System redukcji szumów Dolby
| Rodzaj produktu | Brytyjski wynalazek |
|---|---|
| Właściciel | Laboratoria Dolby |
| Kraj |
Wielka Brytania Stany Zjednoczone |
| wprowadzony | 1965 |
| Powiązane marki |
Dolby Stereo (1976-obecnie) Dolby Digital (1986-obecnie) |
| Rynki | Na całym świecie |
| Poprzedni właściciele | Raya Dolby'ego |
| Strona internetowa | Oficjalna strona Dolby |
System redukcji szumów Dolby lub Dolby NR to jeden z serii systemów redukcji szumów opracowanych przez Dolby Laboratories do użytku w analogowym nagrywaniu na taśmie audio. Pierwszym był Dolby A , profesjonalny szerokopasmowy system redukcji szumów dla studiów nagraniowych w 1965 roku, ale najbardziej znanym jest Dolby B (wprowadzony w 1968 roku), system z przesuwanym pasmem dla rynku konsumenckiego, który pomógł uczynić wysoką wierność praktyczną na taśmach kasetowych , który wykorzystywał stosunkowo głośny rozmiar i prędkość taśmy. Jest to powszechne w stereofonicznych odtwarzaczach i magnetofonach o wysokiej wierności do dnia dzisiejszego, chociaż Dolby od 2016 roku zaprzestał licencjonowania technologii dla nowych magnetofonów kasetowych. Spośród systemów redukcji szumów Dolby A i Dolby SR zostały opracowane do użytku profesjonalnego. Dolby B , C i S zostały zaprojektowane na rynek konsumencki. Oprócz Dolby HX , wszystkie warianty Dolby działają na zasadzie kompresji : kompresji zakresu dynamicznego dźwięku podczas nagrywania i rozszerzania go podczas odtwarzania.
Stosowanie
Podczas nagrywania sygnału na taśmie magnetycznej w tle słychać cichy szum przypominający syczenie. Jednym z rozwiązań tego problemu jest użycie taśmy o niskim poziomie szumów, która rejestruje więcej sygnału i mniej szumów. Inne rozwiązania to uruchomienie taśmy z większą prędkością lub użycie szerszej taśmy. Taśmy kasetowe zostały pierwotnie zaprojektowane z myślą o zamianie wierności na wygodę nagrywania głosu przy użyciu bardzo wąskiej taśmy poruszającej się z bardzo małą prędkością 1⅞ cala na sekundę (ips) umieszczonej w prostej plastikowej obudowie, gdy prędkość taśmy wynosiła 15 ips lub 7½ ips. dla wysokiej wierności, a 3¾ ips było dla niższej wierności. Ze względu na wąskie ścieżki i małą prędkość kasety powodują, że syczenie taśmy jest bardzo poważnym problemem.
Redukcja szumów Dolby to forma dynamicznej preemfazy stosowanej podczas nagrywania oraz formy dynamicznej deemfazy stosowanej podczas odtwarzania, które działają w tandemie w celu poprawy stosunku sygnału do szumu . Stosunek sygnału do szumu to po prostu to, jak duży jest sygnał muzyczny w porównaniu z niskim poziomem szumu taśmy bez sygnału. Kiedy muzyka jest głośna, niski poziom syczenia w tle nie jest zauważalny, ale kiedy muzyka jest cicha lub cicha, większość lub całość tego, co można usłyszeć, to hałas. Jeśli poziom nagrywania zostanie ustawiony tak, aby muzyka była zawsze głośna, wówczas niski poziom hałasu nie będzie słyszalny.
