Sisteme de reducere a zgomotului Dolby

Dolby (Dolby) este o familie de sisteme de reducere a zgomotului (UWB) pentru înregistrarea magnetică analogică profesională (Dolby A, Dolby SR) și casnică (Dolby B, Dolby C, Dolby S) , dezvoltată în anii 1960-1980 de Ray Dolby și comercializată. de Dolby Laboratories .

Dolby UWB este un tip de compander : la înregistrare, codificatorul Dolby comprimă intervalul dinamic al semnalului și ridică porțiunile silențioase ale înregistrării peste nivelul de zgomot al benzii . În timpul redării, decodorul Dolby restabilește (extinde) intervalul dinamic original. Toate UWB-urile Dolby sunt construite pe principiul interferenței minime cu semnalul audio: sistemul își comprimă sau își extinde intervalul dinamic doar la niveluri scăzute și o face la fel de încet pe cât permite auzul uman [1] . Toate Dolby UWB sunt compatibile cu casetofonele convenționale: compresie moderată și pre-accentuare spectrală Semnalul sursă vă permite să redați casete înregistrate folosind un codificator Dolby pe casetofone convenționale care nu sunt echipate cu un decodor Dolby. În același timp, toate UWB-urile Dolby sunt sensibile la acuratețea reglajului căii de redare a benzii. Abaterea caracteristicilor sale de la standard duce la distorsiuni inacceptabil de mari ale spectrului și dinamicii semnalului la ieșirea decodorului.

Datorită intuiției inginerești și simțului de afaceri a lui Ray Dolby, strategiei sale de compatibilitate inversă și politicii sale de licențiere , sistemele Dolby A (1966) și Dolby B (1970) au devenit standardele industriale de facto pentru echipamentele de studio și de consum. Dolby B a fost utilizat pe scară largă în producția de masă a casetelor compacte înregistrate , iar Dolby A a devenit o parte integrantă a sistemelor de sunet surround cinematografic Dolby Stereo .. Concurentul UWBdbxa reușit să câștige un punct de sprijin doar în segmentul inferior al pieței pentru casetofone de studio și semi-profesionale. În 1981, Dolby a adus la fel de succes pe piață o nouă generație de Dolby C UWB, concepută pentru a aduceraportul semnal-zgomotal unui casetofon mai aproape de caracteristicilemediilor digitale, iar în 1986, Dolby SR UWB profesional. Succesul său comercial a întârziat cu câțiva ani tranziția industriei înregistrărilor de la înregistrareaanalogicăladigitală. Dezvoltarea directă a Dolby SR a fost cea mai recentă generație de UWB Dolby S pentru consumatori.

Intenția designerului

În anii 1950, un tânăr Ray Dolby, care lucra apoi ca designer VCR pentru Ampex [comm. 1] , a devenit serios interesat de problema reducerii zgomotului [5] [6] . Reducerea zgomotului a fost folosită de mult timp în cinematograf , telefon și comunicații radio , dar nicio soluție cunoscută nu a fost potrivită pentru înregistrarea sunetului de înaltă calitate [7] . Ideea de a introduce reducerea zgomotului în practica studioului , compromisă de experimente nereușite și de șarlamănii, a fost considerată irealizabilă în comunitatea inginerilor de atunci [5] . Dolby a luat-o ca pe o șansă unică de a face ceea ce nimeni altcineva nu ar putea [5] .

Decizia, potrivit lui Dolby însuși, i-a venit ani mai târziu, în timp ce lucra ca consilier tehnic al ONU în India (1963-1964) [6] [8] . Dolby, în mod neașteptat pentru el însuși, a găsit motivul eșecurilor predecesorilor săi: supresoarele lor de zgomot, în strictă conformitate cu principiul de comprimare , au comprimat semnalul înregistrat , ceea ce a generat distorsiuni neliniare inacceptabil de mari la niveluri înalte [8] [6] . Dolby și-a dat seama că era imposibil să manipuleze semnalele puternice. Un semnal de nivel înalt maschează zgomotul benzii, nu are nevoie de reducerea zgomotului și de aceea trebuie să treacă de la intrarea la ieșirea dispozitivului neschimbat [8] [9] . Reducerea activă a zgomotului este necesară numai pentru semnale relativ slabe. Prin urmare, pentru a comprima intervalul dinamic, trebuie utilizat un amplificator de semnal slab separat, plasat paralel cu calea principală [8] . La niveluri scăzute de semnal, coeficientul de transmisie al canalului paralel este maxim și tocmai acesta determină coeficientul de transmisie al întregului dispozitiv și eficiența reducerii zgomotului (în Dolby UWB practic, aproximativ 10 dB [2] ). Pe măsură ce nivelul semnalului de intrare crește, câștigul canalului paralel scade la zero: la niveluri medii, canalul paralel este oprit și doar semnalul nedistorsionat al canalului principal trece la ieșire [8] . În timpul înregistrării, semnalele celor două canale sunt însumate, iar în timpul redării, semnalul canalului paralel este scăzut din semnalul canalului principal. Feedback -ul negativ care include decodorul de redare asigură că răspunsul său de transfer este întotdeauna invers cu cel al codificatorului de înregistrare [2] [9] .

