nowe dźwięki, smaczki i unikalny nie znany dotąd klimat. Świadczyły o tym rozmarzone twarze wielu osób, które z zamkniętymi oczami delektowały się docierającymi do nich dźwiękami z płyt Pink Floyd, Deep Purple, Tony Mottoli, czy klasycznych nagrań Mozarta czy Beethovena.

Okazało się, że kwadrofonia została w pamięci osób w wieku 50+, ale dla młodszych było to zupełnie nowe odkrycie. Odkrycie bardzo interesujące. Czy zatem jest miejsce dla dekoderów kwadrofonicznych na dzisiejszym rynku audio ? Czy można wskrzesić tę zapomnianą technikę i wydawać na nowo reedycje płyt w wersji kwadro na winylu?

MU-4 - dekoder SQ skonstruowany przez Jacka Siwińskiego z firmy MMUARAH.

Wydaje się to mało prawdopodobne, ale znalazłem ostatnio kilka nowych australijskich wydań Dark Side of The Moon w wersji SQ w dodatku na kolorowym winylu. Fanaberia? być może, ale musimy pamiętać, że Australijczycy z nieznanych mi jeszcze powodów (może po prostu lubią dużo przestrzeni) byli zawsze wielkimi zwolennikami kwadrofonii i ogromne ilości płyt kwadro są w ich posiadaniu, a jako duży kraj mogą przecież wpływać na światowe trendy. Ja im kibicuję. W związku z rosnącą popularnością słuchawek pomyślałem sobie też, że jest to idealne miejsce, gdzie kwadrofonia mogłaby znaleźć zastosowanie.