Nie można po prostu zwiększyć głośności nagrania, aby osiągnąć ten cel; taśmy mają maksymalną głośność, jaką mogą nagrać, więc już głośne dźwięki zostaną zniekształcone. Chodzi o to, aby zwiększyć głośność nagrania tylko wtedy, gdy oryginalny materiał nie jest już głośny, a następnie zmniejszyć głośność o tę samą wartość podczas odtwarzania, aby sygnał powrócił do pierwotnego poziomu głośności. Gdy głośność zostanie zmniejszona podczas odtwarzania, poziom hałasu zostanie zmniejszony o tę samą wartość. Ta podstawowa koncepcja polegająca na zwiększeniu głośności w celu zniwelowania wewnętrznego hałasu jest znana jako preemfaza i jest stosowana w wielu produktach.
Oprócz tej podstawowej koncepcji systemy redukcji szumów Dolby dodają kolejne ulepszenie. Uwzględnia to fakt, że szum taśmy jest głównie słyszalny przy częstotliwościach powyżej 1000 Hz. To dźwięki o niższej częstotliwości są często głośne, jak uderzenia perkusji, więc stosując kompandowanie tylko do określonych częstotliwości, można zredukować całkowitą ilość zniekształceń oryginalnego sygnału i skupić się tylko na problematycznych częstotliwościach. Różnice w różnych produktach Dolby są w dużej mierze widoczne w precyzyjnym zestawie częstotliwości, z których korzystają, oraz w stopniu modyfikacji oryginalnej głośności sygnału, który jest stosowany do każdego z pasm częstotliwości.
W każdym paśmie wielkość zastosowanego preemfazy zależy od pierwotnej głośności sygnału. Na przykład w Dolby B sygnał o niskim poziomie zostanie wzmocniony o 10 dB , podczas gdy sygnały o „poziomie Dolby”, +3 VU nie będą w ogóle modyfikowane. Pomiędzy tymi dwiema granicami stosowany jest zmienny poziom preemfazy. Podczas odtwarzania stosowany jest proces odwrotny (deemfaza), oparty na względnej składowej sygnału powyżej 1 kHz. Tak więc, gdy amplituda tej części sygnału maleje, wyższe częstotliwości są stopniowo coraz bardziej tłumione, co również zmniejsza poziom stałego szumu tła na taśmie, kiedy i gdzie byłby on najbardziej zauważalny.
Te dwa procesy (pre- i de-emphasis) mają na celu wzajemne znoszenie się, jeśli chodzi o faktycznie nagrany materiał programowy. Podczas odtwarzania do przychodzącego sygnału poza taśmą i szumu stosowane jest tylko deemfaza. Po zakończeniu deemfazy odtwarzania pozorny szum w sygnale wyjściowym jest redukowany, a proces ten nie powinien powodować żadnych innych efektów zauważalnych dla słuchacza poza zmniejszonym szumem tła. Jednak odtwarzanie bez redukcji szumów daje zauważalnie jaśniejszy dźwięk.
Właściwa kalibracja obwodów nagrywania i odtwarzania ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia wiernej reprodukcji oryginalnej zawartości programu. Kalibrację można łatwo zakłócić przez słabą jakość taśmy, brudne lub źle ustawione głowice nagrywające/odtwarzające lub użycie nieodpowiednich poziomów /częstotliwości odchylenia dla receptury taśmy, a także prędkości taśmy podczas nagrywania lub powielania. Może to objawiać się stłumionym odtwarzaniem lub „ oddychaniem ” poziomu hałasu, gdy zmienia się poziom głośności sygnału.
W niektórych wysokiej klasy urządzeniach konsumenckich dołączona jest kontrola kalibracji Dolby. W przypadku nagrywania można nagrać dźwięk referencyjny na poziomie Dolby w celu dokładnej kalibracji poziomu odtwarzania w innym transporcie. Podczas odtwarzania ten sam nagrany dźwięk powinien generować identyczny sygnał wyjściowy, na co wskazuje logo Dolby oznaczone na poziomie około +3 VU na mierniku(-ach) VU. W sprzęcie konsumenckim poziom Dolby jest definiowany jako 200 nWb/m , a taśmy kalibracyjne były dostępne, aby pomóc w zadaniu prawidłowego ustawienia poziomu. Aby uzyskać dokładne monitorowanie poza taśmą podczas nagrywania na 3-głowicowych magnetofonach, oba procesy muszą być stosowane jednocześnie, a obwody dostarczone do tego celu są sprzedawane pod rubryką „Double Dolby”.