Topologia de compander cu două canale cu o caracteristică de transfer de canal paralel biliniară ( linie întreruptă ) , patentată de Dolby înainte de a se întoarce din India [10] , a devenit baza tuturor UWB-urilor Dolby [1] . Cel mai simplu Dolby B folosește un astfel de compander, Dolby C folosește două compandere în serie, Dolby A folosește patru compander în paralel și așa mai departe [11] . Dezavantajul tuturor UWB Dolby, datorat tocmai caracteristicilor lor de transfer biliniar, este exactitatea uniformității răspunsului în frecvență și potrivirea coeficienților de transmisie ai căilor de înregistrare și redare [12] . Condiționalul „ 0 dB ” al codificatorului și decodorului Dolby, de la care sunt măsurate punctele de întrerupere ale caracteristicilor lor de transfer, nu numai că trebuie să coincidă unul cu celălalt, ci și să corespundă exact cu nivelul standard de magnetizare a benzii [12] [13] . În caz contrar, apare o eroare de comandă : o bandă înregistrată pe un magnetofon nu poate fi redată corect pe alte casetofone [12] . În UWB Dolby B și Dolby C pentru consumator, comandând doar componentele de frecvență medie și înaltă ale semnalului, eroarea de compresare duce la „blocarea” frecvențelor înalte, „tăierea” tonurilor de reverberație și distrugerea scenei stereo [12]. ] . Standardul de magnetizare, conform căruia sunt reglate casetofonele cu Dolby UWB, a primit denumirea de „ Dolby level ” ( ing.  Dolby level ). Pentru a regla echipamentele de studio la acest nivel, sunt utilizate semnale speciale de testare brevetate: în UWB Dolby A - un „Dolby tone” sinusoidal modulat în frecvență ( ing. Dolby tone ), în UWB Dolby SR - în bandă largă roz „Dolby noise” ( ing. Zgomot Dolby ) [14] . Prezența acestor semnale la începutul coloanei sonore indică faptul că înregistrarea a fost realizată folosind UWB Dolby [14] .   

O altă decizie fundamentală a proiectantului a fost respingerea detectorilor de mare viteză care controlează canalul paralel. Dolby credea că manipularea dinamică a semnalului ar trebui efectuată fără probleme - la fel de încet pe cât permite psihoacustica auzului uman [1] . Prin urmare, constanta de timp a detectorilor este aleasă să fie relativ lungă, de ordinul câtorva zeci de milisecunde [2] [comm. 2] . Acest lucru ajută de obicei la reducerea distorsiunii în canalul paralel, cu toate acestea, cu salturi bruște ale nivelului semnalului, detectorul întârzie și nu are timp să blocheze canalul paralel la timp [2] . Un semnal anormal de mare trece la ieșirea circuitului, supraîncărcând banda magnetică [2] . Dolby UWB folosește trei mecanisme pentru a contracara congestia. În primul rând, cele mai supraîncărcate componente de înaltă frecvență ale semnalului înregistrat sunt atenuate de filtrele pasive de pre-distorsiune; în timpul redării, spectrul original al semnalului este restabilit printr-un filtru cu caracteristică inversă [16] . Această soluție a fost folosită pentru prima dată în UWB Dolby C [16] . În al doilea rând, cu o creștere bruscă a nivelului semnalului detectat, sistemul accelerează constanta de timp a detectorului la o valoare de ordinul a 1 ms [2] . Dacă și această măsură este insuficientă, intră în acțiune limitatorul de nivel al diodei de la ieșirea canalului paralel. Distorsiunea semnalului electric introdusă de limitator este un rău mai mic în comparație cu distorsiunea datorată supraîncărcării benzii [2] . Spre deosebire de acestea din urmă, ele nu au ca rezultat o eroare de comandă [2] .

Angajamentul lui Dolby față de principiul interferenței minime cu semnalul sonor a fost predeterminat de experiența și gustul său personal. Dolby a aparținut școlii de designeri, crescută exclusiv pe muzică clasică. La fel ca colegii seniori Peter Walker ( Quad ) și Gilbert Briggs ( Wharfedale ), Dolby a fost un muzician amator capabil; la fel ca ei, Dolby considera ca obiectivul principal al designerului să fie reproducerea exactă a muzicii clasice, în primul rând acuratețea timbrelor instrumentelor orchestrei simfonice [17] . Companders, acordat de Dolby însuși pe pian și muzică orchestrală, s-a dovedit a fi destul de potrivit pentru muzica de genuri populare; „Aduceți-le din ei înșiși” ar putea doar sintetizatoare programate special . Sisteme cinematografice Dolby Stereo depanat pe filme muzicale [comm. 3] , a făcut față majorității genurilor muzicale, dar a eșuat sistematic în reproducerea vorbirii și a efectelor sonore [19] . Acest neajuns a fost corectat doar prin restricții severe privind plasarea surselor de sunet problematice în spațiul stereo [19] .

Dolby A

Întors în Anglia, în mai 1965, Dolby a discutat despre ideea sa cu specialiștii de la studioul londonez Decca [21] [com. 4] . Asigurându-le sprijinul, în vara anului 1965 a depanat primul prototip al lui UWB (viitorul Dolby A) și în noiembrie 1965 l-a prezentat pentru testare la Decca [21] [22] . Prototipul, conform Dolby, a rezistat testului semnalelor de impuls, pian, chitară și muzică orchestrală, iar după câteva luni de așteptare, în martie 1966, Dolby a primit o comandă pentru prima serie de nouă [23] canale de reducere a zgomotului . 24] .

Un canal Dolby A este format din patru compresoare conectate în paralel care funcționează în benzile de frecvență 20…80, 80…3000, 3000…20000 și 9000…20000 Hz [25] [16] . Limitele benzilor de frecvență joasă și înaltă sunt stabilite de filtre active de ordinul doi , iar banda de frecvență medie este formată prin scăderea semnalelor celorlalte trei benzi din semnalul de intrare [16] [26] . Fiecare dintre compresoare folosește un detector de nivel de undă completă de precizie și un atenuator cu canal paralel în două trepte bazat pe o pereche de tranzistoare cu efect de câmp [26] . Punctele de întrerupere ale caracteristicilor biliniare sunt la −40 dB și −20 dB în raport cu nivelul Dolby, câștigul marginal al unui semnal slab este de 10 dB (1:3.16) [27] . Eficiența de reducere a zgomotului în banda sub 5000 Hz este de 10 dB , iar în banda 5000…20000 Hz , unde două dintre cele patru compresoare funcționează simultan, este de până la 15 dB [25] . Nivelurile nominale de înregistrare și redare nu trebuie să se abate de la nivelul Dolby cu mai mult de ±0,3 dB (±3,5% tensiune) [7] , altfel decodorul nu poate restabili corect dinamica semnalului înregistrat. Pentru a regla nivelurile, toate UWB-urile Dolby A au fost echipate cu un generator de semnal Dolby și un indicator de reglare fină a nivelului Dolby [13] .

