Sistema de reducción de ruido Dolby

A Dolby 361 Módulo de reducción de ruido de tipo A

Un sistema de reducción de ruido Dolby, o Dolby NR, es uno de una serie de sistemas de reducción de ruido desarrollados por Dolby Laboratories para su uso en la grabación de cintas de audio analógicas. El primero fue Dolby A, un sistema de reducción de ruido de banda ancha profesional para estudios de grabación en 1965, pero el más conocido es Dolby B (introducido en 1968), un sistema de banda deslizante para el mercado de consumo, lo que ayudó a que la alta fidelidad fuera práctica en las cintas de casete, que usaban un tamaño y una velocidad de cinta relativamente ruidosos. Es común en los reproductores y grabadores de cinta estéreo de alta fidelidad hasta el día de hoy, aunque Dolby dejó de otorgar licencias de la tecnología a partir de 2016 para las nuevas pletinas de casete. De los sistemas de reducción de ruido, Dolby A y Dolby SR se desarrollaron para uso profesional. Dolby B, C y S se diseñaron para el mercado de consumo. Aparte de Dolby HX, todas las variantes de Dolby funcionan mediante compresión: comprimiendo el rango dinámico del sonido durante la grabación y expandiéndolo durante la reproducción.

Uso

Al grabar una señal en una cinta magnética, hay un bajo nivel de ruido de fondo que suena como un silbido. Una solución a este problema es usar una cinta de bajo ruido, que graba más señal y menos ruido. Otras soluciones son ejecutar la cinta a una velocidad más alta o usar una cinta más ancha. Las cintas de casete se diseñaron originalmente para sacrificar la fidelidad por la comodidad de grabar la voz mediante el uso de una cinta muy estrecha que funciona a una velocidad muy lenta de 1⅞ pulgadas por segundo (ips) alojada en una carcasa de plástico simple cuando se requieren velocidades de cinta de 15 ips o 7½ ips. para alta fidelidad, y 3¾ ips fue de menor fidelidad. Como resultado de sus pistas angostas y su baja velocidad, los casetes hacen que el silbido de la cinta sea un problema muy grave.

Características de codificación para sistemas de reducción de ruido tipo Dolby B y tipo C para un nivel de señal de entrada −60 dB. Las curvas de decodificación utilizadas en la reproducción son la inversa exacta y por lo tanto la respuesta global de frecuencia de registro/replay es plana

Análisis de respuesta de ruido y frecuencia de una cubierta de cassette de alto rendimiento de Nakamichi 580M con sistema de reducción de ruido de tipo Dolby B

La reducción de ruido Dolby es una forma de preénfasis dinámico que se emplea durante la grabación, además de una forma de deénfasis dinámico que se usa durante la reproducción, que funcionan en conjunto para mejorar la relación señal-ruido. La relación señal-ruido es simplemente qué tan grande es la señal de la música en comparación con el bajo nivel de ruido de la cinta sin señal. Cuando la música está alta, el bajo nivel de silbido de fondo no se nota, pero cuando la música es suave o en silencio, la mayor parte o todo lo que se puede escuchar es el ruido. Si el nivel de grabación se ajusta para que la música esté siempre alta, el ruido de bajo nivel no será audible.

No se puede simplemente aumentar el volumen de la grabación para lograr este fin; las cintas tienen un volumen máximo que pueden grabar, por lo que los sonidos que ya son fuertes se distorsionarán. La idea es aumentar el volumen de la grabación solo cuando el material original no esté ya alto y luego reducir el volumen en la misma cantidad durante la reproducción para que la señal vuelva a los niveles de volumen originales. Cuando se reduce el volumen en la reproducción, el nivel de ruido se reduce en la misma cantidad. Este concepto básico, aumentar el volumen para superar el ruido inherente, se conoce como preénfasis y se encuentra en una serie de productos.

Además de este concepto básico, los sistemas de reducción de ruido Dolby añaden otra mejora. Esto tiene en cuenta el hecho de que el ruido de la cinta se escucha principalmente en frecuencias superiores a 1000 Hz. Son los sonidos de baja frecuencia los que a menudo son fuertes, como golpes de batería, por lo que al aplicar solo la compresión a ciertas frecuencias, la cantidad total de distorsión de la señal original puede reducirse y enfocarse solo en las frecuencias problemáticas. Las diferencias entre los distintos productos Dolby son en gran medida evidentes en el conjunto preciso de frecuencias que utilizan y la cantidad de modificación del volumen de la señal original que se aplica a cada una de las bandas de frecuencia.

