Системи шумозаглушення Dolby A, B і C
Навіть самі високоякісні стрічки все ж значно поступаються компакт- дисків по динамічному діапазону і рівню шумів при відтворенні магнітних записів. Тому магнітофони нерідко забезпечуються спеціальними електронними схемами придушення шумів. Провідну роль в їх розробці зіграла фірма DolbyIaboratories.
В системі придушення шумів DolbyВ сигнал підсилювача запису має підйом АЧХ вище частоти 500 Гц, що висить від рівня сигналу. При великому рівні сигналу підйому немає, а при малих він максимальний. Такий підйом при записі покращує відношення сигнал / шум при малих сигналах. При відтворенні АЧХ також залежить від рівня сигналу - при малих сигналах вона має спад на високих частотах. Таким чином, в процесі запису-відтворення використовується частотно-залежна компресія-декомпресія звукових сигналів. Система шумозаглушення DolbyВ дозволяє підвищити відношення сигнал / шум приблизно на 10 дБ, причому в основному на високих частотах, де розташований спектр шумів, добре чутних на слух.
Більш складні системи шумозаглушення DolbyС і Sімеют не два частотних каналу, а більше, що дозволяє більш ефективно тиснути шум в більш широкій смузі частот. Виграш за показником сигнал / шум, який досягається в різних системах Dolbyв залежності від частоти записуваного сигналу. Неважко помітити, що система DolbyС дає підвищення співвідношення сигнал / шум ще приблизно на 20 дБ, у порівнянні з системою DolbyВ. Система DolbySдает виграш ще приблизно на 10 дБ, але що особливо важливо - на ці 10 дБ збільшується динамічний діапазон відтворення низьких частот.
Оскільки системи Dolbyбазіруются на залежною від рівня сигналу частотної корекції, то важливо забезпечити досить точна підтримка рівня сигналів під час запису. Крім того, для відтворення записів, зроблених по системам DolbyB / C / S, магнітофон повинен мати в тракті відтворення відповідну схему перетворення. Це веде до спотворень (і досить помітним) при відтворенні записів, зроблених на магнітофоні з такими системами, на іншому магнітофоні, що не має таких систем.
Система шумозаглушення «Dolby-A»
Система «Dolby-A» - це Сніп комерційного призначення, розроблена для професійного використання. Узагальнена структурна схема системи показана на рис.
Спрощена структурна схема Сніп «Dolby-A»
Регулювання проводиться не у всьому діапазоні вхідних рівнів, а лише при порівняно невеликих рівнях, що зменшує помітність перехідних процесів. При високих рівнях перешкоди маскуються сигналом і їх придушення стає необов'язковим.
Малюнок-Амплітудна характеристика
сжімателя (1), розширювача (2) і наскрізного
тракту (3) системи «Dolby-A»
Вхідний аудіосигнал розподіляється по двох шляхах, причому в основному тракті він не регулюється, а в додатковому піддається регулюванню за допомогою сжімателя, після чого обидві складові складаються. Коефіцієнт передачі додаткового тракту при великих вхідних сигналах малий, в результаті чого сигнали великого рівня не зазнають змін. При малих вхідних рівнях коефіцієнт передачі додаткового тракту збільшується, частка сигналу цього тракту щодо основного стає більше і рівень сигналу на виході першого суматора зростає. Сигнал з виходу системи поступає на суматор через розширювач вже інвертованим і віднімається із загального сигналу, внаслідок чого відновлюються вихідні співвідношення рівнів.
Малюнок-Частотні характеристики фільтрів
У кожній з смуг динамічний діапазон стискається і відповідно потім розширюється шляхом зміни коефіцієнта передачі тільки при рівнях, що лежать нижче певного порогового рівня Nнорм. Сигнали з виходу компресорів додаються до сигналу основного тракту, а в приймальні частини системи відповідно віднімаються при рівнях менш Nнорм. Сигнали більш високого рівня проходять через систему без змін. Поділ спектру сигналу до регульованих ланок значно підвищує ефективність регулювання, особливо якщо енергія сигналу зосереджена в якій-небудь одній смузі. Зважаючи на велику рівня сигналу в цій смузі не відбувається регулювання, зате в інших смугах з огляду на невелику рівня потрапляє в них сигналу регулювання відбувається більш ефективно і ставлення «сигнал / шум» збільшується в більшому ступені.
Додатковий тракт системи «Dolby-A» універсальний і використовується двічі - під час запису і відтворення. Тому спотворення АЧХ і ФЧХ фільтрами при запису компенсуються спотвореннями зворотного знака при відтворенні.
Система ШП «Dolby-A» забезпечує поліпшення ставлення «сигнал / шум» в діапазоні частот 30-15000 Гц приблизно на 10 дБ, а на більш високих частотах - на 15 дБ.
