Системы шумоподавления. Часть 3.2

Дальнейшие разработки систем шумоподавления Dolby

Итак, на смену системам шумоподавления с несколькими фиксированными полосами Dolby типа А пришли системы типа В (и позже типа С), имеющие одну скользящую полосу. Все эти системы эффективно устраняли шум в высокочастотной области на записях, сделанных на аудиокассете. В начале 80-х, взвесив все «за» и «против» для каждого типа систем, Рэй Долби разработал способ объединения всех достоинств каждой системы в новом типе шумоподавителей, который получил название Dolby SR (Spectral Recording — спектральная запись). Системы этого типа появились в 1986 году и были рассчитаны на работу с профессиональными аналоговыми записями.

При описании систем шумоподавления типа SR рассказ будет идти о работе устройств только для высокочастотной области диапазона, однако по такому же принципу эта система может работать на низких и средних частотах. Так как речь идет о системах Dolby, подразумевается, что все аппараты имеют два маршрута прохождения сигнала и билинейные характеристики.

Фиксированная полоса

Рис. 11. Типы характеристик компрессоров

На рисунке 11а сплошная линия соответствует частотной характеристике системы шумоподавления с фиксированной полосой в области высоких частот. Для проведения шумоподавления прибор на 10 дБ повышает уровень тех сигналов, которые тише определенного значения (ниже сплошной линии на рисунке). Когда внутри полосы появляется сильный по уровню сигнал, устройство снижает усиление на 2 дБ. Новую, изменившуюся частотную характеристику изображает пунктирная линия. На рисунке показано, что усиление уменьшается на 2 дБ не только на частоте громкого сигнала, но внутри всей полосы. Следовательно, после экспандирования эффект шумоподавления в высокочастотном диапазоне составляет уже не 10 дБ, а 8 дБ.

Скользящая полоса

Система шумоподавления Dolby типа В на рисунке 11б имеет скользящую полосу в области высоких частот. При обработке сигналов, уровень которых находится ниже граничного значения (сплошная линия на рисунке), прибор усиливает звук, как в случае с фиксированной полосой. А при появлении громкого сигнала усиление на частоте этого сигнала уменьшается на 2 дБ. Частотная характеристика, которая при этом получается, изображена в виде пунктирной линии. Из рисунка видно, что усиление на остальных частотах внутри полосы уменьшается с различной степенью. На более низких частотах относительно частоты громкого сигнала усиление уменьшается больше, чем на 2 дБ, в то время как на частотах выше частоты громкого сигнала усиление ослабляется менее чем на 2 дБ. Отсюда экспандер, следующий в тракте после компрессора, обеспечивает шумоподавление со значением меньше 8 дБ ниже частоты громкого сигнала и больше 8 дБ на частотах выше громкого сигнала.

Таким образом, на частотах выше громкого сигнала прибор, имеющий скользящую полосу, работает эффективнее, чем аппарат с фиксированной полосой. А в области частотного диапазона, находящейся ниже высокоуровневого сигнала, наоборот, предпочтительнее прибор с фиксированной полосой.

Чередование работающих полос

Рэй Долби решил объединить фиксированную и скользящую полосы, покрывающие одну и ту же область частотного диапазона, и обеспечить то, что теперь называется «чередование работающих частот».

Рассмотрим совместную работу фиксированной и скользящей полос. Схема работы прибора, имеющего оба типа полос, показана на рисунке 11в. На частоте доминирующего сигнала подавление усиления будет все еще составлять 2 дБ (при этом осуществляется шумоподавление со значением 8 дБ). Ниже этой частоты шумоподавление будет равно тем же 8 дБ (как при работе с фиксированной полосой). А вот выше этой частоты степень шумоподавления будет расти до 10 дБ, как в случае со скользящей полосой. Получается, что каждая из полос выполняет свою работу, но в определенных областях частотного диапазона одна из полос как бы «прячется» под другой.

Когда скользящая полоса передвигается выше и уменьшает усиление на частоте с доминирующим сигналом на 2 дБ, работу прибора начинает определять фиксированная полоса. Фактически, она замещает скользящую полосу, чтобы эффект шумоподавления не уменьшался. Скользящая полоса начинает работать на частотах, которые находятся выше частоты доминирующего сигнала. Поэтому уменьшение усиления на 2 дБ происходит не по всей полосе (как случае, когда прибор имеет только фиксированную полосу), а лишь в той области частотного диапазона, где появился громкий сигнал. Получается, что в этой части спектра скользящая полоса фактически заменяет фиксированную полосу.

Другими словами, на каждой частоте теперь работают два механизма, которые обеспечивают усиление, замещая друг друга. Это позволяет не допустить ослабления усиления в областях, где этого не требуется. Вспомним теперь, что идеальная система шумоподавления должна усиливать сигнал при компрессии (и, соответственно, ослаблять при экспандировании) только на тех частотах, где не происходит маскирования. Это свойство систем шумоподавления Рэй Долби называет «принципом наименьшего вмешательства». Очевидно, что такие приборы, в которых по описанному выше алгоритму работают одновременно фиксированная и скользящая полосы, гораздо лучше соответствуют «принципу наименьшего вмешательства», чем другие типы систем.

Практическая реализация

Рис. 12. Схема работы компрессора с фиксированной и скользящей полосами

Первый способ реализации системы, имеющей фиксированную и скользящую полосы, состоит в том, чтобы сначала провести компрессию с фиксированной полосой, а затем подвергнуть полученный сигнал воздействию скользящего фильтра. На рисунке 12 показана схема компрессора с двумя маршрутами прохождения сигнала, в котором реализована эта идея. К сигналу главного тракта добавляется сигнал обходного тракта, в котором происходит изменение усиления или, соответственно, ослабления сигнала, а также работает скользящий низкочастотный фильтр. Для упрощения рисунка схема управления на нем не изображена.

Чтобы определить ширину высокочастотной полосы, вторичный тракт начинается с фиксированного НЧ-фильтра (1). Далее аттенюатор (2), если необходимо (то есть если присутствует громкий сигнал), управляет сигналом в фиксированной полосе. Для этого сигнал, находящийся внутри полосы, вычитается (3) из входного сигнала аттенюатора. Когда ослабления звука не происходит, после этого вычитания сигнал не идет. Однако в случае, если уровень звука ослабляется (то есть сигнал внутри полосы находится выше определенного порога), выходной сигнал после вычитания является как раз тем сигналом, который был «устранен» аттенюатором. Именно этот «устраненный» сигнал затем следует на переменный фильтр (4), осуществляющий вторую часть действия. Результат работы этого фильтра добавляется к выходному сигналу фиксированной полосы (5), и в итоге формируется общий выходной сигнал обходного тракта.

Аттенюатор и скользящий фильтр, изменяющие сигнал, можно поменять местами, что приведет к абсолютно таким же результатам. Но порядок их следования, который изображен на рисунке, предпочтительнее, так как он меньше зависит от применения усилителей управляемых напряжением или полевых транзисторов.

Итак, принцип объединения работы двух полос является одной из главных идей, находящихся в основе систем Dolby типа SR (для профессионального использования) и типа S (для бытовых пользователей).

Журнал “Звукорежиссер”