Sonido cuadrafónico

El sonido cuadrafónico (o cuadrofónico , también llamado cuadrasónico o por el neologismo quadio ^{[ 1 ]} [ formado por analogía con "estéreo"]) utiliza cuatro canales de audio en los que los altavoces se colocan en las cuatro esquinas de un espacio de escucha. El sistema permite la reproducción de señales de sonido que son (total o parcialmente) independientes entre sí, y es similar a lo que ahora se denomina sonido envolvente .

El sonido envolvente cuadrafónico de cuatro canales permite recrear en casa el efecto realista de una experiencia de concierto tridimensional en directo. Además, mejora la experiencia auditiva, superando las limitaciones direccionales del sonido estéreo convencional de dos canales . El audio cuadrafónico fue el primer producto de consumo en sonido envolvente. Desde su lanzamiento al público a principios de la década de 1970, se han realizado miles de grabaciones en este formato.

El sonido cuadrafónico fracasó comercialmente en su lanzamiento debido a diversos problemas técnicos e incompatibilidades de formato. Los formatos de audio de cuatro canales pueden ser más costosos de producir que el estéreo estándar de dos canales. La reproducción requiere altavoces y canales de amplificación adicionales. También puede requerir equipos de decodificación especialmente diseñados.

La introducción de productos de cine en casa en la década de 1990 se centró inicialmente en el sonido de las películas, pero también reavivó el interés por la reproducción musical multicanal. Para entonces, ya se habían creado nuevos formatos digitales. Muchas grabaciones de cuatro canales de la década de 1970 se han reeditado en sistemas modernos de sonido envolvente como Super Audio CD , DTS , Dolby Digital , DVD-Audio y Blu-ray . La reproducción de audio doméstico multicanal ha experimentado un resurgimiento desde el año 2000, y desde entonces también se han lanzado al público nuevas grabaciones de cuatro canales.

Un sistema cuadrafónico reproduce las señales de audio frontal derecha, trasera derecha, frontal izquierda y trasera izquierda en cuatro altavoces independientes. La capacidad de reproducción de los altavoces traseros debe ser igual o casi igual a la de los altavoces frontales; idealmente, un sistema cuadrafónico utiliza cuatro altavoces idénticos.

Las primeras máquinas utilizadas para la grabación de sonido de 4 canales fueron grabadoras analógicas de cinta de carrete a carrete . Estas fueron desarrolladas para su uso por ingenieros de audio en estudios profesionales durante la década de 1950 en Alemania por Telefunken y también por Ampex en Estados Unidos. Dichas máquinas aparecieron en algunos estudios de música electrónica europeos hacia 1954. ^{[ 2 ]}

Los primeros intentos de reproducir sonido de cuatro canales para la reproducción doméstica comenzaron con ingenieros de laboratorios de audio a finales de la década de 1960. El productor Thomas Mowrey, ^{[ 3 ]} que inicialmente trabajaba en la Eastman School of Music , fue uno de los pioneros de la grabación cuadrafónica clásica. Posteriormente, realizó producciones cuadrafónicas para Deutsche Grammophon y otros sellos a principios de la década de 1970, pero muchas de ellas se publicaron únicamente como grabaciones estéreo.

En junio de 1969, Vanguard Records introdujo en el mercado estadounidense un pequeño número de grabaciones cuadrafónicas en cintas de carrete abierto. El formato más popular para la comercialización de grabaciones durante la década de 1970 fue el disco de vinilo LP . Las grabaciones cuadrafónicas en cintas de 8 pistas también fueron populares en esa década, especialmente entre los aficionados al audio para automóviles.

En la década de 1970, los principales fabricantes de electrónica comercializaron sistemas de hardware especializados para decodificar grabaciones de 4 canales. Estos decodificadores se vendían a menudo como componentes electrónicos independientes. También estaban disponibles como funciones integradas en algunos receptores o amplificadores de audio vendidos durante esa década.

