Система шумоподавления Dolby , или Dolby NR , является одной из серии систем шумоподавления , разработанных Dolby Laboratories для использования в аналоговой аудиозаписи. [1] Первой была Dolby A , профессиональная широкополосная система шумоподавления для студий звукозаписи, которая была впервые продемонстрирована в 1965 году, но наиболее известной является Dolby B (представленная в 1968 году), система со скользящей полосой для потребительского рынка, которая помогла сделать высокую точность практичной на кассетных лентах , которые использовали относительно шумный размер ленты и скорость. Она распространена на высококачественных стереомагнитофонах и рекордерах по сей день, хотя Dolby с 2016 года прекратила лицензировать технологию для новых кассетных дек. Из систем шумоподавления Dolby A и Dolby SR были разработаны для профессионального использования. Dolby B , C и S были разработаны для потребительского рынка. За исключением Dolby HX, все варианты Dolby работают по принципу компандирования : сжимая динамический диапазон звука во время записи и расширяя его во время воспроизведения.
При записи сигнала на магнитную ленту на заднем плане присутствует низкий уровень шума, который звучит как шипение. Одним из решений этой проблемы является использование малошумящей ленты, которая записывает больше сигнала и меньше шума. Другие решения — это прокрутка ленты на более высокой скорости или использование более широкой ленты. Кассетные ленты изначально были разработаны для того, чтобы пожертвовать точностью ради удобства записи голоса, используя очень узкую ленту, движущуюся на очень низкой скорости 1+7 ⁄ 8 дюймов/с (4,8 см/с) помещены в простую пластиковую оболочку, когда 15 дюймов/с (38 см/с) или 7+Скорость ленты 1 ⁄ 2 дюйма/с (19 см/с) была для высокой точности, а 3+3 ⁄ 4 дюйма/с (9,5 см/с) имели более низкую точность. Из-за узких дорожек и низкой скорости кассеты делают шипение ленты очень серьезной проблемой.
Шумоподавление Dolby — это форма динамического предварительного выделения , используемая во время записи, а также форма динамического снятия выделения , используемая во время воспроизведения, которые работают в тандеме для улучшения соотношения сигнал/шум . Соотношение 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 в тишине, большая часть или все, что можно услышать, — это шум. Если уровень записи отрегулирован так, чтобы музыка всегда была громкой, то низкий уровень шума не будет слышен.
Невозможно просто увеличить громкость записи, чтобы достичь этой цели; ленты имеют максимальную громкость, которую они могут записать, поэтому уже громкие звуки будут искажаться. Идея состоит в том, чтобы увеличить громкость записи только тогда, когда исходный материал уже не громкий, а затем уменьшить громкость на ту же величину при воспроизведении, чтобы сигнал вернулся к исходным уровням громкости. Когда громкость уменьшается при воспроизведении, уровень шума уменьшается на ту же величину. Эта базовая концепция, увеличение громкости для подавления собственного шума, известна как предыскажение и встречается в ряде продуктов.
В дополнение к этой базовой концепции системы шумоподавления Dolby добавляют еще одно усовершенствование. Оно учитывает тот факт, что шум ленты в основном слышен на частотах выше 1000 Гц. Именно низкочастотные звуки часто бывают громкими, например, барабанные удары, поэтому, применяя компандирование только к определенным частотам, можно уменьшить общее количество искажений исходного сигнала и сфокусироваться только на проблемных частотах. Различия в различных продуктах Dolby в значительной степени очевидны в точном наборе частот, которые они используют, и в количестве изменений исходной громкости сигнала, которые применяются к каждой из полос частот.
В пределах каждой полосы величина применяемого предварительного выделения зависит от исходной громкости сигнала. Например, в Dolby B сигнал низкого уровня будет усилен на 10 дБ , в то время как сигналы на уровне «Dolby Level», +3 VU , вообще не получат никаких изменений сигнала. Между двумя пределами применяется разный уровень предварительного выделения. При воспроизведении применяется противоположный процесс (де-предыскажение), основанный на относительном компоненте сигнала выше 1 кГц. Таким образом, по мере того, как эта часть сигнала уменьшается по амплитуде, более высокие частоты постепенно все больше ослабляются, что также снижает уровень постоянного фонового шума на ленте, когда и где он был бы наиболее заметен.
Два процесса (предыскажения и деэмфазиса) предназначены для взаимной нейтрализации в том, что касается фактического записанного программного материала. Во время воспроизведения деэмфазис применяется только к входящему сигналу и шуму вне ленты. После завершения деэмфазиса воспроизведения кажущийся шум в выходном сигнале уменьшается, и этот процесс не должен производить никаких других заметных для слушателя эффектов, кроме уменьшения фонового шума. Однако воспроизведение без шумоподавления производит заметно более яркий звук.
