Русская Википедия:Системы шумопонижения Dolby

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Шаблон:Аудиостатья введение Dolby (До́лби) — семейство систем шумопонижения (СШП) для профессиональной (Dolby A, Dolby SR) и бытовой (Dolby B, Dolby C, Dolby S) аналоговой магнитной записи, разработанное в 1960—1980-е годы Реем Долби и коммерциализированное компанией Dolby Laboratories.

СШП Dolby принадлежат к компандерному типу: при записи кодер Dolby сжимает динамический диапазон сигнала и приподнимает тихие фрагменты записи над уровнем шума магнитной ленты. При воспроизведении декодер Dolby восстанавливает (экспандирует) исходный динамический диапазон. Все СШП Dolby построены по принципу минимального вмешательства в звуковой сигнал: система сжимает или расширяет его динамический диапазон только на малых уровнях и делает это настолько медленно, насколько это позволяет слух человекаШаблон:Sfn. Все СШП Dolby совместимы с обычными магнитофонами: умеренная степень сжатия и Шаблон:Нп5 исходного сигнала позволяет воспроизводить ленты, записанные с применением кодера Dolby, на обычных магнитофонах, не оснащённых декодером Dolby. При этом все СШП Dolby чувствительны к точности настройки магнитофонного тракта воспроизведения. Отклонение его характеристик от стандарта приводит к неприемлемо высоким искажениям спектра и динамики сигнала на выходе декодера.

Благодаря инженерной интуиции и деловым качествам Рея Долби, его стратегии обратной совместимости и его лицензионной политике, системы Dolby A (1966) и Dolby B (1970) стали де-факто отраслевыми стандартами для студийной и бытовой аппаратуры. Dolby B широко применялась в массовом производстве записанных компакт-кассет, а Dolby A стала составной частью кинематографических систем объёмного звука Dolby Stereo. Конкурировавшая СШП dbx смогла закрепиться лишь в нижнем сегменте рынка студийных и полупрофессиональных магнитофонов. В 1981 году Долби столь же успешно вывел на рынок бытовую СШП нового поколения Dolby C, призванную приблизить отношение сигнал/шум кассетного магнитофона к характеристикам цифровых носителей, а в 1986 году — профессиональную СШП Dolby SR. Её коммерческий успех на несколько лет задержал переход индустрии звукозаписи с аналоговой на цифровую запись. Непосредственным развитием Dolby SR стала бытовая СШП последнего поколения Dolby S.

Замысел конструктора

В 1950-е годы молодой Рей Долби, в то время работавший конструктором видеомагнитофонов в компании AmpexШаблон:Ref+, всерьёз заинтересовался проблемой шумопониженияШаблон:Sfn. Шумопонижение давно применялось в кинематографе, телефонной и радиосвязи, но ни одно известное решение не было пригодно для высококачественной звукозаписи. Идея внедрить шумопонижение в студийную практику, скомпрометированная неудачными опытами и откровенным шарлатанством, в тогдашнем сообществе инженеров считалась нереализуемойШаблон:Sfn. Долби воспринял её как уникальный шанс сделать то, что не удавалось никому другомуШаблон:Sfn.