Primele discuri înregistrate de Decca folosind Dolby A, o înregistrare dublu disc a Simfoniei a doua a lui Mahler, interpretată de Orchestra Simfonică din Londra, dirijată de Georg Solti  , au fost puse în vânzare în noiembrie 1966 [22] [28] . În iarna anilor 1966-1967, Dolby a negociat furnizarea de Dolby A cu cele mai mari studiouri americane [22] . În primul an sau doi, studiourile au folosit Dolby A doar pentru mixarea înregistrărilor cu mai multe piste (acest proces era cel mai predispus la zgomot), apoi Dolby A a început să fie utilizat treptat în toate etapele producției de fonograme, de la înregistrare până la mastering [29]. ] [30] . Până în 1973, 14.000 de canale de reducere a zgomotului Dolby deserveau industria de înregistrări din SUA; până în toamna lui 1976, numărul lor a depășit 20.000 [31] . În conformitate cu strategia lui Ray Dolby, toate dispozitivele Dolby A au fost fabricate de Dolby Laboratories, vândute doar studiourilor de înregistrare și nu puteau fi folosite decât în ​​activități profesionale [32] [33] . Sistemul concurent de reducere a zgomotului dbx , care a intrat pe piață în 1974, sa vândut inițial la fel de bine [31] , dar a pierdut în fața Dolby la sfârșitul anilor 1970. Un sondaj al marilor studiouri din SUA publicat în noiembrie 1980 a arătat că Dolby A a fost folosit în 51% din sesiunile de înregistrare la o viteză „lentă” de 38,1 cm/s [comm. 5] , în timp ce dbx este de numai 3% [34] . Inginerii de sunet care s-au specializat în înregistrări clasice și jazz au abandonat dbx-ul din cauza sensibilității materialului la distorsiunea creșterii și scăderii semnalelor de impuls caracteristice dbx [7] . Dominanța absolută a Dolby A a continuat până la tranziția studiourilor la Dolby SR la sfârșitul anilor 1980 [29] , dar chiar și la sfârșitul anilor 1990, aproximativ 200.000 de canale Dolby A au servit industria media [35] .

Introducerea Dolby A în cinema a durat un deceniu: distribuitorii de filme nu au vrut să investească în echipamente de ultimă generație, iar studiourile de film nu erau pregătite să lanseze copii de film cu coloane sonore de diferite formate [36] [37] . Dolby și-a dat seama că doar reducerea zgomotului nu era suficientă pentru a cuceri piața conservatoare de distribuție a filmelor și s-a concentrat pe promovarea Dolby A în studiourile de film [38] . Prima utilizare a Dolby A în cinematografia mare a avut loc în 1971 la inițiativa lui Stanley Kubrick [38] . Reducerea zgomotului i-a permis lui Kubrick să folosească până la cinci reînregistrări consecutive în coloana sonoră A Clockwork Orange , dar publicul nu a simțit beneficiile noii tehnologii: coloanele sonore optice ale copiilor de distribuție ale filmului au fost înregistrate în mod tradițional, fără utilizarea unui encoder Dolby [38] . Lansarea filmelor cu piste mono optice codificate Dolby A a început în 1974 [38] . Filmele „Dolken” din 1974-1975 au fost prezentate fără utilizarea unui decodor Dolby; experiența a arătat că calitatea sunetului perceput subiectiv nu a fost mai proastă, ci mai bună decât fonogramele convenționale [38] . În 1975, sistemul de sunet surround Dolby Stereo dezvoltat de Dolby și Ron Uhlig a intrat pe piață.[18]. Piesele optice Dolby Stereo au fost înregistrate folosind Dolby A și decodare completă pe 3 canale[comm. 6]a semnalului presupunea utilizarea decodoarelor Dolby A[18]. Sistemul era pe deplin compatibil cu instalațiile de cinema tradiționale, monofonice și în același timp ieftin[18][39]. Reechiparea masivă a rețelelor cinematografice din SUA cu echipamente noi, numită mai târziu „a doua venire a sunetului în cinema”[39], a început chiar la sfârșitul anilor 1970, în urma succesului comercial al „Întâlnirilor apropiate ale Third Kind" și "Star Wars"[40][39 ] ].

La câteva decenii după crearea UWB, Dolby Laboratories și-a dezvoltat emulatorul software pentru procesarea fonogramelor de arhivă digitalizate [41] . Sarcina s-a dovedit a fi extraordinar de dificilă [41] . Procesele liniare din filtrele analogice au avut o descriere matematică exactă și au fost traduse cu ușurință în limbajul de procesare a semnalului digital , dar procesele neliniare interconectate în atenuatoare, limitatoare de nivel și detectoare nu au fost susceptibile de atac frontal [41] . Atenuatorul putea fi redus la un multiplicator elementar de semnal, dar principala dificultate a fost sinteza unei funcții de control neliniar [41] . Dezvoltatorii au emulat astfel de dependențe în două moduri - fie folosind funcții tabulare , fie prin descompunerea unei dependențe complexe în componente polinomiale elementare [41] . Ambele metode au necesitat măsurători de laborator atente și cuprinzătoare ale circuitelor simulate [41] .