Dentro de cada banda, la cantidad de énfasis previo aplicado depende del volumen de la señal original. Por ejemplo, en Dolby B, una señal de bajo nivel se potenciará en 10 dB, mientras que las señales en el "Dolby Level", +3 VU, no reciben ninguna modificación de señal. Entre los dos límites, se aplica un nivel variable de énfasis previo. En la reproducción, se aplica el proceso opuesto (desacentuación), según el componente de señal relativo por encima de 1 kHz. Así, a medida que esta parte de la señal disminuye en amplitud, las frecuencias más altas se atenúan cada vez más, lo que también reduce el nivel del ruido de fondo constante en la cinta cuando y donde sería más perceptible.

Los dos procesos (pre-énfasis y desacentuación) están destinados a cancelarse entre sí en lo que se refiere al material del programa grabado real. Durante la reproducción, solo se aplica desacentuación a la señal y al ruido entrantes fuera de la cinta. Una vez que se completa el desacentuado de la reproducción, el ruido aparente en la señal de salida se reduce y este proceso no debería producir ningún otro efecto perceptible para el oyente que no sea el ruido de fondo reducido. Sin embargo, la reproducción sin reducción de ruido produce un sonido notablemente más brillante.

La calibración correcta de los circuitos de grabación y reproducción es fundamental para garantizar una reproducción fiel del contenido del programa original. La calibración puede alterarse fácilmente por una cinta de mala calidad, cabezales de grabación/reproducción sucios o desalineados, o por el uso de niveles/frecuencia de polarización inadecuados para la fórmula de la cinta, así como la velocidad de la cinta al grabar o duplicar. Esto puede manifestarse como una reproducción con un sonido amortiguado o como una "respiración". del nivel de ruido a medida que varía el nivel de volumen de la señal.

En algunos equipos de consumo de gama alta, se incluye un control de calibración Dolby. Para la grabación, se puede grabar un tono de referencia en Dolby Level para una calibración precisa del nivel de reproducción en otro transporte. En la reproducción, el mismo tono grabado debe producir la misma salida, como lo indica una marca del logotipo de Dolby en aproximadamente +3 VU en los medidores de VU. En los equipos de consumo, el nivel Dolby se define como 200 nWb/m, y había cintas de calibración disponibles para ayudar con la tarea de configurar el nivel correcto. Para una monitorización precisa fuera de la cinta durante la grabación en pletinas de cinta de 3 cabezas, ambos procesos deben emplearse a la vez, y los circuitos proporcionados para lograrlo se comercializan bajo el título "Doble Dolby".

Dolby A

La reducción de ruido de tipo Dolby A fue el primer sistema de reducción de ruido de la compañía Dolby, presentado en 1965. Estaba pensado para su uso en estudios de grabación profesionales, donde se convirtió en algo común, ganando una amplia aceptación al mismo tiempo que multipista. la grabación se convirtió en estándar. La señal de entrada se divide en bandas de frecuencia mediante cuatro filtros con pendientes de 12 dB por octava, con frecuencias de corte (puntos de 3 dB hacia abajo) de la siguiente manera: paso bajo a 80 Hz; paso de banda de 80 Hz a 3 kHz; un paso alto desde 3 kHz; y otro paso alto a 9 kHz. (El apilamiento de contribuciones de las dos bandas de paso alto permite una mayor reducción de ruido en las frecuencias superiores). El circuito compresor tiene un umbral de −40 dB, con una relación de 2:1 para una compresión/expansión de 10 dB. Esto proporciona alrededor de 10 dB de reducción de ruido que aumenta a 15 dB posibles a 15 kHz, según los artículos escritos por Ray Dolby y publicados por Audio Engineering Society (octubre de 1967) y Audio (junio/julio de 1968).

Al igual que con el sistema de tipo Dolby B, es importante hacer coincidir correctamente los procesos de compresión y expansión. La calibración de la unidad de expansión (descodificación) para cinta magnética utiliza un nivel de flujo de 185 nWb/m, que es el nivel utilizado en las cintas de calibración de la industria, como las de Ampex; se establece en 0 VU en la reproducción de la grabadora y en Dolby Level en la unidad de reducción de ruido. En el modo de grabación (compresión o codificación), un tono característico (Dolby Tone) generado dentro de la unidad de reducción de ruido se establece en 0 VU en la grabadora y en 185 nWb/m en la cinta.