Решение, со слов самого Долби, пришло к нему годы спустя, во время работы техническим советником ООН в Индии (1963—1964)Шаблон:Sfn. Долби, неожиданно для самого себя, нашёл причину неудач своих предшественников: их шумоподавители, в точном соответствии с принципом компандирования, сжимали записываемый сигнал, что порождало неприемлемо высокие нелинейные искажения на высоких уровняхШаблон:Sfn. Долби понял, что манипулировать громкими сигналами нельзя. Сигнал высокого уровня маскирует собой шумы ленты, он не нуждается в шумопонижении и потому должен проходить со входа на выход устройства неизменнымШаблон:SfnШаблон:Sfn. Активное шумопонижение требуется лишь относительно слабым сигналам. Поэтому для сжатия динамического диапазона следует использовать отдельный усилитель слабых сигналов, размещённый параллельно основному трактуШаблон:Sfn. На малых уровнях сигнала коэффициент передачи параллельного канала максимален, и именно он определяет коэффициент передачи всего устройства и эффективность шумопонижения (в практических СШП Dolby — около 10 дБШаблон:Sfn). По мере роста уровня входного сигнала коэффициент передачи параллельного канала падает до нуля: на средних уровнях параллельный канал отключается, и на выход проходит лишь неискажённый сигнал основного каналаШаблон:Sfn. При записи сигналы двух каналов суммируются, а при воспроизведении сигнал параллельного канала вычитается из сигнала основного канала. Отрицательная обратная связь, охватывающая декодер воспроизведения, гарантирует, что его передаточная характеристика всегда обратна передаточной характеристике кодера записиШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Двухканальная топология компандера с билинейной (ломаной) передаточной характеристикой параллельного канала, запатентованная Долби ещё до возвращения из ИндииШаблон:Sfn, стала основой всех СШП DolbyШаблон:Sfn. В простейшей Dolby B используется один такой компандер, в Dolby С два компандера включены последовательно, в Dolby А четыре компандера включены параллельно и так далееШаблон:Sfn. Недостаток всех СШП Dolby, обусловленный именно их билинейными передаточными характеристиками, — требовательность к равномерности АЧХ и к согласованию коэффициентов передачи трактов записи и воспроизведенияШаблон:Sfn. Условные «0 дБ» кодера и декодера Dolby, от которых отсчитываются точки перелома их передаточных характеристик, должны не только совпадать друг с другом, но и точно соответствовать стандартному уровню намагниченности лентыШаблон:SfnШаблон:Sfn. В противном случае возникает ошибка компандирования: лента, записанная на одном магнитофоне, не может быть корректно воспроизведена на других магнитофонахШаблон:Sfn. В бытовых СШП Dolby B и Dolby C, компандирующих лишь средне- и высокочастотные составляющие сигнала, ошибка компандирования приводит к «завалу» верхних частот, «подрезке» реверберационных послезвучий и разрушению стереосценыШаблон:Sfn. Эталон намагниченности, по которому настраиваются магнитофоны с СШП Dolby, получил имя «уровня Dolby» (Шаблон:Lang-en). Для настройки студийной аппаратуры на этот уровень используются особые патентованные испытательные сигналы: в СШП Dolby A — частотно-модулированный синусоидальный «тон Долби» (Шаблон:Lang-en), в СШП Dolby SR — широкополосный розовый «шум Долби» (Шаблон:Lang-en)Шаблон:Sfn. Присутствие этих сигналов в начале фонограммы указывает на то, что запись была сделана с применением СШП DolbyШаблон:Sfn.

Другим принципиальным решением конструктора был отказ от быстродействующих детекторов, управляющих параллельным каналом. Долби считал, что динамические манипуляции с сигналом должны производиться плавно — настолько медленно, насколько позволяет психоакустика человеческого слухаШаблон:Sfn. Поэтому постоянная времени детекторов выбрана относительно долгой, порядка нескольких десятков миллисекундШаблон:SfnШаблон:Ref+. Обычно это способствует снижению искажений в параллельном канале, однако при резких скачках уровня сигнала детектор запаздывает и не успевает вовремя запереть параллельный каналШаблон:Sfn. На выход схемы проходит аномально высокий сигнал, перегружающий магнитную лентуШаблон:Sfn. Для противодействия перегрузкам в СШП Dolby применяются три механизма. Во-первых, наиболее подверженные перегрузкам высокочастотные составляющие записываемого сигнала ослабляются пассивными фильтрами предыскажений; при воспроизведении исходный спектр сигнала восстанавливается фильтром с обратной характеристикойШаблон:Sfn. Это решение было впервые применено в СШП Dolby CШаблон:Sfn. Во-вторых, при резком росте уровня детектируемого сигнала система ускоряет постоянную времени детектора до величины порядка Шаблон:ЧислоШаблон:Sfn. Если и эта мера оказывается недостаточной, вступает в действие диодный ограничитель уровня на выходе параллельного канала. Вносимые ограничителем искажения электрического сигнала — меньшее зло по сравнению с искажениями из-за перегрузки лентыШаблон:Sfn. В отличие от последней, они не приводят к ошибке компандированияШаблон:Sfn.

Приверженность Долби принципу наименьшего вмешательства в звуковой сигнал была предопределена его личным опытом и вкусом. Долби принадлежал к школе конструкторов, воспитанных исключительно на классической музыке. Так же, как старшие коллеги по цеху Питер Уокер (Шаблон:Нп5) и Шаблон:Нп5 (Шаблон:Нп5), Долби был способным музыкантом-любителем; так же, как они, Долби считал главной целью конструктора точное воспроизведение классической музыки, прежде всего точность передачи тембров инструментов симфонического оркестра. Компандеры, отлаженные самим Долби на фортепианной и оркестровой музыке, оказались вполне пригодны и для музыки популярных жанров; «вывести их из себя» могли лишь специальным образом запрограммированные синтезаторы. Кинематографические системы Dolby Stereo, отлаженные на музыкальных фильмахШаблон:Ref+, справлялись с большинством музыкальных жанров, но систематически давали сбой при воспроизведении речи и шумовых эффектовШаблон:Sfn. Этот недостаток удалось исправить только жёсткими ограничениями на расстановку проблемных источников звука в стереопространствеШаблон:Sfn.

