Система шумоподавления Dolby - Википедия - Dolby noise-reduction system

Модуль шумоподавления Dolby 361 A-типа

А Система шумоподавления Dolby, или же Dolby NR, является одним из серии подавление шума системы, разработанные Dolby Laboratories для использования в аналоговой аудиозаписи.[1] Первый был Dolby A, профессионал широкополосный система шумоподавления для студий звукозаписи 1965 г., но самая известная - Dolby B (введена в 1968 г.), система скользящих лент для потребительского рынка, которая помогла сделать высокое качество практичным на кассеты, который использовал относительно шумный размер ленты и скорость. Это распространено на стереофонических магнитофонах и магнитофонах высокого качества по сей день. Из систем шумоподавления, Dolby A и Dolby SR были разработаны для профессионального использования. Dolby B, C, и S были разработаны для потребительского рынка. Помимо Dolby HX, все варианты Dolby работают по компандирование или сжимая динамический диапазон звука во время записи и расширение звука во время воспроизведения.

использование

При записи сигнала на магнитную ленту на заднем фоне присутствует низкий уровень шума, напоминающий шипение. Одно из решений этой проблемы - использовать ленту с низким уровнем шума, которая записывает больше сигнала и меньше шума. Другие решения - использовать ленту с большей скоростью или использовать более широкую ленту. Кассетные ленты изначально были разработаны, чтобы получить компромисс между точностью воспроизведения и удобством записи голоса за счет использования очень узкой ленты, бегущей с очень низкой скоростью 1 дюйма в секунду (ips), помещенной в простой пластиковый корпус, при скорости ленты 15 дюймов в секунду или 7½ дюймов в секунду. были для высокого качества, а 3¾ ips - для более низкого качества. Из-за узких дорожек и низкой скорости кассеты делают шипение ленты очень серьезная проблема.

Характеристики кодирования для систем шумоподавления типа Dolby B и C для уровня входного сигнала –60 дБ. Кривые декодирования, используемые при воспроизведении, являются точными обратными, поэтому общая частотная характеристика записи / воспроизведения плоская.
Характеристики кодирования шумоподавления типа Dolby C для диапазона уровней входного сигнала

Подавление шума Dolby - это форма динамического предыскажение используется во время записи, плюс форма динамического ослабить акцент используются во время воспроизведения, которые работают в тандеме для улучшения соотношение сигнал шум. Отношение сигнал / шум - это просто то, насколько велик музыкальный сигнал по сравнению с низким уровнем шума ленты при отсутствии сигнала. Когда музыка громкая, низкий уровень фонового шипения не заметен, но когда музыка тихая или тихая, большая часть или все, что можно услышать, - это шум. Если уровень записи настроен так, чтобы музыка всегда была громкой, то низкий уровень шума не будет слышен.

Нельзя просто увеличить громкость записи для достижения этой цели; ленты имеют максимальную громкость, которую они могут записывать, поэтому и без того громкие звуки будут искажаться. Уловка состоит в том, чтобы увеличить громкость записи только тогда, когда исходный материал еще не громкий, а затем уменьшить громкость на ту же величину при воспроизведении, чтобы они снова вернулись к низким уровням громкости. Когда громкость уменьшается при воспроизведении, громкость шума уменьшается на ту же величину. Эта основная концепция, увеличивающая громкость для подавления собственного шума, известна как предыскажение и используется во многих продуктах.

В дополнение к этой базовой концепции системы шумоподавления Dolby добавляют еще одно улучшение. При этом учитывается тот факт, что шум ленты в основном слышен на частотах выше 1000 Гц. Это низкочастотные звуки, которые часто бывают громкими, например удары барабана, поэтому, применяя компандирование только к определенным частотам, можно уменьшить общую величину искажений исходного сигнала и сосредоточить внимание только на проблемных частотах. Различия в различных продуктах Dolby в основном заключаются в точном наборе используемых частот и степени изменения исходной громкости, применяемой к каждой из полос частот.

В каждой полосе количество применяемых предыскажений зависит от исходной громкости. Например, в Dolby B сигнал низкого уровня будет усилен на 10 дБ, а сигналы на уровне «Dolby Level», +3 VU, не получают никаких модификаций сигнала. Между этими двумя пределами применяется разный уровень предыскажения. При воспроизведении применяется противоположный процесс (снятие акцента) на основе относительной составляющей сигнала выше 1 кГц. Таким образом, по мере того, как эта часть сигнала уменьшается по амплитуде, более высокие частоты постепенно затухают более резко, что также приглушает постоянный фоновый шум на ленте, когда и где он был бы наиболее заметным.