El sistema Dolby tipo A también se utilizó como método de reducción de ruido en el sonido óptico para películas.

Dolby B

Tres casetes de música diferentes codificados con Dolby B, mostrando las diversas formas en que se podría indicar el uso del sistema. No me traes flores utiliza un logotipo Dolby simple; Apurimac usa un logotipo de Dolby con "B NR" (también con "HX PRO" para indicar el uso complementario de esa tecnología); Tour De Force usa un logotipo de Dolby con "Dolby System".

La reducción de ruido de tipo B de Dolby se desarrolló después de Dolby A y se introdujo en 1968. Consistía en un sistema de banda deslizante única que proporcionaba alrededor de 9 dB de reducción de ruido (con ponderación A), principalmente para su uso con cintas de casete. Era mucho más simple que Dolby A y, por lo tanto, mucho menos costoso de implementar en productos de consumo. Las grabaciones Dolby B son aceptables cuando se reproducen en un equipo que no posee un decodificador Dolby B, como muchos reproductores de casetes portátiles y de automóvil económicos. Sin el efecto de desacentuación del decodificador, el sonido se percibirá más brillante a medida que se enfatizan las frecuencias altas, lo que se puede usar para compensar el "apagado" Respuesta de alta frecuencia en equipos económicos. Sin embargo, Dolby B proporciona una reducción de ruido menos efectiva que Dolby A, generalmente por un factor de más de 3 dB.

El sistema Dolby B es efectivo a partir de aproximadamente 1 kHz; la reducción de ruido que se proporciona es de 3 dB a 600 Hz, 6 dB a 1,2 kHz, 8 dB a 2,4 kHz y 10 dB a 5 kHz. El ancho de la banda de reducción de ruido es variable, ya que está diseñado para responder tanto a la amplitud como a la distribución de frecuencias de la señal. Por lo tanto, es posible obtener cantidades significativas de reducción de ruido hasta frecuencias bastante bajas sin causar una modulación audible del ruido por parte de la señal ("respiración").

Desde mediados de la década de 1970, Dolby B se convirtió en estándar en casetes de música pregrabados comercialmente, aunque algunos equipos de gama baja carecían de circuitos de decodificación, aunque permite una reproducción aceptable en dichos equipos. La mayoría de los casetes pregrabados utilizan esta variante. Las grabadoras de video VHS usaban Dolby B en pistas de audio estéreo lineal.

Antes de la introducción de variantes de consumo posteriores (Dolby C, la primera), el hardware de casete compatible con Dolby B y los casetes codificados con él se etiquetarían simplemente como "Sistema Dolby" "Dolby NR", o sin palabras con el símbolo de Dolby. Esto continuó en algunos sellos discográficos y fabricantes de hardware incluso después de la introducción de Dolby C, durante el período en que el nuevo estándar era relativamente poco conocido.

JVC's ANRS [ja], utilizado en lugar de Dolby B en las pletinas de cassette JVC anteriores se consideran compatibles con Dolby B. JVC finalmente abandonó el estándar ANRS a favor del soporte oficial de Dolby B; existen algunos decks JVC cuyos conmutadores de reducción de ruido tienen una combinación de "ANRS / Dolby B" configuración.

Dolby FM

A principios de la década de 1970, algunos esperaban que Dolby NR se normalizara en las transmisiones de radio FM y algunos sintonizadores y amplificadores se fabricaron con circuitos de decodificación; también había algunas grabadoras con Dolby B "pass-through" modo. En 1971 WFMT comenzó a transmitir programas con Dolby NR, y pronto unas 17 estaciones transmitían con reducción de ruido, pero para 1974 ya estaba en declive. Dolby FM se basó en Dolby B, pero usó una constante de tiempo de pre-énfasis modificada de 25 µs y una disposición de expansión selectiva de frecuencia para reducir el ruido.

Un sistema similar denominado High Com FM fue evaluado en Alemania entre julio de 1979 y diciembre de 1981 por IRT. y se probó en el campo hasta 1984. Se basó en el sistema compresor de banda ancha Telefunken High Com, pero nunca se introdujo comercialmente en la transmisión de FM. Otro sistema de la competencia fue FMX, que estaba basado en CX.