Dolby A

Вернувшись в Англию, в мае 1965 года Долби обсудил свою идею со специалистами лондонской студии DeccaШаблон:SfnШаблон:Ref+. Заручившись их поддержкой, в течение лета 1965 года он отладил первый прототип своей СШП (будущей Dolby A) и в ноябре 1965 года передал его на испытания в DeccaШаблон:SfnШаблон:Sfn. Прототип, со слов Долби, выдержал проверку импульсными сигналами, фортепианной, гитарной и оркестровой музыкой, и после нескольких месяцев ожидания, в марте 1966 года, Долби получил заказ на первую серию из девяти каналов шумопониженияШаблон:Sfn.

Один канал Dolby A состоит из четырёх параллельно включённых компандеров, работающих в полосах частот 20…80, 80…3000, 3000…20000 и 9000…20000 ГцШаблон:SfnШаблон:Sfn. Границы низкочастотной и высокочастных полос задаются активными фильтрами второго порядка, а среднечастотная полоса формируется вычитанием сигналов трёх других полос из входного сигналаШаблон:SfnШаблон:Sfn. В каждом из компандеров применены прецизионный двухполупериодный детектор уровня и двухступенчатый аттенюатор параллельного канала на паре полевых транзисторовШаблон:Sfn. Точки перелома билинейных характеристик находятся на отметках −40 дБ и −20 дБ относительно уровня Долби, предельное усиление слабого сигнала равно Шаблон:Число (1:3,16)Шаблон:Sfn. Эффективность шумопонижения в полосе ниже Шаблон:Число составляет Шаблон:Число, а в полосе 5000…20000 Гц, где одновременно работают два из четырёх компандеров, — до Шаблон:ЧислоШаблон:Sfn. Номинальные уровни записи и воспроизведения не должны отклоняться от уровня Долби более чем на ±0,3 дБ (±3,5 % по напряжению), в противном случае декодер не может корректно восстановить динамику записанного сигнала. Для настройки уровней все СШП Dolby A комплектовались генератором сигнала Долби и индикатором точной настройки по уровню ДолбиШаблон:Sfn.

Первые грампластинки, записанные Decca с применением Dolby А, — двойной диск с записью Второй симфонии Малера в исполнении Лондонского симфонического оркестра под управлением Георга Шолти — поступили в продажу в ноябре 1966 годаШаблон:SfnШаблон:Sfn. Зимой 1966—1967 года Долби договорился о поставках Dolby A с крупнейшими американскими студиямиШаблон:Sfn. В первые год или два студии применяли Dolby A лишь для сведения многодорожечных записей (этот процесс был наиболее подвержен шумам), а затем Dolby A постепенно стала использоваться на всех этапах производства фонограмм, от записи до мастерингаШаблон:Sfn. К 1973 году в звукозаписывающей отрасли США служили 14 тысяч каналов шумопонижения Dolby, к осени 1976 года их число превысило 20 тысяч. В соответствии со стратегией Рея Долби все устройства Dolby A производились самой Dolby Laboratories, продавались только студиям звукозаписи и могли применяться только в профессиональной работеШаблон:Sfn. Конкурировавшая система шумопонижения dbx, вышедшая на рынок в 1974 году, поначалу продавалась столь же активно, но к концу 1970-х годов проиграла Dolby. Опрос крупнейших студий США, опубликованный в ноябре 1980 года, показал, что Dolby A использовалась в 51 % сессий звукозаписи на «медленной» скорости Шаблон:ЧислоШаблон:Ref+, а dbx — всего лишь в 3 %. Звукорежиссёры, специализировавшиеся на записях классики и джаза, отказались от dbx из-за чувствительности материала к характерным для dbx искажениям нарастания и спада импульсных сигналов. Абсолютное превосходство Dolby A продолжалось до перехода студий на Dolby SR в конце 1980-х годовШаблон:Sfn, но и в конце 1990-х годов в медиа-индустрии служили около 200 тысяч каналов Dolby AШаблон:Sfn.