Muchas grabaciones cuadrafónicas de la década de 1970 utilizaban tecnologías matriciales para codificar y decodificar cuatro canales de información de audio en un soporte de dos canales, generalmente un LP. El bajo rendimiento de decodificación de los primeros formatos matriciales fue la principal razón de su desaparición una vez que aparecieron sistemas matriciales mejorados. Los sistemas matriciales posteriores se basaron en el trabajo de Peter Scheiber . Su fórmula básica utilizaba circuitos de desfase de 90° para permitir el desarrollo de sistemas matriciales 4-2-4 mejorados, de los cuales los dos principales líderes fueron los sistemas SQ de Columbia y QS de Sansui .

Los tres formatos de LP cuadrafónicos más populares en la década de 1970 fueron SQ (Stereo Quadraphonic) , QS (Regular Matrix) y CD-4 (Compatible Discrete 4) / Quadradisc .

El organismo rector japonés y los fabricantes de hardware de audio definieron estándares para el sonido cuadrafónico. RM ( Regular Matrix ) se usó como sinónimo de QS, QM ( Quadraphonic Matrix ^{[ 4 ]} se usó para Stereo-4 y Dynaquad ) y QX ( QuadXtra , basado en DH Cooper "Dual-Triphonic") ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} para UD4 . ^{[ 10 ]}

Junto con Scheiber, Martin Willcocks y Jim Fosgate , desarrollaron el decodificador Tate II 101 SQ, que producía un campo sonoro muy preciso mediante el uso de control de ganancia y el efecto Haas para enmascarar los artefactos de decodificación. Utilizaba circuitos personalizados, ensamblados y calibrados a mano con componentes seleccionados al 1%, para un rendimiento exacto. Los decodificadores de la serie QSD y los receptores de la serie QRX de Sansui eran muy buenos, incluso sintetizando estéreo izquierda-derecha en una topología de herradura. Sin embargo, todos ellos llegaron demasiado tarde y eran demasiado caros o difíciles de conseguir para el público, lo que impidió que el formato cuadrilátero matricial cayera en el olvido.

A principios de la década de 2000, los sistemas multicanal "discretos" más sofisticados habían reemplazado en gran medida a las tecnologías matriciales, ofreciendo un mayor rendimiento e independencia total de los canales. Hoy en día, el software puede sustituir la decodificación por hardware. Los algoritmos de software modernos son capaces de lograr una decodificación más precisa que las tecnologías de hardware anteriores.

Todos los sistemas de audio multicanal de uso común en la actualidad son digitales . El audio multicanal digital está disponible para el hogar desde la introducción del sonido envolvente en las películas en la década de 1990, utilizando Dolby Digital y DTS. Los soportes digitales más comunes capaces de reproducir música con sonido envolvente hoy en día son el Super Audio CD, el DVD y el Blu-ray, todos ellos capaces de reproducir audio de alta resolución con múltiples canales.

El proceso de mezcla de audio para sonido de cuatro canales es diferente al de las versiones estéreo de la misma grabación. La mayoría de los equipos de estudio están diseñados solo para estéreo, por lo que se necesitan consolas de mezcla multicanal y sistemas de reproducción especializados.

En la música clásica, los productores suelen preferir un efecto en el que la orquesta suena en estéreo solo en los canales frontales, mientras que la reverberación o el eco natural de la sala de conciertos se reproduce en todos los altavoces. Algunas grabaciones de conciertos en directo de música popular también se han mezclado de esta manera. En las grabaciones de música clásica, rara vez se colocan los instrumentos principales o solistas en los canales traseros, aunque se hace ocasionalmente.

Se han realizado algunas grabaciones de música clásica desde una perspectiva en la que el oyente parece estar sentado en el centro de la orquesta. Un ejemplo es la grabación de 1973 de Columbia Masterworks del Concierto para orquesta de Béla Bartók , dirigido por Pierre Boulez . La grabación original de cuatro canales se publicó en vinilo y cinta de 8 pistas, y Dutton Vocalion la reeditó en formato Super Audio CD en 2018. Las notas que acompañan a la grabación indican la dirección desde la que se puede escuchar cada grupo de instrumentos.