Dolby B

În aprilie 1967, inginerul și antreprenorul american Henry Kloss a sugerat ca Dolby să dezvolte o versiune simplificată a UWB-ului său pentru instalare într -un magnetofon de uz casnic cu bobină la bobină [22] . Pentru piața de consum, UWB multicanal era prea scump și, conform Dolby, nu era necesar [35] . Componenta principală a zgomotului casetofonelor de uz casnic care funcționează la viteze mici a fost zgomotul de înaltă frecvență („ghimp”) al casetei; interferența relativ slabă de frecvență joasă ( zgomot de pâlpâire a amplificatorului , efect de copiere etc.) nu a necesitat o atenție specială. Prin urmare, proiectantul a decis ca UWB al unui magnetofon de uz casnic să funcționeze numai la frecvențe medii și înalte [35] . Reducerea zgomotului doar la frecvențe înalte, după cum a arătat experiența, nu a fost suficientă; lățimea de bandă UWB ar fi trebuit să înceapă cel puțin la 500 Hz [35] .

Noul UWB, cu un singur canal, a fost numit Dolby B. Singurul său compander a fost considerabil simplificat și mai ieftin în comparație cu Dolby A companders: atenuatorul controlat este realizat pe un singur tranzistor cu efect de câmp, detectorul este construit conform unui circuit cu jumătate de undă. [42] . Primul prototip, asamblat chiar de Dolby, folosea doar cinci tranzistoare și cinci diode [42] . O creștere mică, nu mai mare de +10 dB , a frecvențelor înalte în timpul înregistrării vă permite să redați benzi Dolby B fără a utiliza un decodor adecvat [43] . Eficiența de suprimare a zgomotului a pauzei în banda de frecvență 4000…20000 Hz ajunge la 10 dB ; la o frecvență de 500 Hz , scade la 3 dB [42] . Circuit „evidențiat” Dolby B - inclus la intrarea filtrului RC de canal paralel cu o frecvență de tăiere reglabilă ( de exemplu, bandă de  alunecare , „bandă de alunecare”) [44] . Rezistența acestui filtru este rezistența canalului a tranzistorului atenuator. Cu cât tensiunea la ieșirea canalului paralel este mai mare, cu atât atenuatorul introduce mai multă atenuare și cu atât frecvența de tăiere a filtrului este mai mare [44] . Filtrul, așa cum spune, monitorizează cele mai puternice componente ale semnalului: cu cât frecvența lor este mai mare, cu atât lățimea de bandă a canalului paralel este mai îngustă [44] . În acest fel, Dolby a rezolvat eficient problema „respirației cu zgomot” în timp cu componentele puternice de joasă frecvență ale semnalului [44] .

Din iunie 1968, Dolby B a fost instalat în serie în casetofonele KLH [22] . Timp de doi ani, compania lui Kloss a fost singurul licențiar exclusiv al Dolby B, în timp ce Dolby însuși s-a concentrat pe adaptarea Dolby B la casetofone [22] . Primele casete Dolby B, echipate cu unități de bandă Nakamichi , au ajuns în magazinele din America de Nord în vara anului 1970 [22] . Simultan în SUA și Marea Britanie a început lansarea de casete seriale cu înregistrarea codificată conform sistemului Dolby; la mijlocul anilor 1970, marea majoritate a casetelor înregistrate au fost produse folosind Dolby B [22] .

Casetele „gobite” au devenit condiția prealabilă pentru succesul comercial al UWB Dolby și, într-adevăr, formatul de casetă compactă în sine [32] . Perspicaceul Dolby nu a perceput niciun drept de autor pentru eliberarea lor; singura lui cerință era ca astfel de casete să fie marcate cu marca Dolby System [45] . Ca urmare, a apărut o cerere puternică de consumatori în țările occidentale pentru casetofon echipate cu Dolby UWB; producătorii s-au grăbit să-l mulțumească și au fost dispuși să plătească drepturi de autor către Dolby [32] . Dolby a refuzat permanent să acorde licențe exclusive oricui [32] [33] . Din 1971, compania sa oferea tuturor producătorilor interesați un model de acord de licență cu o rată variabilă de plată pentru fiecare magnetofon produs: cu cât licențiatul producea mai multe echipamente, cu atât plătea mai puțin pe unitate de producție [32] . Deținătorii de licență puteau folosi Dolby B numai în aplicații de consum, nu profesionale; Laboratoarele Dolby, la rândul lor, s-au angajat să nu concureze cu licențiații pe piața de consum [32] [33] [45] . În 1971, peste 30 de companii japoneze au achiziționat licența Dolby; în 1972, numărul licențiaților a ajuns la 40, iar veniturile Dolby Laboratories au depășit un milion de lire sterline [32] . În ianuarie 1973, au început testarea primului circuit integrat Dolby B ( Signetics NE545) [44] .

Până în 1981, casetofonele Dolby B depășiseră 100 de milioane [46] . Exploatarea în masă a relevat principalul dezavantaj al Dolby B: cerințele sistemului pentru precizia instalării unui magnetofon erau practic de neatins în condiții domestice [46] . În practica de studio, se obișnuia să se monteze echipamentul înainte de fiecare sesiune de înregistrare [34] ; acasă, acest lucru nu a fost posibil (și în secolul 21, benzile de testare standard au devenit complet indisponibile [47] ). Fără o reglare regulată conform standardului de laborator, casetofonele de uz casnic au acumulat rapid o „masă critică” de defecte mecanice mari și mici, ceea ce a împiedicat funcționarea corectă a UWB [46] [47] . Decodoarele unor astfel de magnetofone „umplu” atât de mult frecvențele superioare încât utilizatorii sunt nevoiți să refuze să folosească Dolby [43] .