Внедрение Dolby A в кинематограф заняло десятилетие: кинопрокатчики не желали вкладывать капиталы в новейшую аппаратуру, а киностудии не были готовы к выпуску фильмокопий со звуковыми дорожками разных форматовШаблон:SfnШаблон:Sfn. Долби понимал, что для завоевания консервативного рынка кинопроката одного шумопонижения мало, и сосредоточился на продвижении Dolby A киностудиямШаблон:Sfn. Первое применение Dolby A в большом кино состоялось в 1971 году по инициативе Стэнли КубрикаШаблон:Sfn. Шумопонижение позволило Кубрику использовать в фонограмме «Заводного апельсина» до пяти последовательных перезаписей, но зрители выгод от новой технологии не ощутили: оптические звуковые дорожки прокатных копий фильма были записаны традиционным способом, без применения кодера DolbyШаблон:Sfn. Выпуск фильмов с монофоническими оптическими дорожками, кодированными Dolby A, начался в 1974 годуШаблон:Sfn. «Долбизированные» фильмы 1974—1975 года демонстрировались без применения декодера Dolby; опыт показал, что при этом субъективно воспринимаемое качество звука было не хуже, а лучше обычных фонограммШаблон:Sfn. В 1975 году на рынок вышла разработанная Долби и Роном Улигом система объёмного звука Dolby StereoШаблон:Sfn. Стереофонические оптические дорожки Dolby Stereo записывались с применением Dolby A, а полноценное декодирование трёхканальногоШаблон:Ref+ сигнала предполагало использование декодеров Dolby AШаблон:Sfn. Система была полностью совместима с традиционными, монофоническими киноустановками и при этом недорогаШаблон:Sfn. Массовое техническое перевооружение киносетей США новой аппаратурой, впоследствии названное «вторым пришествием звука в кино», началось в самом конце 1970-х годов, на волне коммерческого успеха «Близких контактов третьей степени» и «Звёздных войн»Шаблон:Sfn.

Через несколько десятилетий после создания СШП Dolby Laboratories разработала её программный эмулятор для обработки оцифрованных архивных фонограммШаблон:Sfn. Задача оказалась необыкновенно сложнойШаблон:Sfn. Линейные процессы в аналоговых фильтрах имели точное математическое описание и легко переводились на язык цифровой обработки сигналов, но взаимосвязанные нелинейные процессы в аттенюаторах, ограничителях уровня и детекторах не поддавались лобовой атакеШаблон:Sfn. Аттенюатор можно было свести к элементарному умножителю сигналов, главную же сложность представлял синтез нелинейной управляющей функцииШаблон:Sfn. Разработчики эмулировали такие зависимости двумя методами — либо с помощью табличных функций, либо с помощью разложения сложной зависимости на элементарные полиномиальные составляющиеШаблон:Sfn. Оба метода требовали тщательных, всесторонних лабораторных обмеров моделируемых цепейШаблон:Sfn.

Dolby B

В апреле 1967 года американский инженер и предприниматель Шаблон:Нп5 предложил Долби разработать упрощённый вариант его СШП для установки в бытовой катушечный магнитофонШаблон:Sfn. Для потребительского рынка многоканальная СШП была слишком дорога и, по мнению Долби, не нужнаШаблон:Sfn. Главной составляющей шума бытовых магнитофонов, работавших на низких скоростях, был высокочастотный шум («шип») ленты; относительно слабые низкочастотные помехи (фликкер-шум усилителя, копирэффект и тому подобное) не требовали особого внимания. Поэтому конструктор решил, что СШП бытового магнитофона должна действовать только на средних и высоких частотахШаблон:Sfn. Шумопонижение только высоких частот, как показал опыт, было недостаточно; полоса действия СШП должна была начинаться как минимум на отметке Шаблон:ЧислоШаблон:Sfn.

Новая, одноканальная СШП получила имя Dolby B. Её единственный компандер был заметно упрощён и удешевлён по сравнению с компандерами Dolby A: управляемый аттенюатор выполнен на единственном полевом транзисторе, детектор построен по однополупериодной схемеШаблон:Sfn. В первом прототипе, собранном самим Долби, использовалось всего пять транзисторов и пять диодовШаблон:Sfn. Небольшой, не более +10 дБ, подъём высоких частот при записи позволяет воспроизводить ленты Dolby B без применения соответствующего декодера. Эффективность подавления шума паузы в полосе частот 4000…20000 Гц достигает Шаблон:Число; на частоте Шаблон:Число она снижается до Шаблон:ЧислоШаблон:Sfn. Схемотехническая «изюминка» Dolby B — включённый на входе параллельного канала RC-фильтр с перестраиваемой частотой среза (Шаблон:Lang-en, «скользящая полоса»)Шаблон:Sfn. Сопротивлением этого фильтра служит сопротивление канала транзистора-аттенюатора. Чем выше напряжение на выходе параллельного канала, тем большее затухание вносит аттенюатор и тем выше частота среза фильтраШаблон:Sfn. Фильтр как бы следит за самыми мощными составляющими сигнала: чем выше их частота, тем у́же полоса пропускания параллельного каналаШаблон:Sfn. Таким способом Долби эффективно решил проблему «дыхания шума» в такт мощным низкочастотным составляющим сигналаШаблон:Sfn.