Los productores de música pop, rock y jazz suelen emplear un estilo de mezcla con un grado relativamente alto de separación musical entre los cuatro canales. Este tipo de grabación puede ubicar sonidos musicales en los canales traseros que tienen la misma importancia que los canales frontales. Puede ampliar la sensación de dirección y espacialidad del oyente de forma similar a lo que ocurrió cuando los ingenieros de sonido introdujeron la grabación estéreo. En algunas grabaciones de cuatro canales, los sonidos giran completamente alrededor del oyente.

Los ingenieros de mezcla también pueden buscar un efecto híbrido entre estilos. Si bien los efectos cuadrafónicos a veces se han considerado artificiales, el disfrute musical puede mejorarse notablemente al involucrar más plenamente al oyente.

La reproducción de audio cuadrafónico en discos de vinilo presentaba problemas. Con el rápido avance de la tecnología durante la década de 1970, se propusieron diversas soluciones para reproducir sonido de cuatro canales a partir de discos de vinilo. Algunos de estos sistemas tuvieron mucho más éxito que otros. Los sistemas más sencillos se basaban en formatos derivados (2-2-4). A estos les siguieron pronto formatos matriciales (4-2-4) mucho más sofisticados y, finalmente, los formatos discretos (4-4-4) más avanzados.

Formatos matriciales (4-2-4)

En los formatos matriciales, cuatro canales se convierten (codifican) a dos. Estos se transmiten a través de un medio de dos canales (generalmente un disco de vinilo) antes de decodificarse a cuatro canales y reproducirse en cuatro altavoces. Para transmitir cuatro señales de audio individuales de forma estéreo, se requieren cuatro ecuaciones lineales simultáneas para reproducir las cuatro señales de audio originales en la salida.

Estos sistemas utilizaban tecnología de decodificación matricial para recuperar cuatro canales a partir de los dos canales grabados en el disco. Los sistemas matriciales pueden tener un grado significativo de independencia entre canales, pero no una separación completa de los mismos.

• EV / Stereo-4 (1970)
• DY / Dynaquad (utilizado como formato de codificación en algunos registros) (1971)
• SQ / Estéreo Cuadrafónico (1971)
• QS (Sonido Cuadrafónico)/ RM (Matriz Regular) (1971)

Las grabaciones cuadrafónicas matriciales se pueden reproducir en dos canales en tocadiscos estéreo convencionales. Estos sistemas presentan distintos niveles de compatibilidad estéreo y mono. El término compatible indica que:

1. Un sistema mono (de un solo canal) reproducirá las cuatro señales de audio en su único altavoz.
2. El sistema de dos canales (estéreo) reproducirá las señales de audio frontal izquierda y trasera izquierda en el altavoz izquierdo, y las señales frontal derecha y trasera derecha en el altavoz derecho.

Este proceso 4:2:4 no podía realizarse sin cierta pérdida de información. Es decir, los cuatro canales resultantes en la etapa final no eran idénticos a los iniciales. Para que el efecto funcionara según lo previsto, el ingeniero de grabación debía estar especialmente capacitado para trabajar con cada uno de estos formatos. Las reglas de mezcla especiales para la grabación matricial minimizan las limitaciones tecnológicas inherentes a los formatos matriciales y enmascaran o eliminan los efectos secundarios no deseados.

EV-4/Estéreo-4 y Dynaquad (DY)

Los primeros de estos sistemas fueron sistemas básicos con un rendimiento relativamente bajo, desarrollados por Electro-Voice ( EV-4/Stereo-4 ) y Dynaco ( Dynaquad (DY) ). Este formato, denominado de matriz , utilizaba cuatro canales de sonido que se codificaban en una pista de álbum estéreo. Posteriormente, estos se decodificaban en los cuatro canales de sonido originales. Sin embargo, debido a su bajo rendimiento de decodificación, estos sistemas no lograron igualar la precisión ni la independencia de canales de los formatos de matriz posteriores.