Dolby C

La începutul anilor 1970 și 1980, industria înregistrărilor a început pregătirile pentru lansarea în masă a discurilor compacte . În noile condiții, Dolby B părea depășit [49] . Producătorii de casete aveau nevoie urgent de un nou sistem de reducere a zgomotului care să aducă raportul semnal-zgomot al unui magnetofon de consum mai aproape de cel al unui CD. JVC , Sanyo , Telefunken și Toshiba au adus pe piață UWB-uri concurente de nouă generație Super ANRS , Super D, High Com și ADRES , oferind o reducere a zgomotului de 20 ... 30 dB , iar Panasonic , TEAC și Yamaha au ales deja doveditul UWB dbx Type II. [50] [51] . Laboratoarele Dolby au venit cu propria lor soluție, Dolby C UWB, la sfârșitul anilor 1980 [52] .

Din punct de vedere tehnic, fiecare canal al unui codificator sau decodor Dolby C este format din două compresoare Dolby B [52] conectate în serie . În modul de înregistrare, primul dintre ele (în documentația Dolby „etapa de nivel înalt”, ing.  etapă de nivel înalt ) comprimă semnale în intervalul -30 ... -10 dB , al doilea („etapa de nivel scăzut”) - semnale în intervalul -50 ... -30 dB [52] . Cele două caracteristici de transfer biliniare se potrivesc exact la -30 dB față de Dolby [52] . Frecvența de tăiere inițială a filtrelor controlate (și, în consecință, lățimea de bandă efectivă de reducere a zgomotului) este deplasată în jos, de la 800 la 200 Hz [52] . Pentru a preveni reducerea frecvenței să genereze ondulații ale tensiunii de control, detectoarele Dolby B cu jumătate de undă sunt înlocuite cu cele cu undă completă [53] .

La intrarea codificatorului de înregistrare este inclusă o „  rețea anti-saturație ” patentată - un filtru de pre-distorsiune rezonant cu Q scăzut care atenuează componentele de înaltă frecvență ale semnalului original [52] ; o altă „ rețea spectral skewing ” pasivă este construită în canalul principal de nivel scăzut [53] . La ieșirea decodorului Dolby C este pornit un filtru cu caracteristică inversă, restabilind spectrul original [53] . Pre-accentuarea protejează banda magnetică de suprasarcină de către componentele semnalului de înaltă frecvență și reduce influența acestora asupra detectorilor UWB, ceea ce reduce semnificativ eroarea de compresare, dar în același timp reduce eficiența reducerii zgomotului [53] . Valoarea sa în banda de frecvență 1...10 kHz este de aproximativ 20 dB , iar intervalul dinamic real al unui magnetofon atent reglat cu Dolby C nu depășește 75 dB [54] [com. 7] .  

Războiul formatelor de reducere a zgomotului pe care îl așteptau experții în 1981 [50] nu a avut loc: Dolby a profitat cu brio de avantajul competitiv al unui monopolist de facto. Aproximativ 120 de producători care aveau deja licențe Dolby B au fost eligibili automat pentru a instala Dolby C. Nu au fost necesare taxe de licență suplimentare pentru a instala ambele Dolby UWB într-un magnetofon (care nu numai că a accelerat adoptarea Dolby C, dar și a prelungit durata de viață a Dolby). B [49] ) [33] . Costul de instalare al noului UWB s-a dovedit a fi scăzut: deja în toamna anului 1981, a apărut pe piață un cip specializat pentru procesorul Dolby B / C fabricat de Hitachi [54] . A fost urmat de cipuri Philips și Panasonic , iar Sony a lansat mai multe linii de astfel de cipuri, inclusiv seria CX20027 ... CX20187, care a devenit cea mai produsă în masă [55] . Drept urmare, conform Dolby Laboratories, până în februarie 1982, mai mult de un milion de casetofone Dolby C fuseseră lansate, iar numărul de modele produse depășise o sută [56] [54] . În cursul anului 1983, un set de Dolby C și Dolby B a devenit standardul de facto pentru gama superioară a pieței [49] . Sistemele concurente care nu erau solicitate de piață, în ciuda caracteristicilor obiectiv mai bune, au fost scoase rapid din producție [54] .

Dolby nu numai că și-a păstrat poziția de monopol pe piața echipamentelor staționare de uz casnic, dar a încercat și să intre pe piața echipamentelor semi-profesionale cu noul sistem: Dolby C a devenit parte a sistemelor video de raportare Betacam și Betacam SP [57] . Cu toate acestea, Dolby C nu a putut introduce Dolby C pe piața casetelor înregistrate și pe piața strâns legată de playere de buzunar [49] . Casele de discuri au constatat că Dolby C nu este suficient de compatibil cu casetofonele convenționale și au continuat să folosească Dolby B [58] .

Dolby SR

Dolby și-a amintit că deja în 1974 sau 1975, experții Philips i-au sugerat să dezvolte un nou studio UWB care să fie superior ca eficiență Dolby A [59] . În acei ani, implementarea calitativă a unui astfel de proiect părea imposibilă; designerul a revenit la tema „succesorului Dolby A” abia în 1980, în timpul designului Dolby C [59] . Dolby SR, ca și Dolby C, a fost creat doar de Dolby, în laboratorul său de acasă [59] . Dezvoltarea SR a durat șase sau șapte ani; de-a lungul anilor de izolare, Dolby, în cuvintele sale, aproape că a pierdut contactul cu compania care îi purta numele [59] .