С июня 1968 года Dolby B серийно устанавливалась в магнитофоны Шаблон:Нп5Шаблон:Sfn. В течение двух лет компания Клосса была единственным, эксклюзивным лицензиатом Dolby B, сам же Долби сосредоточился на адаптации Dolby B к кассетным магнитофонамШаблон:Sfn. Первые кассетные деки с Dolby B, укомплектованные лентопротяжными механизмами Nakamichi, поступили на прилавки Северной Америки летом 1970 годаШаблон:Sfn. Одновременно в США и Великобритании начался выпуск серийных кассет с записью, кодированных по системе Долби; к середине 1970-х годов абсолютное большинство кассет с записью выпускались с применением Dolby BШаблон:Sfn.

Именно «долбизированные» кассеты стали предпосылкой коммерческого успеха СШП Dolby, да и самого формата компакт-кассеты. Прозорливый Долби не брал за их выпуск никаких лицензионных платежей; его единственным требованием была обязательная маркировка таких кассет торговым знаком Dolby SystemШаблон:Sfn. В результате в странах Запада возник мощный потребительский спрос на магнитофоны, оснащённые СШП Dolby; производители спешили удовлетворить его и были готовы платить Долби лицензионные отчисления. Долби навсегда отказался от предоставления кому бы то ни было эксклюзивных лицензийШаблон:Sfn. С 1971 года его компания предлагала всем заинтересованным производителям типовое лицензионное соглашение с переменной ставкой платежа за каждый выпущенный магнитофон: чем больше аппаратуры выпускал лицензиат, тем меньше он платил в расчёте на единицу продукции. Лицензиаты могли применять Dolby B только в бытовой, но не в профессиональной технике; Dolby Laboratories, в свою очередь, Шаблон:Нп5 с лицензиатами на потребительском рынкеШаблон:SfnШаблон:Sfn. В 1971 году лицензию Долби приобрели более 30 японских компаний; в 1972 году число лицензиатов достигло 40, а доход Dolby Laboratories превысил один миллион фунтов стерлингов. В январе 1973 года начались испытания первой интегральной схемы Dolby B (Signetics NE545)Шаблон:Sfn.

К 1981 году количество выпущенных магнитофонов с Dolby B превысило 100 миллионовШаблон:Sfn. Массовая эксплуатация выявила главный недостаток Dolby B: требования системы к точности настройки магнитофона были практически недостижимы в бытовых условияхШаблон:Sfn. В студийной практике было принято настраивать аппаратуру перед каждой сессией грамзаписи; в домашних условиях это было невозможно (а в XXI веке эталонные испытательные ленты стали и вовсе недоступны). Без регулярной настройки по лабораторному эталону бытовые магнитофоны быстро накапливали «критическую массу» больших и мелких механических дефектов, исключавшую корректную работу СШПШаблон:Sfn. Декодеры таких магнитофонов «заваливают» верхние частоты настолько, что пользователи вынужденно отказываются от использования Dolby.

Dolby C

На рубеже 1970-х и 1980-х годов звукозаписывающая промышленность начала подготовку к массовому выпуску компакт-дисков. В новых условиях Dolby B казалась устаревшейШаблон:Sfn. Производителям кассетной аппаратуры срочно потребовалась новая система шумопонижения, способная приблизить отношение сигнал-шум бытового магнитофона к характеристикам компакт-диска. Компании JVC, Sanyo, Telefunken и Toshiba вывели на рынок конкурирующие СШП нового поколения Super ANRS, Super D, High Com и ADRES, обеспечивающие шумонижение 20…30 дБ, а Panasonic, TEAC и Yamaha выбрали уже проверенную СШП dbx Type II. Dolby Laboratories предложила собственное решение, СШП Dolby C, в конце 1980 годаШаблон:Sfn.

Технически, каждый канал кодера или декодера Dolby C состоит из двух последовательно включённых компандеров по схеме Dolby BШаблон:Sfn. В режиме записи первый из них (в документации Dolby «ступень высокого уровня», Шаблон:Lang-en) сжимает сигналы в диапазоне −30…-10 дБ, второй («ступень низкого уровня») — сигналы в диапазоне −50…-30 дБШаблон:Sfn. Две билинейные передаточные характеристики точно стыкуются у отметки −30 дБ относительно уровня ДолбиШаблон:Sfn. Начальная частота среза управляемых фильтров (и, следовательно, частотная полоса эффективного шумопонижения) сдвинута вниз, с 800 до Шаблон:ЧислоШаблон:Sfn. Чтобы снижение частоты не порождало пульсации управляющих напряжений, однополупериодные детекторы Dolby B заменены двухполупериоднымиШаблон:Sfn.