Una típica cubierta de casetes de consumo desde finales de los años 80, con controles automáticos de reversa, de transporte electrónico, y Dolby B y C, entre otras características

RMS

En la década de 1980, se desarrolló y usó un compander totalmente compatible con Dolby B en muchas grabadoras de cinta en la antigua República Democrática Alemana. Se llamaba RMS (del Rauschminderungssystem, inglés: "Sistema de reducción de ruido").

Dolby C

Características de codificación de reducción de ruido tipo Dolby C para una gama de niveles de señal de entrada

Comparación de las características de respuesta de ruido y frecuencia de Dolby B y sistemas de reducción de ruido tipo Dolby C, desde una cubierta de cassette Nakamichi ZX-7 de alto rendimiento

La reducción de ruido de tipo C de Dolby se introdujo en 1980. Proporciona una reducción de ruido de unos 15 dB (con ponderación A) en la región de 2 kHz a 8 kHz, donde el oído es muy sensible y se concentra la mayor parte del silbido de la cinta. Se construye combinando el efecto de dos sistemas Dolby B juntos, una etapa de alto nivel y una etapa de bajo nivel, con una expansión a frecuencias más bajas. Como en Dolby B, una "banda deslizante" (la frecuencia de funcionamiento varía con el nivel de la señal) ayuda a suprimir la respiración no deseada, que suele ser un problema con muchas otras técnicas de reducción de ruido.

Como resultado del procesamiento adicional de la señal, las grabaciones tipo Dolby C sonarán mucho peor cuando se reproduzcan en un equipo que no tenga el circuito de decodificación Dolby C necesario. Parte de esta aspereza se puede mitigar utilizando Dolby B en la reproducción, que sirve para reducir la fuerza de las frecuencias altas.

Con el procesamiento de tipo Dolby C, la reducción de ruido comienza dos octavas más bajas en frecuencia en un intento por mantener un nivel de ruido psicoacústicamente uniforme. En la región por encima de 8 kHz, donde el oído es menos sensible al ruido, entran en juego redes especiales de desviación espectral y antisaturación. Estos circuitos evitan la modulación cruzada de bajas frecuencias con altas frecuencias, suprimen la saturación de la cinta cuando hay grandes transitorios de señal y aumentan el headroom efectivo del sistema de cinta de casete. Como resultado, las grabaciones son más limpias y nítidas con una respuesta de alta frecuencia mucho mejor de la que hasta ahora carecía el medio de casete. Con una cinta de buena calidad, la respuesta de Dolby C podría ser plana a 20 kHz con un nivel de grabación de 0 dB, un resultado que anteriormente era inalcanzable. Una relación señal-ruido ponderada A de 72 dB (re 3% THD a 400 Hz) sin "respiración" efectos, incluso en pasajes difíciles de grabar, era posible.

Dolby C apareció por primera vez en reproductores de cassette de gama alta en la década de 1980. La primera pletina de casete comercialmente disponible con Dolby C fue la NAD 6150C, que salió al mercado alrededor de 1981. Dolby C también se usó en equipos de video profesionales para las pistas de audio de los formatos de videocasete Betacam y Umatic SP. En Japón, la primera pletina de cassette con Dolby C fue la AD-FF5 de Aiwa. Las pletinas de casete con Dolby C también incluían Dolby B para la compatibilidad con versiones anteriores y, por lo general, se etiquetaban como "Dolby B-C NR".

Dolby SR

El sistema Dolby SR (grabación espectral), presentado en 1986, fue el segundo sistema de reducción de ruido profesional de la empresa. Es un enfoque de reducción de ruido mucho más agresivo que Dolby A. Intenta maximizar la señal grabada en todo momento utilizando una serie compleja de filtros que cambian según la señal de entrada. Como resultado, Dolby SR es mucho más costoso de implementar que Dolby B o C, pero Dolby SR es capaz de proporcionar hasta 25 dB de reducción de ruido en el rango de alta frecuencia. Solo se encuentra en equipos de grabación profesionales.

En la industria cinematográfica, en lo que respecta a las copias de distribución de películas, las marcas Dolby A y SR se refieren a Dolby Surround, que no es solo un método de reducción de ruido, sino que, lo que es más importante, codifica dos canales de audio adicionales en el estándar. banda sonora óptica, que proporciona izquierda, centro, derecha y sonido envolvente.