Dolby A
Redukcja szumów Dolby typu A była pierwszym systemem redukcji szumów firmy Dolby, zaprezentowanym w 1965 roku. Przeznaczony był do użytku w profesjonalnych studiach nagraniowych, gdzie stał się powszechny, zyskując powszechną akceptację w tym samym czasie, gdy nagrywanie wielościeżkowe stało się standardem . Sygnał wejściowy jest dzielony na pasma częstotliwości przez cztery filtry o nachyleniu 12 dB na oktawę, z następującymi częstotliwościami odcięcia (3 dB w dół): dolnoprzepustowy przy 80 Hz; pasmo przepustowe od 80 Hz do 3 kHz; górnoprzepustowy od 3 kHz ; i kolejny górnoprzepustowy przy 9 kHz. (Ułożenie wkładów z dwóch pasm górnoprzepustowych pozwala na większą redukcję szumów w wyższych częstotliwościach). kompandera ma próg -40 dB, ze stosunkiem 2: 1 dla kompresji/rozszerzenia 10 dB. Zapewnia to około 10 dB redukcji szumów wzrastającej do możliwych 15 dB przy 15 kHz, zgodnie z artykułami napisanymi przez Ray Dolby i opublikowanymi przez Audio Engineering Society (październik 1967) i Audio (czerwiec/lipiec 1968).
Podobnie jak w przypadku systemu Dolby typu B, ważne jest prawidłowe dopasowanie procesów kompresji i ekspansji. Kalibracja modułu rozszerzającego (dekodującego) dla taśmy magnetycznej wykorzystuje poziom strumienia 185 nWb/m, czyli poziom stosowany w przemysłowych taśmach kalibracyjnych, takich jak te firmy Ampex; jest to ustawione na 0 VU przy odtwarzaniu z magnetofonu i na poziom Dolby na jednostce redukcji szumów. W trybie nagrywania (kompresji lub kodowania) charakterystyczny ton (Dolby Tone) generowany wewnątrz układu redukcji szumów jest ustawiony na 0 VU w magnetofonie i na 185 nWb/m na taśmie.
System Dolby typu A znalazł również pewne zastosowanie jako metoda redukcji szumów w dźwięku optycznym w filmach.
Dolby B
Redukcja szumów Dolby typu B została opracowana po Dolby A i została wprowadzona w 1968 roku. Składała się z systemu z pojedynczym przesuwanym pasmem zapewniającym redukcję szumów o około 9 dB ( ważona A ), głównie do użytku z kasetami magnetofonowymi . Był znacznie prostszy niż Dolby A, a zatem znacznie tańszy do wdrożenia w produktach konsumenckich. Nagrania Dolby B są akceptowalne, gdy są odtwarzane na sprzęcie, który nie posiada dekodera Dolby B, takim jak wiele niedrogich przenośnych i samochodowych odtwarzaczy kasetowych. Bez efektu deemfazy dekodera dźwięk będzie odbierany jako jaśniejszy, ponieważ uwypuklone zostaną wysokie częstotliwości, co można wykorzystać do zrównoważenia „tępej” odpowiedzi wysokich częstotliwości w niedrogim sprzęcie. Jednak Dolby B zapewnia mniej skuteczną redukcję szumów niż Dolby A, zwykle o współczynnik większy niż 3 dB.
System Dolby B działa od około 1 kHz wzwyż; zapewniona redukcja szumów wynosi 3 dB przy 600 Hz, 6 dB przy 1,2 kHz, 8 dB przy 2,4 kHz i 10 dB przy 5 kHz. Szerokość pasma redukcji szumów jest zmienna, ponieważ jest zaprojektowana tak, aby reagować zarówno na amplitudę, jak i rozkład częstotliwości sygnału. W ten sposób możliwe jest uzyskanie znacznej redukcji szumów do całkiem niskich częstotliwości bez powodowania słyszalnej modulacji szumu przez sygnał („oddychanie”).