Dolby SR ( Înregistrare spectrală ,  „înregistrare spectrală”) este un sistem de reducere a zgomotului în două căi, în trei etape. Dolby SR manipulează semnalul numai în intervalul audio și nu are niciun efect asupra transmisiei semnalelor infrasonice și ultrasonice; aceasta reduce atât distorsiunea de intermodulație, cât și zgomotul de modulație [60] . Răspunsul în frecvență al circuitelor de intrare „teșire spectrală” este ales aproape de curbele de volum egal Robinson-Dudson [61] . Cascadele înalte, medii și joase comprimă semnalul de intrare în intervalele de −5…-30 dB , −30…-48 dB și −48…-62 dB ; caracteristicile lor de transfer sunt unite la -30 dB și -48 dB în modelul Dolby C [60] . Cascadele de nivel înalt și mediu conțin câte două legături, de înaltă frecvență și de joasă frecvență, cu o frecvență de încrucișare de 800 Hz , iar cascada de nivel inferior conține doar o legătură de înaltă frecvență [60] . În banda de patru octave 200…3000 Hz , toate cele cinci legături funcționează simultan [60] . Fiecare dintre cele cinci legături Dolby SR (trei HF și 2 LF) include două compandere conectate în serie-paralel [60] [62] . În primul dintre ele (master), frecvența de tăiere a filtrului de intrare este fixată la aproximativ 800 Hz în al doilea (slave) este reconstruită după modelul Dolby B., [62] . Un alt subsistem proprietar, circuitul de corecție a câștigului compander distribuit, se numește Modulation Control . În toate UWB-urile anterioare, fiecare compresor a detectat nivelul semnalului de intrare independent de celelalte compresoare; în Dolby SR, citirile detectoarelor individuale sunt corectate printr-un circuit de control comun [63] [64] .

Fiecare dintre cele cinci legături Dolby SR reduce zgomotul cu 8..9 dB , iar eficiența globală a reducerii zgomotului este de 27 dB peste 800 Hz și 19 dB sub 800 Hz [65] [62] . Gama dinamică a înregistrării analogice pe 24 de piste cu Dolby SR ajunge la 90 dB , intervalul dinamic al magnetofonelor cu două piste cu Dolby SR este chiar mai mare - 95…100 dB [65] în întreaga gamă de frecvență audio [62] . Calitatea sunetului unei astfel de înregistrări este comparabilă cu calitatea unei căi digitale de studio cu o rezoluție de 22 ... 24 de biți și o rată de eșantionare de 96 kHz [65] , fără nici un zgomot de modulație și distorsiune care sunt vizibile la ureche. [62] . Datorită adâncimii reduse de compresare, SR este mai puțin predispus la supraîncărcare decât toți predecesorii săi și mai puțin sensibil la nepotrivirea dintre caracteristicile căilor de înregistrare și redare [62] [60] .

Intrat pe piață în 1986, sistemul a luat rapid locul Dolby A în producția de înregistrări muzicale și a întârziat tranziția industriei la audio digital timp de câțiva ani [39] [66] . Până în 1990, aproximativ 43.000 de studiouri de înregistrare și difuzare foloseau Dolby SR [39] ; până în 1997, numărul de canale Dolby SR instalate a depășit 120.000 [62] . În cinema, ciclul de viață al noutății a fost scurt. În 1987, au fost lansate primele filme dublate în Dolby Stereo folosind Dolby SR - „ Inner Space ” și „ RoboCop ” [67] [40] . Câștigul Dolby SR în ceea ce privește calitatea sunetului, din punctul de vedere al studiourilor de film, nu a fost suficient. Studiourile au cerut de la ingineri o gamă dinamică și mai mare, realizabilă doar în tehnologia digitală [40] . Primul sistem complet digital, Kodak CDS cu șase canale , a intrat pe piața nord-americană în 1990 [40] . Kodak a depășit toți concurenții, inclusiv Dolby, dar a făcut greșeala strategică de a nu fi compatibil cu echipamentele analogice, permițându-i lui Dolby să cucerească piața cu sistemul digital-analogic Dolby SR-D compatibil cu înapoi (1991) [40] [ 39] .

Dolby S

La începutul anului 1990, Dolby Laboratories a demonstrat un nou UWB pentru înregistrarea magnetică pentru consumatori, Dolby S, bazat pe practica dovedită de studio a Dolby SR [64] . În toamna anului 1990, a început producția de microcipuri Sony specializate (aceasta companie a devenit singurul furnizor de circuite integrate Dolby S), în noiembrie 1990, în decembrie 1990 au apărut pe piață casetofonele de studio Tascam cu 24 de piste echipate cu Dolby S, casete de uz casnic Harman-Kardon [68] [57] . BMG Entertainment a început apoi să lanseze casete preînregistrate codificate cu UWB Dolby S [57] . Caseta compactă era încă un mediu de stocare popular: reportofoarele digitale DAT și reportofoarele cu disc compact erau prea scumpe pentru consumatorul de masă [64] .

Dolby S a fost primul produs al companiei care a fost proiectat inițial ca un circuit integrat folosind simulări computerizate [62] [64] . Pentru a împacheta două canale stereo UWB într-un microcircuit ieftin, Dolby a simplificat topologia SR: două dintre cele trei legături de procesare de înaltă frecvență din Dolby S au rămas și una dintre cele două legături de joasă frecvență [64] . În caz contrar, Dolby S a păstrat toate inovațiile tehnice ale Dolby SR și Dolby C: detectoare complexe în mai multe etape („controlul modulării”), compandere duale cu o frecvență de tăiere fixă ​​și reglabilă („înlocuire [mecanica] acțiunii”), distribuite prealabile. -filtre de distorsiune („teșire spectrală” și „lanțuri de antisaturare”). În echipamentele de casete, aceste soluții nu numai că au îmbunătățit sunetul, dar au garantat dezvoltarea protecției prin brevet [64] . Chiar și într-o versiune simplificată, noul UWB s-a dovedit a fi prea complex - mult mai complex, de exemplu, circuitele TV color [64] .

În banda de frecvență cea mai critică din punct de vedere perceptiv de 2…5 kHz , Dolby S suprimă zgomotul cu 24 dB [68] [63] . La capătul superior al gamei audio, eficiența reducerii zgomotului este redusă la 12 dB , la o frecvență de 100 Hz - până la 10 dB [68] [63] . Reducerea zgomotului de bandă percepută subiectiv este doar marginal superioară Dolby C; Principalul avantaj al Dolby SR nu este reducerea zgomotului, ci creșterea nivelului maxim de înregistrare nedistorsionată [68] . Când utilizați benzi de tip IV , nivelul maxim de înregistrare crește cu 7…8 dB , iar intervalul dinamic depășește 85 dB [68] [63] . Subiectiv, acest lucru este perceput în primul rând ca un câștig în calitatea reproducerii sunetelor puternice de joasă frecvență [68] .