Два процесса (предварительное выделение и ослабление выделения) предназначены для взаимного нейтрализации друг друга в том, что касается фактически записанной программы. Только уменьшение выделения применяется к входящему сигналу и шуму во время воспроизведения. После завершения деактивации воспроизведения кажущийся шум в выходном сигнале уменьшается, и этот процесс не должен производить никакого заметного для слушателя эффекта (кроме, конечно, уменьшения шума). Однако при воспроизведении без шумоподавления звук становится заметно ярче.

Таким образом, калибровка схемы записи и воспроизведения имеет решающее значение для точного воспроизведения исходного содержимого программы, и это легко компенсируется некачественной лентой, грязными головками записи / воспроизведения или использованием неподходящих предвзятость уровни / частота для записи на ленту, а также скорость ленты при записи или тиражировании. Это может проявляться как приглушенное воспроизведение или "дыхание "уровня шума при изменении сигнала.

В некоторых высокопроизводительных бытовых приборах есть контроль калибровки Dolby. Для записи может быть записан эталонный тон на уровне Dolby для точной калибровки уровня воспроизведения на другом транспорте. При воспроизведении один и тот же записанный тон должен давать идентичный выходной сигнал, на что указывает логотип Dolby с отметкой примерно +3 VU на индикаторе (ах) VU. В бытовой технике уровень Dolby определен как 200 нВб / м, и калибровочные ленты были доступны, чтобы помочь с задачей правильной настройки уровня. Для точного мониторинга вне ленты во время записи на 3-головные деки оба процесса должны использоваться одновременно, а схемы, обеспечивающие это, продаются под рубрикой «Double Dolby».

Dolby A

Снижение шума типа Dolby A было первой системой шумоподавления компании Dolby, представленной в 1965 году.[2] Он был предназначен для использования в профессиональных студиях звукозаписи, где он стал обычным явлением и получил широкое распространение в то же время, что и многодорожечная запись стал стандартным. Входной сигнал разделяется на полосы частот четырьмя фильтрами с крутизной наклона 12 дБ на октаву, с частоты среза (Точки на 3 дБ ниже) следующим образом: НЧ при 80 Гц; полоса пропускания от 80 Гц до 3 кГц; а высокая частота от 3 кГц; и другой высокая частота на 9 кГц. (Суммирование вкладов от двух полос высоких частот позволяет значительно снизить уровень шума на верхних частотах.) компандер Схема имеет порог -40 дБ с соотношением 2: 1 для сжатия / расширения 10 дБ. Это обеспечивает снижение шума примерно на 10 дБ, увеличиваясь до возможных 15 дБ на частоте 15 кГц, согласно статьям, написанным Рэем Долби и опубликованным Audio Engineering Society (октябрь 1967 г.).[3][4] и аудио (июнь / июль 1968 г.).[5][6]

Как и в случае с системой Dolby B-типа, важно правильное согласование процессов сжатия и расширения. Калибровка блока расширения (декодирования) для магнитной ленты использует уровень потока 185 нВт / м, который является уровнем, используемым на промышленных калибровочных лентах, таких как ленты от Ampex; он установлен на 0 VU при воспроизведении с магнитофона и на уровень Dolby на блоке шумоподавления. В режиме записи (сжатие или кодирование) характеристический тон (Dolby Tone), генерируемый внутри блока шумоподавления, устанавливается на 0 VU на магнитофоне и на 185 нВт / м на ленте.

Система Dolby A-типа также использовалась в качестве метода шумоподавления в оптический звук для движущихся изображений.