Od połowy lat 70. Dolby B stał się standardem na komercyjnie nagranych kasetach muzycznych, mimo że niektóre urządzenia z niższej półki nie miały obwodów dekodujących, chociaż pozwala na akceptowalne odtwarzanie na takim sprzęcie. Większość nagranych wcześniej kaset wykorzystuje ten wariant. Magnetowidy VHS wykorzystywały Dolby B na liniowych stereofonicznych ścieżkach audio.
Przed wprowadzeniem późniejszych wariantów konsumenckich (Dolby C był pierwszym), sprzęt kasetowy obsługujący Dolby B i kasety z nim zakodowane byłyby oznaczane po prostu „Dolby System”, „Dolby NR” lub bez słów symbolem Dolby. Trwało to w niektórych wytwórniach płytowych i producentach sprzętu nawet po wprowadzeniu Dolby C, w okresie, gdy nowy standard był stosunkowo mało znany.
System JVC ANRS [ używany zamiast Dolby B we wcześniejszych magnetofonach kasetowych JVC, jest uważany za zgodny z Dolby B. JVC ostatecznie porzucił standard ANRS na rzecz oficjalnej obsługi Dolby B; istnieją niektóre odtwarzacze JVC, których przełączniki redukcji szumów mają połączone ustawienie „ANRS / Dolby B”.
Dolby FM
We wczesnych latach siedemdziesiątych niektórzy spodziewali się, że Dolby NR stanie się normalny w audycjach radiowych FM , a niektóre tunery i wzmacniacze zostały wyprodukowane z obwodami dekodującymi; było też kilka magnetofonów z trybem „pass-through” Dolby B. W 1971 roku WFMT zaczęło nadawać programy w systemie Dolby NR i wkrótce około 17 stacji nadawało z redukcją szumów, ale już w 1974 roku było to na uboczu. Dolby FM był oparty na Dolby B, ale wykorzystywał zmodyfikowaną stałą czasową preemfazy 25 µs i selektywny względem częstotliwości kompresji w celu zmniejszenia szumów.
Podobny system o nazwie High Com FM był oceniany w Niemczech między lipcem 1979 a grudniem 1981 przez IRT . i testowany w terenie do 1984 roku. Był oparty na Telefunken High Com , ale nigdy nie został wprowadzony komercyjnie w transmisji FM. Innym konkurencyjnym systemem był FMX , który bazował na CX .
RMS
Komander w pełni kompatybilny z Dolby B został opracowany i używany w wielu magnetofonach w byłej Niemieckiej Republice Demokratycznej w latach 80-tych. Nazywał się RMS (od Rauschminderungssystem , ang. „System redukcji szumów”).
Dolby C
Redukcja szumów Dolby typu C została wprowadzona w 1980 roku. Zapewnia redukcję szumów o około 15 dB ( A-ważony ) w zakresie od 2 kHz do 8 kHz, gdzie ucho jest bardzo wrażliwe i koncentruje się większość szumu taśmy. Jest skonstruowany przez połączenie efektu dwóch systemów Dolby B — sceny wysokiego poziomu i sceny niskiego poziomu — z rozszerzeniem do niższych częstotliwości. Podobnie jak w przypadku Dolby B, technika „przesuwnego pasma” (częstotliwość robocza zmienia się w zależności od poziomu sygnału) pomaga tłumić niepożądane oddychanie , co często stanowi problem w przypadku wielu innych technik redukcji szumów.
W wyniku dodatkowego przetwarzania sygnału, nagrania Dolby C będą brzmiały znacznie gorzej podczas odtwarzania na sprzęcie, który nie posiada wymaganych obwodów dekodujących Dolby C. Niektóre z tych szorstkości można złagodzić, używając Dolby B podczas odtwarzania, co służy zmniejszeniu siły wysokich częstotliwości.