Datorită canalului de procesare cu frecvență joasă, fonogramele Dolby S sunt mai compatibile cu casetofonele convenționale decât fonogramele Dolby C. cu 1,5 ... 2 dB duce la prăbușirea scenei stereo [68] .

Tabel pivot

Comentarii

1. ↑ Dolby a fost admis la Ampex la vârsta de cincisprezece ani, datorită cunoștinței sale cu A. M. Poniatov . În vara anului 1952, când Dolby absolvea primul an de facultate, s-a întâmplat să afle despre un proiect secret la care lucra designerul principal Ampex Charles Ginsburg . Ampex a lucrat mult pentru Pentagon, a creat dispozitive pentru testarea armelor nucleare, dar Ginzburg nu a lucrat la un ordin militar, ci la primul video recorder . Dolby a reușit să pătrundă în laboratorul lui Ginzburg și a devenit curând cel mai apropiat asistent al lui. Primul prototip VCR, dezvoltat de grupul Ginzburg, a fost finalizat în noiembrie 1952. Recrutarea lui Dalby în armată în martie 1953 a încetinit semnificativ lucrările la proiect. După ce a servit, Dolby sa întors la Ampex și a lucrat la VCR până în 1961 [3] [4] .
2. ↑ Pentru comparație, în studioul Telcom C4 UWB dezvoltat de Telefunken , timpul de creștere al detectorului variază de la 380 µs în canalul de joasă frecvență la doar 18 µs în canalul de înaltă frecvență [15] .
3. ↑ Primele filme dublate în Dolby Stereo cu trei canale de atunci au fost musicalurile rock britanice „ Tommy ” și „ Lisztomania ” (1975). Au fost urmați de musicalul american A Star Is Born , dublat în Dolby Stereo cu patru canale [18] .
4. ↑ În timpul studiilor doctorale la Universitatea din Cambridge, Dolby a cântat în orchestra universității și a fost legătura dintre orchestră și studiourile de înregistrări din Londra. Prin urmare, chiar înainte de 1965, el a dobândit conexiuni utile în lumea înregistrării sunetului și a studiat tehnologiile muncii lor [21] .
5. ↑ La viteza „rapidă” de 76,2 cm/s , nivelul de zgomot este vizibil mai scăzut, astfel încât reducerea zgomotului a fost folosită mai rar la acesta [34] .
6. ↑ Canale stânga, dreapta și centru. Al patrulea canal Dolby Surround, din spate, a apărut un an mai târziu, la inițiativa creatorilor filmului „ A Star Is Born ” [18] .
7. ↑ 72…75 dB, folosind filtrul de ponderare A conform DIN 45500 [54] . Numitorul raportului semnal-zgomot nu a fost nivelul Dolby nominal, ci nivelul limitativ al înregistrării pe o bandă exemplară, la care distorsiunile neliniare nu erau mai mari de 3%.