Dolby B

Типичная бытовая кассетная дека Hi-Fi с автореверсивной фронтальной загрузкой конца 1980-х годов (Sony TC-RX55) с полностью электронным транспортом, шумоподавлением Dolby B-типа и C-типа и динамическим расширением HXPro
Анализ шума и частотной характеристики высокопроизводительной кассетной деки Nakamichi 580M с системой шумоподавления Dolby B-type

Подавление шума типа Dolby B было разработано после Dolby A и было представлено в 1968 году. Оно состояло из системы с одной скользящей полосой, обеспечивающей снижение шума примерно на 9 дБ (A-взвешенный ), в первую очередь для использования с кассеты. Он был намного проще, чем Dolby A, и поэтому гораздо дешевле внедрять в потребительские товары. Записи Dolby B приемлемы при воспроизведении на оборудовании, не имеющем декодера Dolby B, например, на многих недорогих портативных и автомобильных кассетных плеерах. Без эффекта деактивации декодера звук будет восприниматься более ярким, чем подчеркнуты высокие частоты, что можно использовать для компенсации «тусклой» высокочастотной характеристики в недорогом оборудовании. Однако Dolby B обеспечивает менее эффективное снижение шума, чем Dolby A, как правило, более чем на 3 дБ.

Система Dolby B эффективна примерно от 1 кГц и выше; обеспечиваемое снижение шума составляет 3 дБ при 600 Гц, 6 дБ при 1,2 кГц, 8 дБ при 2,4 кГц и 10 дБ при 5 кГц. Ширина полосы шумоподавления может изменяться, поскольку она рассчитана на изменение как амплитуды, так и частотного распределения сигнала. Таким образом, можно добиться значительного снижения шума вплоть до довольно низких частот, не вызывая слышимой модуляции шума сигналом («дыхание»).[7]

С середины 1970-х годов Dolby B стал стандартом для коммерческих предварительно записанных музыкальных кассет, несмотря на то, что в некотором оборудовании низкого уровня не хватало схемы декодирования, хотя это позволяет приемлемое воспроизведение на таком оборудовании. Большинство предварительно записанных кассеты используйте этот вариант. VHS видеомагнитофоны использовали Dolby B на линейных стереофонических звуковых дорожках.

Вплоть до 1980 года магнитофоны, поддерживающие Dolby B, часто просто помечались как имеющие Dolby NR.

Тесно совместимая система под названием ANRS [я ][8] Разработанный JVC, использовался вместо Dolby B на некоторых кассетных деках JVC.

Dolby FM

В начале 1970-х некоторые ожидали, что Dolby NR станет нормой в FM радио радиопередачи и некоторые тюнеры и усилители были изготовлены со схемой декодирования; были также некоторые магнитофоны с "сквозным" режимом Dolby B. В 1971 г. WFMT начал передавать программы с Dolby NR,[9] и вскоре около 17 станций начали вещание с шумоподавлением, но к 1974 году он уже шел на убыль.[10] Dolby FM был основан на Dolby B,[11] но использовал модифицированную постоянную времени предыскажения 25 мкс и частотно-селективный компандирование устройство для уменьшения шума.

Подобная система под названием High Com FM оценивалась в Германии с июля 1979 г. по декабрь 1981 г. IRT.[12] и проходил полевые испытания до 1984 года. Он был основан на Telefunken High Com система широкополосного компандера, но никогда не использовалась в коммерческих целях в FM-радиовещании.[13] Другая конкурирующая система была FMX, который был основан на CX.

Dolby C

Сравнение шумовых и частотных характеристик систем шумоподавления типа Dolby B и Dolby C с высокопроизводительной кассетной деки Nakamichi ZX-7

Подавление шума типа Dolby C[14] был представлен в 1980 году. Он обеспечивает снижение шума примерно на 15 дБ (A-взвешенный ) в диапазоне от 2 кГц до 8 кГц, где ухо очень чувствительно и большая часть шипения ленты сосредоточена. Он построен путем объединения эффекта двух систем Dolby B вместе - ступени высокого уровня и ступени низкого уровня - с расширением до более низких частот. Как и в Dolby B, метод «скользящей полосы» (рабочая частота зависит от уровня сигнала) помогает подавить нежелательное «дыхание», которое часто является проблемой для многих других методов шумоподавления.

В результате дополнительной обработки сигнала записи типа Dolby C будут звучать намного хуже при воспроизведении на оборудовании, не имеющем необходимой схемы декодирования Dolby C. Отчасти эту резкость можно уменьшить, используя Dolby B при воспроизведении, который служит для уменьшения силы высоких частот.