W przypadku przetwarzania typu Dolby C redukcja szumów zaczyna się o dwie oktawy niżej w celu utrzymania psychoakustycznie jednolitego poziomu szumów. W obszarze powyżej 8 kHz, gdzie ucho jest mniej wrażliwe na hałas, do gry wchodzą specjalne sieci zniekształcające widmo i zapobiegające nasyceniu. Obwody te zapobiegają krzyżowej modulacji niskich częstotliwości z wysokimi częstotliwościami, tłumią nasycenie taśmy, gdy występują duże transjenty sygnału i zwiększają efektywny zapas systemu kasetowego. W rezultacie nagrania są czystsze i wyraźniejsze, ze znacznie poprawioną charakterystyką wysokich częstotliwości, której dotychczas brakowało na nośnikach kasetowych. Przy dobrej jakości taśmie odpowiedź Dolby C może być płaska do 20 kHz przy poziomie nagrywania 0 dB, co było wcześniej nieosiągalnym wynikiem. Możliwy był stosunek sygnału do szumu ważony A na poziomie 72 dB (re 3% THD przy 400 Hz) bez niepożądanych efektów „oddychania”, nawet w przypadku trudnych do nagrania pasaży.
Dolby C po raz pierwszy pojawił się w magnetofonach kasetowych wyższej klasy w latach 80. Pierwszym dostępnym na rynku magnetofonem kasetowym z Dolby C był NAD 6150C, który pojawił się na rynku około 1981 roku. Dolby C był również używany w profesjonalnym sprzęcie wideo do ścieżek audio formatów kaset wideo Betacam i Umatic SP . W Japonii pierwszym magnetofonem kasetowym z Dolby C był AD-FF5 firmy Aiwa . Magnetofony kasetowe z Dolby C zawierały również Dolby B w celu zapewnienia kompatybilności wstecznej i były zwykle oznaczane jako posiadające „Dolby BC NR”.
DolbySR
Wprowadzony w 1986 roku system Dolby SR (Spectral Recording) był drugim profesjonalnym systemem redukcji szumów firmy. Jest to znacznie bardziej agresywne podejście do redukcji szumów niż Dolby A. Próbuje zmaksymalizować nagrany sygnał przez cały czas przy użyciu złożonej serii filtrów, które zmieniają się w zależności od sygnału wejściowego. W rezultacie Dolby SR jest znacznie droższy w implementacji niż Dolby B lub C, ale Dolby SR jest w stanie zapewnić do 25 dB redukcji szumów w zakresie wysokich częstotliwości. Można go znaleźć tylko w profesjonalnym sprzęcie nagrywającym.
W branży filmowej, jeśli chodzi o dystrybucję wydruków filmów, oznaczenia Dolby A i SR odnoszą się do Dolby Surround , który nie jest tylko metodą redukcji szumów, ale co ważniejsze koduje dwa dodatkowe kanały audio na standardowej ścieżce optycznej , dając lewy, środkowy, prawy i przestrzenny.
Wydruki SR są dość dobrze kompatybilne wstecz ze starym sprzętem Dolby A. Oznaczenie Dolby SR-D odnosi się zarówno do analogowej ścieżki dźwiękowej Dolby SR, jak i cyfrowej Dolby Digital na jednym wydruku.
Dolby S
.jpg)
Dolby S został wprowadzony w 1989 roku. Zamierzano, aby Dolby S stał się standardem na komercyjnych nagranych wcześniej kasetach muzycznych w podobny sposób, jak Dolby B w latach 70., ale pojawił się na rynku, gdy kompaktowa kaseta była zastępowana przez Compact Disc jako dominujący format muzyczny na rynku masowym. Dolby Labs twierdziło, że większość przeciętnych użytkowników nie jest w stanie odróżnić dźwięku płyty CD od kasety zakodowanej w Dolby S. Dolby S pojawił się głównie w wysokiej klasy sprzęcie audio i nigdy nie był szeroko stosowany.