Правильная калибровка схем записи и воспроизведения имеет решающее значение для обеспечения точного воспроизведения исходного содержания программы. Калибровка может быть легко нарушена некачественной лентой, грязными или невыровненными головками записи/воспроизведения или использованием неподходящих уровней/частоты смещения для формулировки ленты, а также скорости ленты при записи или копировании. Это может проявляться в приглушенном воспроизведении или « дыхании » уровня шума при изменении уровня громкости сигнала.
На некотором бытовом оборудовании высокого класса включен контроль калибровки Dolby. Для записи может быть записан опорный тон на уровне Dolby для точной калибровки уровня воспроизведения на другом транспорте. При воспроизведении тот же записанный тон должен давать идентичный выходной сигнал, как указано в маркировке логотипа Dolby примерно на +3 VU на измерителе(ях) VU. В бытовом оборудовании уровень Dolby определяется как 200 нВб/м , и калибровочные ленты были доступны для помощи в задаче правильной установки уровня. Для точного мониторинга вне ленты во время записи на 3-головочных магнитофонах оба процесса должны использоваться одновременно, и схема, предоставленная для достижения этого, продается под маркой «Double Dolby».
Система шумоподавления Dolby A-type была первой системой шумоподавления компании Dolby, представленной в 1965 году. [2] [3] Она предназначалась для использования в профессиональных студиях звукозаписи, где стала обычным явлением, получив широкое распространение в то же время, когда многодорожечная запись стала стандартом. Входной сигнал разделяется на полосы частот четырьмя фильтрами с наклонами 12 дБ на октаву, с частотами среза (точки спада 3 дБ) следующим образом: фильтр нижних частот на 80 Гц; полосовой фильтр от 80 Гц до 3 кГц; фильтр верхних частот от 3 кГц; и еще один фильтр верхних частот на 9 кГц. (Наложение вкладов от двух полос верхних частот позволяет добиться большего шумоподавления на верхних частотах.) Схема компандера 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.) [4] [5] и Audio (июнь/июль 1968 г.). [6] [7]
Как и в системе Dolby B-type, важно правильное соответствие процессов сжатия и расширения. Калибровка блока расширения (декодирования) для магнитной ленты использует уровень потока 185 нВб/м, который является уровнем, используемым на промышленных калибровочных лентах, таких как Ampex; он устанавливается на 0 VU при воспроизведении на магнитофоне и на уровень Dolby на блоке шумоподавления. В режиме записи (сжатия или кодирования) характерный тон (Dolby Tone), генерируемый внутри блока шумоподавления, устанавливается на 0 VU на магнитофоне и на 185 нВб/м на ленте.
Система типа Dolby A также нашла применение в качестве метода шумоподавления в оптическом звуке кинофильмов.
Система шумоподавления Dolby B-type была разработана после Dolby A и представлена в 1968 году. Она состояла из одной системы со скользящей полосой, обеспечивающей шумоподавление около 9 дБ ( A-weighted ), в первую очередь для использования с кассетными лентами . Она была намного проще, чем Dolby A, и поэтому намного дешевле для внедрения в потребительские товары. Записи Dolby B приемлемы при воспроизведении на оборудовании, которое не имеет декодера Dolby B, например, на многих недорогих портативных и автомобильных кассетных плеерах. Без эффекта деэмфазиса декодера звук будет восприниматься как более яркий, поскольку высокие частоты подчеркиваются, что может использоваться для компенсации «тусклого» высокочастотного отклика в недорогом оборудовании. Однако Dolby B обеспечивает менее эффективное шумоподавление, чем Dolby A, как правило, на величину более 3 дБ.
Система Dolby B эффективна от приблизительно 1 кГц и выше; обеспечиваемое шумоподавление составляет 3 дБ на 600 Гц, 6 дБ на 1,2 кГц, 8 дБ на 2,4 кГц и 10 дБ на 5 кГц. Ширина полосы шумоподавления является переменной, поскольку она разработана так, чтобы реагировать как на амплитуду, так и на распределение частот сигнала. Таким образом, можно получить значительное шумоподавление вплоть до довольно низких частот, не вызывая слышимой модуляции шума сигналом («дыхание»). [8]
С середины 1970-х годов Dolby B стал стандартом на коммерческих предварительно записанных музыкальных кассетах, хотя некоторое низкоуровневое оборудование не имело схемы декодирования, хотя это позволяло приемлемое воспроизведение на таком оборудовании. Большинство предварительно записанных кассет используют этот вариант. Видеомагнитофоны VHS использовали Dolby B на линейных стереофонических аудиодорожках.