Los sistemas originales (DY y EV-4) presentaban una baja separación estéreo frontal izquierda-derecha (alrededor de 12  dB) y una escasa separación estéreo trasera izquierda-derecha de 2  dB. Los decodificadores se diseñaron más para producir un efecto que para una decodificación precisa, debido principalmente a las limitaciones de ambos sistemas. Dado que ambos sistemas estaban estrechamente relacionados matemáticamente, los usuarios solo necesitaban un decodificador de cualquiera de ellos para reproducir álbumes de ambos sistemas.

Las diferencias entre los sistemas de matriz antiguos y los más recientes eran tan grandes que hacían imposible decodificar DY/EV-4 con precisión utilizando decodificadores SQ o QS; los resultados solían ser una escena sonora borrosa o mal definida, que podía ser muy diferente de lo que pretendía el productor o el ingeniero de grabación. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Matriz regular QS y cuadrafónica SQ

Posteriormente surgieron sistemas mejorados basados ​​en el trabajo de Peter Scheiber sobre la utilización de circuitos de desfase de 90 grados, concretamente los sistemas QS y SQ .

El primero de estos sistemas, conocido como QS , fue desarrollado por Sansui Electric . Este formato matricial utilizaba cuatro canales de sonido, que se codificaban en estéreo. Posteriormente, estos se decodificaban para obtener los cuatro canales de sonido originales. El sistema QS debutó en Estados Unidos en marzo de 1971 y fue mejorado por el sistema Vario-Matrix en 1973.

El segundo formato, SQ , fue desarrollado y comercializado por Columbia Records y Sony , y llegó al mercado estadounidense en abril de 1971. El formato SQ también fue utilizado por compañías como EMI en Gran Bretaña, que lanzó varios álbumes en este formato . La separación de sonido del sistema SQ mejoró notablemente con la introducción de la decodificación SQ Full Logic en 1975, utilizando los chips Motorola MC1312, MC1314 y MC1315. ^{[ 15 ]}

Tanto SQ como QS contaron con un importante respaldo de las principales discográficas y fabricantes de hardware durante la década de 1970. Además, lograron ventas notables y una gran penetración en el mercado. Desafortunadamente, debido a la similitud en el nombre y la tecnología, el público podía confundirlos fácilmente.

Formatos discretos (4–4–4)

La reproducción discreta describe un sistema cuadrafónico en el que los cuatro canales son completamente independientes entre sí. Como su nombre indica, con los formatos discretos , los cuatro canales de audio originales se transmiten a través de un medio de transmisión de cuatro canales y se envían a un sistema de reproducción de cuatro canales, que a su vez los distribuye a cuatro altavoces. Esto se define como un sistema 4-4-4.

• CD-4 (Compatible Discrete 4) / Quadradisc (1972)
• UD-4 / UMX / BMX (1974)

Los sistemas de fonógrafo discretos utilizan un demodulador especializado para decodificar cuatro canales de sonido totalmente independientes. Esto permitía una separación completa de los canales. Dichos sistemas podían reducir la vida útil de los discos. Sin embargo, se desarrollaron rápidamente formulaciones de vinilo más duraderas para solucionar este problema, y ​​casi todos los LP discretos utilizan vinilo especial. Cuando se reproducen LP cuadrafónicos discretos en tocadiscos estéreo convencionales, se puede escuchar todo el programa musical en estéreo.

CD-4 o Quadradisc

El tercer formato principal para discos de vinilo de cuatro canales, conocido como CD-4 o Quadradisc , fue ideado por la corporación japonesa JVC junto con su homóloga estadounidense RCA Records .