Dolby S jest znacznie bardziej odporny na problemy z odtwarzaniem spowodowane hałasem z mechanizmu transportu taśmy niż Dolby C. Podobnie twierdzono, że Dolby S jest kompatybilny z odtwarzaniem z Dolby B, ponieważ nagranie Dolby S można odtwarzać na starszym sprzęcie Dolby B z pewnymi korzyściami. Jest to w zasadzie okrojona wersja Dolby SR i wykorzystuje wiele takich samych technik redukcji szumów. Dolby S umożliwia redukcję szumów o 10 dB przy niskich częstotliwościach i do 24 dB przy wysokich częstotliwościach.
Dolby HX/HX-Pro
Taśma magnetyczna jest z natury nieliniowa ze względu na histerezę materiału magnetycznego. Gdyby sygnał analogowy był nagrywany bezpośrednio na taśmę magnetyczną, jego odtwarzanie byłoby bardzo zniekształcone z powodu tej nieliniowości . Aby temu zaradzić, sygnał o wysokiej częstotliwości, zwany polaryzacją, jest mieszany z zarejestrowanym sygnałem, co „wypycha” obwiednię sygnału do obszaru liniowego. Jeśli sygnał audio zawiera treści o wysokiej częstotliwości (zwłaszcza pochodzące z instrumentów perkusyjnych, takich jak talerze hi-hat ), zwiększa to stałą polaryzację powodującą nasycenie magnetyczne taśmy. Dynamiczne lub adaptacyjne biasowanie automatycznie zmniejsza bias sygnału w obecności silnych sygnałów o wysokiej częstotliwości, umożliwiając nagrywanie z wyższym poziomem sygnału.
Oryginalny Dolby HX, Headroom eXtension , został wynaleziony w 1979 roku przez Kennetha Gundry'ego z Dolby Laboratories i został odrzucony przez branżę ze względu na swoje nieodłączne wady. Bang & Olufsen kontynuował prace w tym samym kierunku, co zaowocowało patentem z 1981 r. (EP 0046410) autorstwa Jørgena Selmera Jensena. Bang & Olufsen natychmiast udzielił licencji na HX-Pro firmie Dolby Laboratories, ustalając kilkuletni okres pierwszeństwa do użytku w produktach konsumenckich, aby chronić swój własny magnetofon kasetowy Beocord 9000. W połowie lat 80. system Bang & Olufsen, sprzedawany przez Dolby Laboratories, stał się standardem branżowym pod nazwą Dolby HX Pro.
HX-Pro działa tylko podczas procesu nagrywania. Poprawiony stosunek sygnału do szumu jest dostępny bez względu na to, na jakim magnetofonie taśma jest odtwarzana, dlatego HX-Pro nie jest systemem redukcji szumów w taki sam sposób jak Dolby A, B, C i S, chociaż pomaga poprawić dokładność śledzenia kodowania/dekodowania z redukcją szumów poprzez zmniejszenie nieliniowości taśmy. Niektóre wytwórnie płytowe wydały nagrane kasety HX-Pro pod koniec lat 80. i na początku lat 90.
Trendy technologiczne
Rozpowszechnienie dźwięku cyfrowego w zastosowaniach profesjonalnych i konsumenckich (np. płyty kompaktowe , pobieranie muzyki , strumieniowe przesyłanie muzyki) sprawiło, że analogowa produkcja dźwięku stała się mniej powszechna i dlatego zmieniła koncentrację Dolby na Dolby Vision , ale analogowe systemy redukcji szumów Dolby są nadal szeroko stosowane w niszach analogowe środowiska produkcyjne.
Zobacz też
- Dolby SR (nagrywanie widmowe)
- Dynamiczna redukcja szumów (DNR), system redukcji szumów tylko do odtwarzania, często mylony z Dolby
- dbx (redukcja szumów) , konkurencyjny system
- High Com , konkurencyjny system