При обработке Dolby C-типа шумоподавление начинается на две октавы ниже по частоте в попытке поддержать психоакустически однородный минимальный уровень шума. В области выше 8 кГц, где ухо менее чувствительно к шуму, в игру вступают специальные схемы спектрального искажения и защиты от насыщения. Эти схемы предотвращают перекрестную модуляцию низких частот с высокими частотами, подавляют насыщение ленты, когда присутствуют сильные переходные процессы сигнала, и увеличивают эффективный запас для кассетной магнитофонной системы. В результате записи становятся более чистыми и четкими с значительно улучшенной высокочастотной характеристикой, которой раньше не хватало кассетному носителю. При использовании ленты хорошего качества отклик Dolby-C может быть ровным до 20 кГц при уровне записи 0 дБ, что ранее было недостижимо. Соотношение сигнал / шум, взвешенное по шкале А, равное 72 дБ (относительно 3% THD на 400 Гц) без нежелательных эффектов «дыхания», даже на трудно записываемых пассажах.

Dolby C впервые появился на кассетных деках более высокого класса в 1980-х годах. Первой коммерчески доступной кассетной декой с Dolby C была НАД 6150C, который появился на рынке примерно в 1981 году. Dolby C также использовался в профессиональном видеооборудовании для аудиодорожек Betacam и Umatic SP форматы видеокассет. В Японии первой кассетной декой с Dolby C была AD-FF5 от Айва. Кассетные деки с Dolby C также включали Dolby B для обратной совместимости и обычно имели маркировку «Dolby B-C NR».

Dolby SR

Основная статья: Dolby SR

Система Dolby SR (Spectral Recording), представленная в 1986 году, была второй профессиональной системой шумоподавления компании. Это гораздо более агрессивный подход к уменьшению шума, чем Dolby A. Он пытается максимизировать записанный сигнал в любое время, используя сложную серию фильтров, которые меняются в соответствии с входным сигналом. В результате, Dolby SR намного дороже в реализации, чем Dolby B или C, но Dolby SR способен обеспечить снижение шума до 25 дБ в высокочастотном диапазоне. Его можно найти только на профессиональном записывающем оборудовании.[1][15]

В киноиндустрии, что касается распечаток фильмов, маркировка Dolby A и SR относится к Dolby Surround который является не просто методом шумоподавления, но, что более важно, кодирует два дополнительных аудиоканала по стандарту оптический саундтрек, давая левый, центральный, правый и окружающий.

Отпечатки SR довольно хорошо обратно совместимы со старым оборудованием Dolby A. Маркировка Dolby SR-D относится как к аналоговым Dolby SR и цифровой Dolby Digital саундтреки на одном принте.

Dolby S

Магнитофон Harman / Kardon Dolby S около 1991 г.

Dolby S был представлен в 1989 году. Предполагалось, что Dolby S станет стандартом для коммерческих предварительно записанных музыкальных кассет во многом так же, как Dolby B в 1970-х, но он появился на рынке, когда Компактная кассета был заменен Компакт-диск как доминирующий музыкальный формат массового рынка. Dolby Labs утверждала, что большинство представителей широкой публики не могут различить звук компакт-диска и кассеты с кодировкой Dolby S. Dolby S в основном появился на высококачественном аудиооборудовании и никогда не использовался широко.

Dolby S гораздо более устойчив к проблемам с воспроизведением, вызванным шумом от механизма переноса ленты, чем Dolby C. Аналогичным образом, Dolby S, как утверждается, имеет совместимость воспроизведения с Dolby B в том смысле, что запись Dolby S может воспроизводиться на более старом оборудовании Dolby B. с реализацией некоторой выгоды. По сути, это урезанная версия Dolby SR, в которой используются многие из тех же методов шумоподавления. Dolby S способен снижать уровень шума на 10 дБ на низких частотах и ​​до 24 дБ на высоких частотах.[16]

Dolby HX / HX-Pro

Dolby HX-Pro[17] был изобретен в 1980 году и запатентован в 1981 году (EP 0046410) Йоргеном Сельмером Йенсеном.[18] из Bang & Olufsen. B&O немедленно передала лицензию HX-Pro компании Dolby Laboratories, оговорив приоритетный период в несколько лет для использования в потребительских товарах, чтобы защитить свою собственную кассетную деку Beocord 9000.[19]

Магнитная лента по своей природе нелинейна из-за гистерезис магнитного материала. Если аналоговый сигнал были записаны непосредственно на магнитную ленту, ее воспроизведение будет сильно искажено из-за этого нелинейность. Чтобы преодолеть это, высокочастотный сигнал, известный как смещение, смешивается с записанным сигналом, что «подталкивает» огибающую сигнала к линейной области. Если аудиосигнал содержит сильную высокочастотную составляющую, в частности от ударных инструментов, таких как хай-хет, это добавляет к постоянному смещению, вызывающему магнитное насыщение на ленте. Dolby HX Pro автоматически уменьшает сигнал смещения при наличии сильных высокочастотных сигналов, что позволяет производить запись с более высоким уровнем сигнала, что и привело к его названию: HX = ЧАСгостиная еИкснапряжение.