Este formato cuadrafónico se comercializó por primera vez en Estados Unidos en mayo de 1972. Como sistema totalmente discreto, prescindía de las tecnologías matriciales en favor de un método similar a la codificación de las emisiones de radio FM estéreo . Con los discos estéreo, el sistema utiliza dos canales de audio principales (izquierdo y derecho), lo que permite que el CD-4 mantenga la compatibilidad con la reproducción estéreo convencional. El CD-4 también añade dos canales de audio diferenciales a los principales. Estas señales diferenciales se codifican en frecuencias portadoras ultrasónicas de hasta 30  kHz, por encima del rango audible. El CD-4 requiere una cápsula fonográfica especializada con aguja Shibata para leer estas altas frecuencias adicionales. Las señales combinadas se envían a un demodulador especial para la decodificación de cuatro canales. El demodulador convierte las señales ultrasónicas de nuevo al rango audible y utiliza los canales diferenciales para separar la información de audio trasera de los canales principales. Gracias a que el sistema CD-4 mantiene cuatro señales independientes durante todo el proceso, puede reconstruir con precisión el campo sonoro de cuatro canales previsto.

UD-4 / UMX / BMX

El sistema UD-4/UMX fue desarrollado por Nippon/Columbia ( Denon ). Se trata de un sistema híbrido discreto/matricial. Solo se codifican entre 35 y 40 elementos en este formato, y su comercialización se limitó al Reino Unido, Europa y Japón.

El sistema, de corta duración, sufría de incompatibilidad con la reproducción estéreo convencional debido a diferencias de fase entre los canales izquierdo y derecho. ^{[ 16 ]} El UD-4 era menos crítico en su configuración que el CD-4 porque las portadoras no tenían que manejar frecuencias tan altas como las que se encuentran en el sistema CD-4. ^{[ 17 ]}

• Q4 / grabadora de cinta cuadrafónica (1969)
• Quad-8 (Q8) / grabadora cuadrafónica de 8 pistas (1970)

También se introdujeron sistemas cuadrafónicos basados ​​en cinta, con equipos nuevos capaces de reproducir cuatro canales independientes. Todas estas grabaciones son discretas (4-4-4) y se publicaron en formatos de cinta de carrete abierto y cartucho de 8 pistas . Para reproducirlas se requerían reproductores de cuatro canales especialmente diseñados. No son compatibles con reproductores estéreo.

Cinta de carrete abierto cuadrafónica (Q4)

En estos sistemas , las cuatro pistas disponibles se grababan en la cinta en la misma dirección. Las cintas pregrabadas de carrete a carrete de cuatro canales se grababan a 7 1/2 pulgadas por segundo (IPS), la velocidad más rápida utilizada en las grabadoras de carrete a carrete de uso doméstico. En comparación, las cintas pregrabadas de carrete a carrete estéreo tienen dos programas diferentes, cada uno funcionando en la dirección opuesta. Muchas cintas estéreo se grababan a solo 3 3/4 IPS, la mitad de la velocidad máxima. Esta menor velocidad resulta en una menor calidad de sonido . ^{[ 18 ]}

Se hicieron algunos experimentos con transmisiones de radio (por ejemplo, un concierto de Cliff Richard por la BBC , ^{[ 19 ] [ 20 ]} cuya primera transmisión cuadrafónica fue en julio de 1974 ^{[ 21 ]} ), pero fueron efímeros.

Una de las emisoras de radio de mayor duración fue WQSR -FM "Quad 102½" en Sarasota, Florida . ^{[ 22 ]} Durante la mayor parte de la década de 1970, esta emisora ​​transmitió una señal que podía sintonizarse como dos emisoras separadas con receptores estéreo convencionales.

La emisora ​​de música clásica de San Francisco KKHI-FM transmitió la Ópera de San Francisco en formato cuadrafónico "compatible" (es decir, codificado en matriz) durante la década de 1970, ^{[ 23 ]} al igual que las transmisiones en vivo de la "Ópera Lírica de Chicago" de la emisora ​​de Chicago WFMT .