До появления более поздних потребительских вариантов (первым был Dolby C), кассетное оборудование, поддерживающее Dolby B, и кассеты, закодированные с его помощью, маркировались просто как «Dolby System», «Dolby NR» или без слов с символом Dolby. Это продолжалось на некоторых лейблах звукозаписи и производителях оборудования даже после введения Dolby C, в период, когда новый стандарт был относительно малоизвестен.
Система ANRS [9] компании JVC , используемая вместо Dolby B на более ранних кассетных деках JVC, считается совместимой с Dolby B. В конечном итоге компания JVC отказалась от стандарта ANRS в пользу официальной поддержки Dolby B; существуют некоторые деки JVC, у которых переключатели шумоподавления имеют комбинированную настройку «ANRS / Dolby B».
В начале 1970-х годов некоторые ожидали, что Dolby NR станет обычным явлением в радиовещании FM , и некоторые тюнеры и усилители были изготовлены с декодирующими схемами; также были некоторые магнитофоны с режимом «pass-through» Dolby B. В 1971 году WFMT начал передавать программы с Dolby NR, [10] и вскоре около 17 станций вещали с шумоподавлением, но к 1974 году он уже пошел на спад. [11] Dolby FM был основан на Dolby B, [12] но использовал модифицированную постоянную времени предыскажения 25 мкс [13] и частотно-селективное компандирование для снижения шума.
Похожая система под названием High Com FM была оценена в Германии в период с июля 1979 года по декабрь 1981 года компанией IRT [14] и проходила полевые испытания до 1984 года. Она была основана на широкополосной компандерной системе Telefunken High Com , но никогда не была представлена в коммерческих целях в FM-вещании. [15] Другой конкурирующей системой была FMX , которая была основана на CX .
Полностью совместимый с Dolby B компандер был разработан и использовался на многих магнитофонах в бывшей Германской Демократической Республике в 1980-х годах. Он назывался RMS (от Rauschminderungssystem , англ. «Система шумоподавления»). [16]
Система шумоподавления Dolby C-type была разработана в 1980 году. [17] [18] [19] Она обеспечивает шумоподавление около 15 дБ ( A-взвешенное ) в диапазоне от 2 кГц до 8 кГц, где ухо очень чувствительно и сосредоточено большинство шипения ленты. Ее эффект шумоподавления является результатом двухуровневого (состоящего из высокоуровневого этапа и низкоуровневого этапа) ступенчатого действия последовательно соединенных компрессоров и экспандеров с расширением до более низких частот, чем в Dolby B. Как и в Dolby B, метод «скользящей полосы» (рабочая частота меняется в зависимости от уровня сигнала) помогает подавить нежелательное дыхание , которое часто является проблемой при использовании других методов шумоподавления.
В результате дополнительной обработки сигнала записи типа Dolby C будут звучать искаженно при воспроизведении на оборудовании, не имеющем требуемой схемы декодирования Dolby C. Часть этой резкости можно смягчить, используя Dolby B при воспроизведении, что позволяет снизить силу высоких частот.
При обработке Dolby C-type шумоподавление начинается на две октавы ниже по частоте в попытке сохранить психоакустически однородный уровень шума. В области выше 8 кГц, где ухо менее чувствительно к шуму, вступают в действие специальные сети спектрального перекоса и антинасыщения. Эти схемы предотвращают перекрестную модуляцию низких частот с высокими частотами, подавляют насыщение ленты при наличии больших переходных процессов сигнала и увеличивают эффективный запас по мощности кассетной ленточной системы. В результате записи получаются более чистыми и четкими с гораздо улучшенным высокочастотным откликом, которого до сих пор не хватало кассетному носителю. С лентой хорошего качества отклик Dolby C мог быть плоским до 20 кГц при уровне записи 0 дБ, что ранее было недостижимым результатом. Было возможно получить отношение сигнал/шум, взвешенное по шкале А, 72 дБ (относительно 3% THD при 400 Гц) без нежелательных эффектов «дыхания», даже на сложных для записи отрывках.
Dolby C впервые появился на кассетных деках более высокого класса в 1980-х годах. Первой коммерчески доступной кассетной декой с Dolby C была NAD 6150C, которая появилась на рынке около 1981 года. Dolby C также использовался на профессиональном видеооборудовании для аудиодорожек форматов видеокассет Betacam и Umatic SP . В Японии первой кассетной декой с Dolby C была AD-FF5 от Aiwa . Кассетные деки с Dolby C также включали Dolby B для обратной совместимости и обычно маркировались как имеющие «Dolby BC NR».