Las impresiones SR son bastante compatibles con versiones anteriores de equipos Dolby A antiguos. La marca Dolby SR-D se refiere tanto a las bandas sonoras analógicas Dolby SR como a las digitales Dolby Digital en una sola impresión.

Dolby S

Harman/Kardon Dolby S tape deck, lanzado 1991 y también incorpora HX Pro

Dolby S se introdujo en 1989. Se pretendía que Dolby S se convirtiera en estándar en los casetes comerciales de música pregrabada de la misma manera que Dolby B en la década de 1970, pero llegó al mercado cuando se comercializaba el Compact Cassette. reemplazado por el disco compacto como el formato de música dominante en el mercado masivo. Dolby Labs afirmó que la mayoría de los miembros del público en general no podían diferenciar entre el sonido de un CD y un casete codificado con Dolby S. Dolby S apareció principalmente en equipos de audio de alta gama y nunca se usó mucho.

Dolby S es mucho más resistente a los problemas de reproducción causados por el ruido del mecanismo de transporte de la cinta que Dolby C. Asimismo, se afirmó que Dolby S tenía compatibilidad de reproducción con Dolby B en el sentido de que una grabación de Dolby S podía reproducirse en dispositivos más antiguos. Equipo Dolby B con algún beneficio realizado. Es básicamente una versión reducida de Dolby SR y utiliza muchas de las mismas técnicas de reducción de ruido. Dolby S es capaz de reducir 10 dB de ruido a bajas frecuencias y hasta 24 dB de reducción de ruido a altas frecuencias.

Dolby HX/HX-Pro

El circuito Dolby HX impulsado por el circuito integrado NEC estándar de la industria uPC1297. Modula la corriente de sesgo entrante y la inyecta en los dos canales del cabezal de grabación estéreo a través de dos transformadores ferrosos.

La cinta magnética es inherentemente de naturaleza no lineal debido a la histéresis del material magnético. Si una señal analógica se grabara directamente en una cinta magnética, su reproducción estaría extremadamente distorsionada debido a esta no linealidad. Para superar esto, una señal de alta frecuencia, conocida como polarización, se mezcla con la señal grabada, que "empuja" la envolvente de la señal en la región lineal. Si la señal de audio contiene un fuerte contenido de alta frecuencia (en particular de instrumentos de percusión como platillos de charles), esto se suma al sesgo constante que causa la saturación magnética en la cinta. La polarización dinámica o adaptativa reduce automáticamente la señal de polarización en presencia de señales fuertes de alta frecuencia, lo que permite grabar a un nivel de señal más alto.

El Dolby HX original, para Headroom eXtension, fue inventado en 1979 por Kenneth Gundry de Dolby Laboratories y fue rechazado por la industria por sus defectos inherentes. Explosión y amplificador; Olufsen continuó trabajando en la misma dirección, lo que resultó en una patente de 1981 (EP 0046410) de Jørgen Selmer Jensen. Explosión y amplificador; Olufsen otorgó inmediatamente la licencia HX-Pro a Dolby Laboratories, estipulando un período de prioridad de varios años para su uso en productos de consumo, para proteger su propia pletina de casete Beocord 9000. A mediados de la década de 1980, Bang & El sistema Olufsen, comercializado a través de Dolby Laboratories, se convirtió en un estándar de la industria con el nombre de Dolby HX Pro.

HX-Pro solo se aplica durante el proceso de grabación. La relación señal-ruido mejorada está disponible sin importar en qué casetera se reproduzca la cinta y, por lo tanto, HX-Pro no es un sistema de reducción de ruido de la misma manera que Dolby A, B, C & S, aunque ayuda a mejorar la precisión de seguimiento de codificación/decodificación de reducción de ruido al reducir la no linealidad de la cinta. Algunas compañías discográficas emitieron cintas de casete pregrabadas HX-Pro a fines de la década de 1980 y principios de la de 1990.

Tendencias tecnológicas

La proliferación generalizada de audio digital en aplicaciones profesionales y de consumo (por ejemplo, discos compactos, descarga de música, transmisión de música) ha hecho que la producción de audio analógico sea menos frecuente y, por lo tanto, cambió el enfoque de Dolby en Dolby Vision, pero Dolby' Los sistemas de reducción de ruido analógicos todavía se utilizan ampliamente en entornos de producción analógicos de nicho.