KRMH-FM ("Good Karma Radio") (San Marcos/Austin, Texas) transmitió en "Quad Stereo" a principios de la década de 1970 desde sus estudios y transmisor cerca de Buda, Texas . ^{[ 24 ]}

WWWW-FM (W4-QUAD 106.7) (Detroit) transmitió sonido cuadrafónico codificado QS en 1974. ^{[ 25 ]}

KEXL-FM ("KEXL 104.5") (San Antonio, Texas) transmitió en "cuadrafónico" a principios y mediados de la década de 1970 desde sus estudios en un edificio de oficinas de gran altura cerca de Main Plaza. ^{[ 26 ]}

La emisora ​​de Seattle KIRO-FM 100.7, posteriormente rebautizada como KSEA 101, transmitió varias horas diarias entre 1973 y principios de 1976 música cuadrafónica codificada en SQ. ^{[ 27 ]} El programa dominical matutino "Música y la Palabra Hablada" del Tabernáculo Mormón de Salt Lake City se emitió en cuadrafónico SQ. ^{[ 27 ]}

Matrix H fue desarrollado por ingenieros de la BBC en 1977 para transmitir sonido cuadrafónico a través de la radio FM de una manera que fuera lo más compatible posible con los receptores mono y estéreo existentes. ^{[ 28 ]}

Se realizaron programas de prueba cuadrafónicos para BBC Radio 3 y BBC Radio 4 , incluyendo obras de teatro y The Proms . ^{[ 29 ]}

Primero se probaron los formatos de matriz existentes. La "H" no representa una palabra; llamaron Matriz A a la primera matriz que evaluaron y luego trabajaron con el alfabeto. ^{[ 30 ] [ 31 ]} La Matriz H surgió como la mejor solución para la compatibilidad mono y la transmisión de radio, ^{[ 32 ]} pero no había un decodificador comercial específico disponible para ella.

Posteriormente, la BBC colaboró ​​con los desarrolladores de Ambisonics para producir el sistema BBC/NRDC HJ . Este se basó en zonas de tolerancia diseñadas para incluir versiones modificadas tanto de la matriz H como del prototipo de codificación de dos canales de Ambisonics , conocido como sistema 45J . Posteriormente, la matriz UMX de Nippon-Columbia se incorporó al estándar, dando lugar al nombre UHJ que ahora se asocia con Ambisonics . ^{[ 33 ]}

En 1967, el grupo Pink Floyd estrenó su sistema de altavoces cuadrafónicos hecho a medida y ofreció el primer concierto de rock con sonido envolvente. Este evento se llamó " Games for May " y se celebró en el Queen Elizabeth Hall de Londres . ^{[ 34 ]} Un dispositivo de control que habían fabricado, el Coordinador de Azimut , utilizaba joysticks duales . Ahora se exhibe en el Museo Victoria y Alberto de Londres , como parte de su galería de Colecciones de Teatro. ^{[ 35 ]} El controlador, que normalmente era operado por Richard Wright , permitía a los músicos colocar sonidos en cualquier altavoz y moverlos por el área de escucha.

En 1976, Mike Thorne creó el álbum de vinilo Quadrafile , con la misma música grabada en sus cuatro caras, cada una en un formato cuadrafónico diferente (QS, SQ, CD-4 y UD-4).

• Ambiofonía
• Coordinador de acimut
• Audio digital de disco compacto de cuatro canales
• decodificador de matriz
• Grabación multipista
• sonido octofónico

• Mark Anderson. Discografía cuadrafónica
• Lista de cintas cuadrafónicas de 8 pistas
• Cuadrofónico Quad
• SurroundSound – Grupo de debate sobre música en formato quad y surround
• Sitio web cuadrafónico de Wendy Carlos
• Circuito de Hafler
• Dolby Surround
• Audio de sonido envolvente de los años 70 archivado el 5 de marzo de 2021 en Wayback Machine.
• Discografía de RCA Quadradisc archivada el 12 de agosto de 2018 en Wayback Machine.
• Quadraphonic.info – Artículos, manuales, información cuadrafónica