Система шумозаглушення «Dolby-B»
Система ШП «Dolby-B» (рис. 3.43) з'явилася в 1970 році і призначена, в першу чергу, для боротьби з високочастотними шумами, що виникають в побутових магнітофонах з невеликою швидкістю руху стрічки
Малюнок-Структурна схема Сніп «Dolby-B»
Система містить два тракту проходження аудіосигналу: основний (вище пунктирною лінії на рис. 3.43) і допоміжний (нижче пунктирною лінії), виходи яких об'єднані за допомогою суматора. В основному тракті ніяких перетворень сигналу не відбувається. До складу додаткового тракту входять ФВЧ з керованою частотою зрізу (від 1,5 кГц і вище залежно від EУ), детектор рівня (ДУ), підсилювач (коефіцієнт посилення K = 2,3), інвертор і обмежувач. Останній зрізає викиди напруги тривалістю до 1 мс, що виникають через затримку спрацьовування ДУ в моменти різкого підвищення вхідного сигналу.
При записи (перемикач S1 на рис. 3.43 в верхньому положенні) схема працює як компресор. Залежно від напруги записується аудіосигналу параметри додаткового тракту змінюються автоматично таким чином, щоб рівень сигналу на його виході підтримувався постійним. Причому цей рівень підтримується постійним не за рахунок зміни коефіцієнта передачі додаткового тракту (як, наприклад, в Сніп «Dolby-A»), а шляхом зсуву граничної частоти ФВЧ. Керуюча напруга для зміни АЧХ ФВЧ формується детектором рівня. Чим вище рівень вхідного сигналу, тим далі в область ВЧ зсувається гранична частота ФВЧ. В результаті малі рівні записуваного сигналу посилюються за рахунок додавання напруги з допоміжного тракту. При зростанні рівня записуваного сигналу відносне збільшення зменшується. Таким чином, під час запису відбувається частотно-залежне стиснення динамічного діапазону сигналу
Малюнок-Залежність динамічного діапазону
записуваного сигналу від частоти в Сніп «Dolby-B»
при різних вхідних рівнях
При відтворенні (перемикач S1 на рис. 3.43 в нижньому положенні) пристрій працює як експандер, що зменшує посилення в місцях з низьким рівнем фонограми. Сигнал після інвертора з виходу системи через допоміжний тракт підводиться до сумматору і віднімається з основного сигналу. Використання в експандері того ж самого допоміжного тракту дозволяє автоматично забезпечити зворотний вид характеристик по відношенню до компресора (рис. 3.45) і усунути спотворення, що виникають із-за некомплементарни амплітудних і фазових характеристик компресора і експандера.
Система «Dolby-B» забезпечує наступне граничне поліпшення ставлення «сигнал / шум» на різних частотах: 600 Гц - 3 дБ, 1200 гц - 6 дБ, 2400Гц - 8 дБ, 5000Гц - 8 дБ, 5000 ... 10000Гц - 10 дБ.
Малюнок-Амплітудні характеристики Сніп
«Dolby-B»: сжімателя (1), розширювача (2), загальна (3)
Система шумозаглушення «Dolby-C»
Система ШП «Dolby-С» (розроблена в 1983 році) дозволяє поліпшити ставлення «сигнал / шум» на 15 дБ для частот 400 ... 1000 Гц і на 20 дБ для частот вище 1 кГц. Це досягнуто шляхом послідовного включення двох каскадів «Dolby-B» (рис. 3.46), що працюють в однакових смугах частот, але з різними порогами спрацьовування. Перший каскад системи працює при рівнях сигналу, порівнянних з рівнями в «Dolby-B». Другий каскад працює при пороговому рівні сигналу, зниженому на 20 дБ. Такий поділ дозволяє зменшити викиди рівня.
Малюнок - Структурні схеми компресора (а)
і експандера (б) системи шумозаглушення «Dolby-C»
Для зменшення шумів в області СЧ частота зрізу ФВЧ в каскаді обробки сигналу в порівнянні з «Dolby-B» зменшена з 1,5 кГц до 375 Гц. Додатково введені обмеження спектра оброблюваного сигналу і схема «антінасищенія», яка увійшла в ланцюг обробки аудіосигналів з малим рівнем.
Пристрій обмеження спектра сигналу, встановлений перед компресором, забезпечує спад АЧХ на частотах вище 10 кГц (рис. 3.47). Це дозволяє поліпшити модуляційну здатність на ВЧ каналу «запису-відтворення» і зменшити помилки внаслідок коливань рівня, що викликаються випаданням сигналу. Спектр сигналу відновлюється після експандера в пристрої відновлення спектра
Малюнок-АЧХ компресора Сніп «Dolby-С»
Схема «антінасищенія» служить для запобігання перевантаження магнітної стрічки на ВЧ і зменшення інтермодуляционних спотворень.
Запис, зроблену на апаратурі, обладнаної «Dolby-С», можна відтворювати на магнітофонах з системою «Dolby-B» без втрати якості, так як ці системи є сумісними.