HX-Pro применяется только во время записи. Улучшенное соотношение сигнал / шум доступно независимо от того, на какой кассетной деке воспроизводится лента, и поэтому HX-Pro не является системой шумоподавления, как Dolby A, B, C и S, хотя она помогает для повышения точности отслеживания кодирования / декодирования шумоподавления за счет снижения нелинейности характеристик ленты.

Некоторые звукозаписывающие компании выпускали кассеты с записью HX-Pro в конце 1980-х - начале 1990-х годов.

Технологические тенденции

Широкое распространение цифровой звук в профессиональный и потребительские приложения (например, компакт-диски, скачать музыку, потоковая передача музыки) сделала аналоговое аудио менее распространенным, но аналоговые системы шумоподавления Dolby по-прежнему широко используются в нишевых средах аналогового производства.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Белый, Пол. Снижение шума ленты. Sound on Sound, январь 1996 г. Архивировано на Wayback Machine
  2. ^ «История Dolby: 50 лет инноваций».
  3. ^ Долби, Рэй (октябрь 1967). «Система шумоподавления звука». Журнал Общества звукорежиссеров. 15 (4): 383–388.
  4. ^ Долби, Рэй (октябрь 1967). "Система шумоподавления звука" (PDF). 33-я конвенция общества звукоинженеров, документ № 543. Получено 2020-11-09.
  5. ^ Долби, Рэй М. (июнь 1968 г.). «Снижение шума звука: некоторые практические аспекты - Часть 1: Принципы работы и детали профессиональной системы шумоподавления» (PDF). Аудио: 19–22, 55. Получено 2020-11-09.
  6. ^ Долби, Рэй М. (июль 1968 г.). «Снижение звукового шума: Часть 2 (Заключение)» (PDF). Аудио: 26–30. Получено 2020-11-09.
  7. ^ Долби, Рэй (16–18 марта 1971 г.). Система шумоподавления для бытовой записи на магнитную ленту. Конвенция Общества звукорежиссеров, Кельн, Германия.
  8. ^ Ворам, Джон (4 декабря 1976 г.). «Обновление: шумоподавление». Рекламный щит: 30.
  9. ^ Гилмор, К. П. (сентябрь 1971 г.). "Смотреть и слушать". Популярная наука: 38.
  10. ^ Бесплатно, Джон Р. (1974) Смотреть и слушать Popular Science, февраль 1974 г., стр. 50
  11. ^ Мильке, Э.-Юрген (1977). "Einfluß des Dolby-B-Verfahrens auf die Übertragungsqualität im UKW-Hörrundfunk". Rundfunktechnische Mitteilungen (на немецком). Institut für Rundfunktechnik (IRT). 21: 222–228.
  12. ^ Шредер, Эрнст Ф. «История HIGH COM». Архивировано из оригинал на 2016-04-16. Получено 2016-04-16.
  13. ^ «Prüfung eines modifizierten HIGH COM-Kompanders für den Einsatz bei der RF-Übertragung im UKW-Hörfunk» (на немецком языке). Institut für Rundfunktechnik (IRT). 1981-12-30. Технический отчет 55/81. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  14. ^ Халл, Джозеф (май 1981). «Подавление шума типа Dolby C» (PDF). Аудио: 20–25. Получено 2020-11-11.
  15. ^ Лаборатории Долби (1987), Dolby SR: спектральная запись Dolby. В архиве 2 октября 2012 г. Wayback Machine.
  16. ^ Dolby Laboratories (2004), Системы шумоподавления Dolby B, C и S: улучшение звучания кассет. В архиве 21 октября 2012 г. Wayback Machine.
  17. ^ "Dolby HX-Pro". Beoworld.org. Получено 2020-11-09.
  18. ^ "Йорген Зельмер Йенсен" (на датском). jollyjokers.dk. Получено 2020-11-09.
  19. ^ "B&O / Beocord 9000 - DDHFwiki" (на датском). Datamuseum.dk. Получено 2020-11-09.

внешняя ссылка