Система Dolby SR (Spectral Recording), представленная в 1986 году, была второй профессиональной системой шумоподавления компании. Это гораздо более агрессивный подход к шумоподавлению, чем Dolby A. Он пытается максимизировать записанный сигнал в любое время, используя сложную серию фильтров, которые изменяются в соответствии с входным сигналом. В результате Dolby SR намного дороже в реализации, чем Dolby B или C, но Dolby SR способен обеспечить до 25 дБ шумоподавления в диапазоне высоких частот. Он встречается только на профессиональном записывающем оборудовании. [1] [20]
В киноиндустрии, если говорить о распространении копий фильмов, маркировка Dolby A и SR относится к Dolby Surround , что является не просто методом шумоподавления, но, что более важно, кодирует два дополнительных аудиоканала на стандартной оптической звуковой дорожке , обеспечивая левый, центральный, правый и объемный звук.
Отпечатки SR достаточно хорошо обратно совместимы со старым оборудованием Dolby A. Маркировка Dolby SR-D относится как к аналоговым Dolby SR , так и к цифровым звуковым дорожкам Dolby Digital на одном отпечатке.
.jpg/1280px-Harman_Kardon_TD4800-130311-0014EC_(cropped).jpg)
Dolby S был представлен в 1989 году. Предполагалось, что Dolby S станет стандартом на коммерческих предварительно записанных музыкальных кассетах, во многом таким же образом, как Dolby B в 1970-х годах, но он появился на рынке, когда компакт-кассета была заменена компакт-диском как доминирующим форматом музыки на массовом рынке. Dolby Labs утверждала, что большинство представителей широкой общественности не могли отличить звук компакт-диска от звука кассеты, закодированной в Dolby S. Dolby S в основном появлялся на аудиооборудовании высокого класса и никогда не использовался широко.
Dolby S гораздо более устойчив к проблемам воспроизведения, вызванным шумом от механизма транспортировки ленты, чем Dolby C. Аналогично, Dolby S также был заявлен как совместимый по воспроизведению с Dolby B, поскольку запись Dolby S могла быть воспроизведена на старом оборудовании Dolby B с реализацией некоторых преимуществ. По сути, это урезанная версия Dolby SR, использующая многие из тех же методов шумоподавления. Dolby S способен на 10 дБ шумоподавления на низких частотах и до 24 дБ шумоподавления на высоких частотах. [22]
Магнитная лента по своей природе нелинейна из-за гистерезиса магнитного материала. Если бы аналоговый сигнал был записан непосредственно на магнитную ленту, его воспроизведение было бы чрезвычайно искажено из-за этой нелинейности . Чтобы преодолеть это, высокочастотный сигнал, известный как смещение, смешивается с записанным сигналом, который «проталкивает» огибающую сигнала в линейную область. Если аудиосигнал содержит сильный высокочастотный контент (в частности, от ударных инструментов, таких как тарелки хай-хэта ), это добавляется к постоянному смещению, вызывающему магнитное насыщение на ленте. Динамическое, или адаптивное, смещение автоматически уменьшает сигнал смещения в присутствии сильных высокочастотных сигналов, что позволяет производить запись на более высоком уровне сигнала.
Оригинальный Dolby HX, где HX означает Headroom eXtension , был изобретен в 1979 году Кеннетом Гандри из Dolby Laboratories и был отвергнут отраслью из-за присущих ему недостатков. Bang & Olufsen продолжили работу в том же направлении, что привело к патенту 1981 года (EP 0046410) Йоргена Сельмера Йенсена. [23] Bang & Olufsen немедленно предоставили лицензию HX-Pro Dolby Laboratories, установив приоритетный период в несколько лет для использования в потребительских товарах, чтобы защитить свою собственную кассетную деку Beocord 9000. [24] [25] К середине 1980-х годов система Bang & Olufsen, продаваемая через Dolby Laboratories, стала отраслевым стандартом под названием Dolby HX Pro.
HX-Pro применяется только во время процесса записи. Улучшенное отношение сигнал/шум доступно независимо от того, на какой кассетной деке воспроизводится лента, и поэтому HX-Pro не является системой шумоподавления в том же смысле, что и Dolby A, B, C и S, хотя она помогает улучшить точность кодирования/декодирования с шумоподавлением за счет снижения нелинейности ленты. Некоторые звукозаписывающие компании выпускали предварительно записанные кассеты HX-Pro в конце 1980-х и начале 1990-х годов.
Широкое распространение цифрового звука в профессиональных и потребительских приложениях (например, компакт-диски, загрузка музыки , потоковая передача музыки) сделало аналоговое аудиопроизводство менее распространенным и, следовательно, изменило фокус Dolby на Dolby Vision , но аналоговые системы шумоподавления Dolby по-прежнему широко используются в нишевых аналоговых производственных средах. [ необходима ссылка ]
