Системи шумозаглушення. Частина 3.2

Подальші розробки систем шумозаглушення Dolby

Отже, на зміну системам шумозаглушення з декількома фіксованими смугами Dolby типу А прийшли системи типу В (і пізніше типу С), що мають одну ковзаючу смугу. Всі ці системи ефективно усували шум в високочастотної області на записах, зроблених на аудіокасеті. На початку 80-х, зваживши всі «за» і «проти» для кожного типу систем, Рей Долбі розробив спосіб об'єднання всіх достоїнств кожної системи в новому типі шумоглушників, який отримав назву Dolby SR (Spectral Recording - спектральна запис). Системи цього типу з'явилися в 1986 році і були розраховані на роботу з професійними аналоговими записами.

При описі систем шумозаглушення типу SR розповідь буде йти про роботу пристроїв тільки для високочастотної області діапазону, однак за таким же принципом ця система може працювати на низьких і середніх частотах. Так як мова йде про системах Dolby, мається на увазі, що всі апарати мають два маршрути проходження сигналу і Білінійні характеристики.

фіксована смуга

Мал. 11. Типи характеристик компресорів

На малюнку 11а суцільна лінія відповідає частотній характеристиці системи шумозаглушення з фіксованою смугою в області високих частот. Для проведення шумозаглушення прилад на 10 дБ підвищує рівень тих сигналів, які тихіше певного значення (нижче суцільної лінії на малюнку). Коли всередині смуги з'являється сильний по рівню сигнал, пристрій знижує посилення на 2 дБ. Нову, що змінилася частотну характеристику зображує пунктирна лінія. На малюнку показано, що посилення зменшується на 2 дБ не тільки на частоті гучного сигналу, але всередині всієї смуги. Отже, після експандуванні ефект шумозаглушення в високочастотному діапазоні складає вже не 10 дБ, а 8 дБ.

змінна смуга

Система шумозаглушення Dolby типу В на малюнку 11б має ковзаючу смугу в області високих частот. При обробці сигналів, рівень яких знаходиться нижче граничного значення (суцільна лінія на малюнку), прилад підсилює звук, як у випадку з фіксованою смугою. А при появі гучного сигналу посилення на частоті цього сигналу зменшується на 2 дБ. Частотна характеристика, яка при цьому виходить, зображена у вигляді пунктирною лінії. З малюнка видно, що посилення на інших частотах всередині смуги зменшується з різним ступенем. На більш низьких частотах щодо частоти гучного сигналу посилення зменшується більше, ніж на 2 дБ, в той час як на частотах вище частоти гучного сигналу посилення послаблюється менш ніж на 2 дБ. Звідси експандер, який іде на тракті після компресора, забезпечує шумозаглушення зі значенням менше 8 дБ нижче частоти гучного сигналу і більше 8 дБ на частотах вище гучного сигналу.

Таким чином, на частотах вище гучного сигналу прилад, який має ковзаючу смугу, працює ефективніше, ніж апарат з фіксованою смугою. А в області частотного діапазону, що знаходиться нижче високорівневого сигналу, навпаки, краще прилад з фіксованою смугою.

Чергування працюють смуг

Рей Долбі вирішив об'єднати фіксовану і ковзаючу смуги, що покривають одну і ту ж область частотного діапазону, і забезпечити те, що тепер називається «чергування працюють частот».

Розглянемо спільну роботу фіксованою і ковзної смуг. Схема роботи приладу, що має обидва типи смуг, показана на малюнку 11в. На частоті домінуючого сигналу придушення посилення буде все ще складати 2 дБ (при цьому здійснюється шумозаглушення зі значенням 8 дБ). Нижче цієї частоти шумозаглушення дорівнюватиме тих самих 8 дБ (як при роботі з фіксованою смугою). А ось вище цієї частоти ступінь шумозаглушення буде рости до 10 дБ, як у випадку з ковзаючою смугою. Виходить, що кожна зі смуг виконує свою роботу, але в певних областях частотного діапазону одна зі смуг як би «ховається» під інший.

Коли змінна смуга пересувається вище і зменшує посилення на частоті з домінуючим сигналом на 2 дБ, роботу приладу починає визначати фіксована смуга. Фактично, вона замінює ковзаючу смугу, щоб ефект шумозаглушення не зменшувався. Змінна смуга починає працювати на частотах, які знаходяться вище частоти домінуючого сигналу. Тому зменшення посилення на 2 дБ відбувається не по всій смузі (як випадку, коли прилад має тільки фіксовану смугу), а лише в тій області частотного діапазону, де з'явився гучний сигнал. Виходить, що в цій частині спектра змінна смуга фактично замінює фіксовану смугу.

Іншими словами, на кожній частоті тепер працюють два механізми, які забезпечують посилення, заміщаючи один одного. Це дозволяє не допустити ослаблення посилення в областях, де цього не потрібно. Згадаймо тепер, що ідеальна система шумозаглушення повинна посилювати сигнал при компресії (і, відповідно, послаблювати при експандуванні) тільки на тих частотах, де не відбувається маскування. Це властивість систем шумозаглушення Рей Долбі називає «принципом найменшого втручання». Очевидно, що такі прилади, в яких за описаним вище алгоритмом працюють одночасно фіксована і змінна смуги, набагато краще відповідають «принципом найменшого втручання», ніж інші типи систем.

практична реалізація

Мал. 12. Схема роботи компресора з фіксованою і ковзної смугами

Перший спосіб реалізації системи, що має фіксовану і ковзаючу смуги, полягає в тому, щоб спочатку провести компресію з фіксованою смугою, а потім піддати отриманий сигнал впливу змінного фільтра. На малюнку 12 показана схема компресора з двома маршрутами проходження сигналу, в якому реалізована ця ідея. До сигналу головного тракту додається сигнал обхідного тракту, в якому відбувається зміна посилення або, відповідно, ослаблення сигналу, а також працює ковзний низькочастотний фільтр. Для спрощення малюнка схема управління на ньому не зображена.

Щоб визначити ширину високочастотної смуги, вторинний тракт починається з фіксованого НЧ-фільтра (1). Далі атенюатор (2), якщо необхідно (тобто якщо присутній гучний сигнал), управляє сигналом у фіксованій смузі. Для цього сигнал, що знаходиться всередині смуги, віднімається (3) з вхідного сигналу атенюатора. Коли ослаблення звуку не відбувається, після цього вирахування сигнал не йде. Однак в разі, якщо рівень звуку послаблюється (тобто сигнал всередині смуги знаходиться вище певного порогу), вихідний сигнал після вирахування є якраз тим сигналом, який був «усунутий» аттенюатором. Саме цей «усунутий» сигнал потім слід на змінний фільтр (4), який здійснює другу частину дії. Результат роботи цього фільтра додається до вихідному сигналу фіксованої смуги (5), і в результаті формується загальний вихідний сигнал обхідного тракту.

Атенюатор і ковзний фільтр, що змінюють сигнал, можна поміняти місцями, що призведе до абсолютно таких же результатів. Але порядок їх слідування, який зображений на малюнку, краще, так як він менше залежить від застосування підсилювачів керованих напругою або польових транзисторів.

Отже, принцип об'єднання роботи двох смуг є однією з головних ідей, що знаходяться в основі систем Dolby типу SR (для професійного використання) і типу S (для побутових користувачів).

Журнал "Звукорежисер"