На входе кодера записи включена патентованная «цепь антинасыщения» (Шаблон:Lang-en) — низкодобротный резонансный фильтр предыскажений, ослабляющий высокочастотные составляющие исходного сигналаШаблон:Sfn; ещё одна пассивная «цепь спектрального скоса» (Шаблон:Lang-en) встроена в основной канал низкого уровняШаблон:Sfn. На выходе декодера Dolby C включается фильтр с обратной характеристикой, восстанавливающий исходный спектрШаблон:Sfn. Предыскажения защищают магнитную ленту от перегрузки высокочастотными составляющими сигнала и уменьшает их влияние на детекторы СШП, что заметно снижает ошибку компандирования, но одновременно снижает эффективность шумопониженияШаблон:Sfn. Её величина в полосе частот 1…10 кГц составляет около Шаблон:Число, а реальный динамический диапазон тщательно настроенного магнитофона с Dolby C не превышает 75 дБШаблон:SfnШаблон:Ref+.

Война форматов шумопонижения, которую ожидали в 1981 году эксперты, не состоялась: Долби блестяще воспользовался конкурентным преимуществом фактического монополиста. Примерно 120 производителей, уже обладавших лицензиями на Dolby B, автоматически получили право на установку Dolby C. Дополнительных лицензионных отчислений за установку в магнитофон обеих СШП Dolby не требовалось (что не только ускорило внедрение Dolby C, но и продлило жизнь Dolby BШаблон:Sfn)Шаблон:Sfn. Себестоимость установки новой СШП оказалась невелика: уже осенью 1981 года на рынке появилась специализированная микросхема процессора Dolby B/C производства HitachiШаблон:Sfn. За ней последовали микросхемы Philips и Panasonic, а компания Sony выпустила несколько линеек таких микросхем, включая ставшую самой массовой серию CX20027…CX20187Шаблон:Sfn. В результате, по данным Dolby Laboratories, уже к февралю 1982 года было выпущено более миллиона магнитофонов с Dolby C, а количество выпускаемых моделей перевалило за сотнюШаблон:Sfn. В течение 1983 года набор из Dolby C и Dolby B стал де-факто стандартом верхнего сегмента рынкаШаблон:Sfn. Не востребованные рынком системы-конкуренты, несмотря на объективно лучшие характеристики, были быстро сняты с производстваШаблон:Sfn.

Долби не только сохранил монопольное положение на рынке стационарной бытовой аппаратуры, но и попытался войти с новой системой на рынок полупрофессиональной техники: Dolby C стала частью репортажных видеосистем Betacam и Betacam SPШаблон:Sfn. Однако внедрить Dolby C на рынок записанных кассет и тесно связанный с ним рынок карманных плееров Долби не смогШаблон:Sfn. Звукозаписывающие компании сочли Dolby C недостаточно совместимой с обычными магнитофонами и продолжили использование Dolby BШаблон:Sfn.

Dolby SR

Долби вспоминал, что уже в 1974 или 1975 году специалисты Philips предлагали ему разработать новую студийную СШП, превосходящую по эффективности Dolby AШаблон:Sfn. В те годы качественная реализация такого проекта казалась невозможной; конструктор вернулся к теме «преемника Dolby A» лишь в 1980 году, в ходе проектирования Dolby CШаблон:Sfn. Dolby SR, как и Dolby C, была создана Долби единолично, в его домашней лабораторииШаблон:Sfn. Разработка SR заняла шесть или семь лет; за годы затворничества Долби, с его слов, почти утратил связь с компанией, носившей его имяШаблон:Sfn.