Note

1. ↑ 1 2 3 Talbot-Smith, 2013 , p. 3-32.
2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Talbot-Smith, 2013 , p. 3-33.
3. ↑ Abrambson, A. The History of Television, 1942 to 2000. - McFarland, 2003. - P. 52. - ISBN 9780786412204 .
4. ↑ Leslie, J., Snyder, R. History of The Early Days of Ampex Corporation // AES Historical Committee. - 2010. - P. 1-14.
5. ↑ 1 2 3 Sergi, 2004 , p. 38.
6. ↑ 1 2 3 Ray Dolby Interviu Partea 5 din 7 - EMMYTVLEGENDS.ORG (Interviu 26 martie 2007) pe YouTube , începând cu ora 8:00 am
7. ↑ 1 2 3 Ageev, S. sistem de reducere a zgomotului dbx - trecut și prezent // Radio. - 1998. - Nr 3. - S. 13-15.
8. ↑ 1 2 3 4 5 Sergi, 2004 , p. 39.
9. ↑ 12 Kefauver , 2001 , p. 258.
10. ↑ Sergi, 2004 , p. 41.
11. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Friesecke, 2007 , p. 628.
12. ↑ 1 2 3 4 Suhov , 1999 nr. 1, p. 41.
13. ↑ 12 Hawksford , 2002 , p. 63.
14. ↑ 12 Copeland , 2008 , pp. 201, 208.
15. ↑ Friesecke, 2007 , p. 621.
16. ↑ 1 2 3 4 Talbot-Smith, 2013 , p. 3-34.
17. ↑ Hood, JL Valve și amplificatoare audio cu tranzistori. - Newnes, 2006. - P. 229. - ISBN 0750633565 .
18. ↑ 1 2 3 4 5 Beck, 2016 , p. 167.
19. ↑ 12 Beck , 2016 , pp. 168, 169.
20. ↑ Hawksford, 2002 , p. 63 (simplificat).
21. ↑ 1 2 3 Sergi, 2004 , pp. 39, 40.
22. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Suhov , 1998 nr. 5, p. 36.
23. ↑ Eiloart, T. Destul de liniștit. — Un nou om de știință. - 1973. - Nr. 5 iulie. - P. 31, 32.
24. ↑ Sergi, 2004 , pp. 40, 41.
25. ↑ 12 Kefauver , 2001 , p. 261.
26. ↑ 12 Hawksford , 2002 , p. 64.
27. ↑ Kefauver, 2001 , pp. 260, 261.
28. ↑ Copeland, 2008 , p. 199.
29. ↑ 12 Copeland , 2008 , p. 200.
30. ↑ Tyler, Les și Kirkwood, Wayne. Circuite analogice dedicate pentru aplicații audio // Manual pentru ingineri de sunet (ediția a cincea) / Greg Ballou. - CRC Press, 2015. - P. 128-151. — ISBN 9781135016661 . , p. 129.
31. ↑ 12 Woram , Ioan. Nu va funcționa niciodată - Dar reducerea zgomotului crește // Panou publicitar. - 1976. - Nr. 30 octombrie.
32. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Cullis, R. Brevete, invenții și dinamica inovației: un studiu multidisciplinar. - Editura Edward Elgar, 2007. - P. 148. - ISBN 9781782542766 .
33. ↑ 1 2 3 4 Sergi, 2004 , p. 22.
34. ↑ 1 2 3 Zide, Larry. Bune practici de inginerie: Sondajul SPARS // DB Magazine. - 1980. - Nr. 11. - P. 49.
35. ↑ 1 2 3 4 5 Talbot-Smith, 2013 , p. 3-35.
36. ↑ Beck, 2016 , p. 165.
37. ↑ Sergi, 2004 , p. 19.
38. ↑ 1 2 3 4 5 Beck, 2016 , p. 166.
39. ↑ 1 2 3 4 5 6 Nowell-Smith, G. The Oxford History of World Cinema. - Oxford University Press, 1997. - P. 483-484. — ISBN 9780198742425 .
40. ↑ 1 2 3 4 5 Sergi, 2004 , p. 29.
41. ↑ 1 2 3 4 5 6 Hawksford, 2002 , p. 68.
42. ↑ 1 2 3 4 5 Suhov , 1999 nr. 1, p. 40.
43. ↑ 1 2 Hurtig, Brent. Înregistrare cu mai multe piese pentru muzicieni. - Alfred Music, 1988. - P. 61. - ISBN 9781457424847 .
44. ↑ 1 2 3 4 5 Suhov , 1998 nr. 5, p. 37.
45. ↑ 12 Copeland , 2008 , p. 201.
46. ↑ 1 2 3 Friesecke, 2007 , p. 624.
47. ↑ 12 Endino , Jack . Sfaturi de transfer de casete (2000–2006). (nedefinit)
48. ↑ Suhov , 1999 nr. 2, p. 43-44.
49. ↑ 1 2 3 4 Copeland, 2008 , p. 207.
50. ↑ 1 2 Publicul hi-fi confuz de șuierat de la jucători // New Scientist. - 1981. - Nr. 5 februarie. — P. 342.
51. ↑ Jacques, Beth. Pregătit pentru reluare digitală // Billboard. - 1981. - Nr. 29 august. - P. HT-18, HT-22.
52. ↑ 1 2 3 4 5 6 Suhov , 1999 nr. 2, p. 42.
53. ↑ 1 2 3 4 5 6 Suhov , 1999 nr. 2, p. 43.
54. ↑ 1 2 3 4 5 Suhov , 1999 nr. 2, p. 44.
55. ↑ Suhov , 1999 nr. 2, p. 44-45.
56. ↑ Laboratoarele Dolby. Acum există o piață pentru casetele preînregistrate Dolby C // Billboard. - 1982. - Nr. 6 martie. - P. 57.
57. ↑ 1 2 3 Copeland, 2008 , p. 208.
58. ↑ 1 2 Talbot-Smith, 2013 , p. 3-36.
59. ↑ 1 2 3 4 Sergi, 2004 , p. 52.
60. ↑ 1 2 3 4 5 6 Kefauver, 2001 , p. 264.
61. ↑ Kefauver, 2001 , p. 265.
62. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Talbot-Smith, 2013 , p. 3-37.
63. ↑ 1 2 3 4 Talbot-Smith, 2013 , p. 3-38.
64. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Suhov , 1999 nr. 3, p. 38.
65. ↑ 1 2 3 4 Friesecke, 2007 , p. 626.
66. ↑ Copeland, 2008 , p. 209.
67. ↑ Friesecke, 2007 , p. 781.
68. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Suhov , 1999 nr. 3, p. 39.
69. ↑ Talbot-Smith, 2013 , p. 3-37. Evaluare pentru înregistrarea stereo pe o pistă largă (pentru o pistă îngustă, intervalul este mai restrâns cu câțiva dB).
70. ↑ Friesecke, 2007 , p. 626. Cel mai mare scor pentru înregistrarea stereo cu piese late, cel mai mic pentru casetofonele cu 24 de piste.

Surse

• Sukhov, N. Dolby B, Dolby C, Dolby S … dbx? // Hobby radio. - 1998. - Nr. 1. - S. 36-37; 1999. - Nr. 2. - S. 36-37; Nr. 3. - S. 36-37; Nr. 4. - S. 45-48; Nr 5. - S. 46-49.
• Beck, Jay. Designing Sound: Audiovisual Aesthetics in 1970 American Cinema. — Rutgers University Press. - 2016. - (Tehnici ale imaginii în mișcare).
• Copeland P. Manual of Analogue Sound Restoration Techniques  (engleză) - British Library , 2008.
• Friesecke, A. Die Audio-Enzyklopädie: Ein Nachschlagewerk für Tontechniker. — Walter de Gruyter, 2007. — ISBN 9783110973310 .
• Hawksford, M. Analog Techniques // Noise Reduction in Speech Applications. - CRC Press, 2002. - P. 47-70. — ISBN 9781420041262 .
• Kefauver, Alan P. Manualul de înregistrare audio. - AR Editions, Inc., 2001. - S. 253-263. — ISBN 9780895794628 .
• Sergi G. The Dolby Era: Film Sound in Contemporary Hollywood  (engleză) - MUP , 2004. - 209 p. — ISBN 978-0-7190-7067-9
• Talbot-Smith, Michael. Cartea de referință a inginerului audio. - CRC Press, 2013. - ISBN 9781136119743 .

Dicționare și enciclopedii	Britannica (online)