Dolby SR (Шаблон:Lang-en, «спектральная запись») — двухполосная, трёхкаскадная система шумопонижения. Dolby SR манипулирует сигналом только в пределах звукового диапазона и практически не влияет на передачу инфразвуковых и ультразвуковых сигналов; это снижает и интермодуляционные искажения, и модуляционный шумШаблон:Sfn. АЧХ входных цепей «спектрального скоса» выбрана близкой к Шаблон:Нп5Шаблон:Sfn. Каскады высокого, среднего и низкого уровня сжимают входной сигнал в диапазонах −5…-30 дБ, −30…-48 дБ и −48…-62 дБ; их передаточные характеристики стыкуются на отметках −30 дБ и −48 дБ по образцу Dolby CШаблон:Sfn. Каскады высокого и среднего уровня содержат по два звена, высокочастотное и низкочастотное, с частотой раздела Шаблон:Число, а каскад нижнего уровня — только высокочастотное звеноШаблон:Sfn. В четырёхоктавной полосе 200…3000 Гц одновременно работают все пять звеньевШаблон:Sfn. Каждое из пяти звеньев Dolby SR (три ВЧ и 2 НЧ) включает в себя два последовательно-параллельно соединённых компандераШаблон:SfnШаблон:Sfn. В первом из них (ведущем) частота среза входного фильтра зафиксирована на отметке Шаблон:Число, во втором (ведомом) она перестраивается по образцу Dolby B. Это фирменное решение получило название Action Substitution, «замена [механики] действия»: в зависимости от спектра входного сигнала звено самостоятельно выбирает оптимальную конфигурацию фильтраШаблон:Sfn. Ещё одна патентованная подсистема — распределённая цепь коррекции коэффициентов передачи компандеров — получила названия Modulation Control («управление модуляцией»). Во всех предшествующих СШП каждый компандер детектировал уровень входного сигнала независимо от других компандеров; в Dolby SR показания индивидуальных детекторов корректируются общей управляющей цепьюШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Каждое из пяти звеньев Dolby SR подавляет шум на 8..9 дБ, а общая эффективность шумопонижения составляет Шаблон:Число на частотах выше Шаблон:Число и Шаблон:Число на частотах ниже Шаблон:ЧислоШаблон:SfnШаблон:Sfn. Динамический диапазон аналоговой 24-дорожечной записи с Dolby SR достигает Шаблон:Число, динамический диапазон двухдорожечных магнитофонов с Dolby SR ещё выше — 95…100 дБШаблон:Sfn во всём диапазоне звуковых частотШаблон:Sfn. Качество звучания такой записи сопоставимо с качеством студийного цифрового тракта с разрешением 22…24 бит и частотой дискретизации Шаблон:ЧислоШаблон:Sfn, без каких-либо заметных на слух модуляционных шумов и искаженийШаблон:Sfn. Благодаря уменьшенной глубине компандирования SR менее склонна к перегрузкам, чем все её предшественники, и менее чувствительна к рассогласованию характеристик трактов записи и воспроизведенияШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Вышедшая на рынок в 1986 году система быстро заняла место Dolby A в производстве музыкальных записей и на несколько лет задержала переход отрасли на цифровую звукозаписьШаблон:Sfn. К 1990 году Dolby SR использовали около 43 тысяч студий звукозаписи и телерадиотрансляции; к 1997 году количество установленных каналов Dolby SR превысило 120 тысячШаблон:Sfn. В кинематографе жизненный цикл новинки оказался коротким. В 1987 году на экраны вышли первые фильмы, озвученные в Dolby Stereo с применением Dolby SR, — «Внутреннее пространство» и «Робокоп»Шаблон:SfnШаблон:Sfn. Выигрыш Dolby SR в качестве звучания, с точки зрений киностудий, был недостаточным. Студии требовали от инженеров ещё большего динамического диапазона, достижимого лишь в цифровой техникеШаблон:Sfn. Первая полностью цифровая система, шестиканальная Kodak CDS, вышла на североамериканский рынок в 1990 годуШаблон:Sfn. Kodak опередил всех конкурентов, включая Dolby, но совершил стратегическую ошибку, отказавшись от обратной совместимости с аналоговой аппаратурой, — что позволило Dolby завоевать рынок с обратно-совместимой, цифро-аналоговой системой Dolby SR-D (1991)Шаблон:Sfn.

Dolby S

В начале 1990 года Dolby Laboratories продемонстрировала новую СШП для бытовой магнитной записи — Dolby S, основанную на проверенной студийной практикой Dolby SRШаблон:Sfn. Осенью 1990 года началось производство специализированных микросхем Sony (эта компания стала единственным поставщиком ИС Dolby S), в ноябре 1990 года на рынке появились укомплектованные Dolby S 24-дорожечные студийные магнитофоны Tascam, в декабре 1990 года — бытовые кассетные деки Harman-KardonШаблон:SfnШаблон:Sfn. Затем BMG Entertainment начала выпуск записанных кассет, кодированных СШП Dolby SШаблон:Sfn. Компакт-кассета ещё оставалась востребованным носителем информации: цифровые магнитофоны DAT и установки записи на компакт-диски были слишком дороги для массового потребителяШаблон:Sfn.

Dolby S стала первой разработкой компании, изначально спроектированной в интегральном исполнении средствами компьютерного моделированияШаблон:SfnШаблон:Sfn. Для того, чтобы упаковать два стереоканала СШП в недорогую микросхему, Долби упростил топологию SR: из трёх звеньев высокочастотной обработки в Dolby S остались два, из двух низкочастотных звеньев — одноШаблон:Sfn. В остальном Dolby S сохранила все технические новшества Dolby SR и Dolby C: сложные многоступенчатые детекторы («управление модуляцией»), сдвоенные компандеры с фиксированной и перестраиваемой частотой среза («замена [механики] действия»), распределённые фильтры предыскажений («спектральный скос» и «цепи антинасыщения»). В кассетной аппаратуре эти решения не столько улучшали звучание, сколько гарантировали разработке патентную защитуШаблон:Sfn. Даже в упрощённом варианте новая СШП оказалась чрезмерно сложной — намного сложнее, к примеру, схемы цветного телевизораШаблон:Sfn.

В наиболее критичной для восприятия полосе частот 2…5 кГц Dolby S подавляет шумы на Шаблон:ЧислоШаблон:SfnШаблон:Sfn. На верхней границе звукового диапазона эффективность шумопонижения снижается до Шаблон:Число, на частоте Шаблон:Число — до Шаблон:ЧислоШаблон:SfnШаблон:Sfn. Субъективно воспринимаемое снижение шума ленты лишь ненамного превосходит Dolby C; главное преимущество Dolby SR проявляется не в снижении уровня шума, а в повышении максимального уровня неискажённой записиШаблон:Sfn. При использовании лент Тип IV максимальный уровень записи возрастает на 7…8 дБ, а динамический диапазон превосходит Шаблон:ЧислоШаблон:SfnШаблон:Sfn. Субъективно это воспринимается прежде всего как выигрыш в качестве воспроизведения мощных низкочастотных звуковШаблон:Sfn.

Благодаря низкочастотному каналу обработки фонограммы Dolby S лучше совместимы с обычными магнитофонами, чем фонограммы Dolby C. В отличие от профессиональной Dolby SR, бытовая Dolby S в той же мере, что и Dolby C, требовательна к точности настройки тракта воспроизведения: отклонение опорного уровня от стандарта на 1,5…2 дБ приводит к развалу стереосценыШаблон:Sfn.

Сводная таблица

Вариант	Dolby A	Dolby B	Dolby C	Dolby SR	Dolby S
Начало серийного выпуска	1966	1968	1981	1986	1990
НазначениеШаблон:Sfn	Профессиональная	Бытовая	Бытовая	Профессиональная	Бытовая
Конфигурация и схемотехнические решения
Частотные предыскажения «спектрального скоса»Шаблон:Sfn	нет	нет	на ВЧ	на НЧ и ВЧ	на НЧ и ВЧ
Частотные предыскажения «антинасыщения»Шаблон:Sfn	нет	нет	на ВЧ	на НЧ и ВЧ	на ВЧ
Количество частотных полос компандированияШаблон:Sfn	4	1	1	2	2
Количество последовательных каскадов компандированияШаблон:Sfn	1	1	2	2 (НЧ), 3 (ВЧ)	1 (НЧ), 2 (ВЧ)
Количество компандеров с фиксированной полосойШаблон:Sfn	4	0	0	5	3
Количество компандеров со «скользящей» полосойШаблон:Sfn	0	1	2	5	2
Эффективность шумопонижения одиночным компандером	10 дБ	10 дБШаблон:Sfn	10 дБШаблон:Sfn	8 дБШаблон:Sfn	10…12 дБШаблон:Sfn
Оценка эффективности
Снижение уровня шума	16Шаблон:NbspдБШаблон:Nbsp(9000…20000Шаблон:NbspГц) 10Шаблон:NbspдБШаблон:Nbsp(20…9000 Гц)Шаблон:Sfn	10Шаблон:NbspдБШаблон:Nbsp(4000…20000Шаблон:NbspГц) 3Шаблон:NbspдБШаблон:Nbsp(500Шаблон:NbspГц)Шаблон:Sfn	20Шаблон:NbspдБШаблон:Nbsp(1000…20000 Гц) 3Шаблон:NbspдБШаблон:Nbsp(100Шаблон:NbspГц)Шаблон:Sfn	27Шаблон:NbspдБШаблон:Nbsp(800…20000Шаблон:NbspГц) 16Шаблон:NbspдБШаблон:Nbsp(20…800Шаблон:NbspГц)Шаблон:Sfn	24Шаблон:NbspдБШаблон:Nbsp(2000…5000 Гц) 10 дБ Шаблон:NbspдБШаблон:Nbsp(100…20000Шаблон:NbspГц) 3Шаблон:NbspдБШаблон:Nbsp(20Шаблон:NbspГц)Шаблон:SfnШаблон:Sfn
Увеличение максимального уровня записи					7…8 дБ на краях звукового диапазонаШаблон:Sfn
Динамический диапазон воспроизводимого сигнала	80 дБШаблон:Sfn		72…75 дБШаблон:Sfn	90…100 дБШаблон:Sfn	85 дБШаблон:Sfn

Литература

• Шаблон:H
• Шаблон:Публикация
• Шаблон:Source
• Шаблон:Публикация
• Шаблон:Публикация
• Шаблон:Публикация
• Шаблон:Source
• Шаблон:Публикация

Внешние ссылки