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 человека . Все СШП Dolby совместимы с обычными магнитофонами: умеренная степень сжатия и 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

Принцип обработки в параллельном канале. Предельный коэффициент передачи параллельного канала M в различных вариантах СШП составляет от 2 до 2,5

Сложение сигналов основного и параллельного каналов и результирующие билинейные (ломаные) передаточные характеристики в режимах записи и воспроизведения. Разметка осей в логарифмическом масштабе в дБ, 0 дБ на всех графиках соответствует

В 1950-е годы молодой Рей Долби, в то время работавший конструктором видеомагнитофонов в компании Ampex , всерьёз заинтересовался проблемой шумопонижения . 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 нереализуемой . Долби воспринял её как уникальный шанс сделать то, что не удавалось никому другому .

Решение, со слов самого Долби, пришло к нему годы спустя, во время работы техническим советником ООН в Индии (1963—1964) . 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 уровнях . 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 неизменным . Активное шумопонижение требуется лишь относительно слабым сигналам. Поэтому для сжатия динамического диапазона следует использовать отдельный усилитель слабых сигналов, размещённый параллельно основному тракту . 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 дБ ). 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 канала . 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 записи .

Двухканальная топология компандера с билинейной ( ломаной ) передаточной характеристикой параллельного канала, запатентованная Долби ещё до возвращения из Индии , стала основой всех СШП Dolby . В простейшей Dolby B используется один такой компандер, в Dolby С два компандера включены последовательно, в Dolby А четыре компандера включены параллельно и так далее . Недостаток всех СШП Dolby, обусловленный именно их билинейными передаточными характеристиками, — требовательность к равномерности АЧХ и к согласованию коэффициентов передачи трактов записи и воспроизведения . 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 ленты . В противном случае возникает : лента, записанная на одном магнитофоне, не может быть корректно воспроизведена на других магнитофонах . 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 стереосцены . Эталон намагниченности, по которому настраиваются магнитофоны с СШП Dolby, получил имя « » ( англ. Dolby level ). Для настройки студийной аппаратуры на этот уровень используются особые патентованные испытательные сигналы: в СШП Dolby A — частотно-модулированный синусоидальный «тон Долби» ( англ. Dolby tone ), в СШП Dolby SR — широкополосный розовый «шум Долби» ( англ. Dolby noise ) . Присутствие этих сигналов в начале фонограммы указывает на то, что запись была сделана с применением СШП Dolby .

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 слуха . Поэтому постоянная времени детекторов выбрана относительно долгой, порядка нескольких десятков миллисекунд . Обычно это способствует снижению искажений в параллельном канале, однако при резких скачках уровня сигнала детектор запаздывает и не успевает вовремя запереть параллельный канал . На выход схемы проходит аномально высокий сигнал, перегружающий магнитную ленту . 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 характеристикой . Это решение было впервые применено в СШП Dolby C . Во-вторых, при резком росте уровня детектируемого сигнала система ускоряет постоянную времени детектора до величины порядка 1 мс . Если и эта мера оказывается недостаточной, вступает в действие диодный на выходе параллельного канала. Вносимые ограничителем искажения электрического сигнала — меньшее зло по сравнению с искажениями из-за перегрузки ленты . В отличие от последней, они не приводят к ошибке компандирования .

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 ( ) и ( ), 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 фильмах , справлялись с большинством музыкальных жанров, но систематически давали сбой при воспроизведении речи и шумовых эффектов . Этот недостаток удалось исправить только жёсткими ограничениями на расстановку проблемных источников звука в стереопространстве .

Dolby A

Блок-схема Dolby A в режиме записи

Студийный одноканальный шумоподавитель Dolby. Справа установлен сменный модуль Dolby A, в центре многооборотные потенциометры для настройки на , слева индикатор точной настройки уровня и кнопка включения генератора испытательного

Вернувшись в Англию, в мае 1965 года Долби обсудил свою идею со специалистами лондонской студии Decca . 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 Decca . 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 шумопонижения .

Один канал Dolby A состоит из четырёх параллельно включённых компандеров, работающих в полосах частот 20…80, 80…3000, 3000…20000 и 9000…20000 Гц . Границы низкочастотной и высокочастных полос задаются активными фильтрами второго порядка , а среднечастотная полоса формируется вычитанием сигналов трёх других полос из входного сигнала . В каждом из компандеров применены прецизионный двухполупериодный детектор уровня и двухступенчатый аттенюатор параллельного канала на паре полевых транзисторов . Точки перелома билинейных характеристик находятся на отметках −40 дБ и −20 дБ относительно уровня Долби, предельное усиление слабого сигнала равно 10 дБ (1:3,16) . Эффективность шумопонижения в полосе ниже 5000 Гц составляет 10 дБ , а в полосе 5000…20000 Гц , где одновременно работают два из четырёх компандеров, — до 15 дБ . Номинальные уровни записи и воспроизведения не должны отклоняться от 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 Долби .

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 года . Зимой 1966—1967 года Долби договорился о поставках Dolby A с крупнейшими американскими студиями . 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 мастеринга . 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 работе . 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 38,1 см/c , 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 годов , но и в конце 1990-х годов в медиа-индустрии служили около 200 тысяч каналов Dolby A .

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 форматов . Долби понимал, что для завоевания консервативного рынка кинопроката одного шумопонижения мало, и сосредоточился на продвижении Dolby A киностудиям . Первое применение Dolby A в большом кино состоялось в 1971 году по инициативе Стэнли Кубрика . 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 Dolby . Выпуск фильмов с монофоническими оптическими дорожками, кодированными Dolby A, начался в 1974 году . «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 фонограмм . В 1975 году на рынок вышла разработанная Долби и система объёмного звука Dolby Stereo . Стереофонические оптические дорожки Dolby Stereo записывались с применением Dolby A, а полноценное декодирование трёхканального сигнала предполагало использование декодеров Dolby A . Система была полностью совместима с традиционными, монофоническими киноустановками и при этом недорога . 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 » .

Через несколько десятилетий после создания СШП Dolby Laboratories разработала её программный эмулятор для обработки оцифрованных архивных фонограмм . Задача оказалась необыкновенно сложной . 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 атаке . Аттенюатор можно было свести к элементарному умножителю сигналов, главную же сложность представлял синтез нелинейной управляющей функции . Разработчики эмулировали такие зависимости двумя методами — либо с помощью табличных функций , либо с помощью разложения сложной зависимости на элементарные полиномиальные составляющие . Оба метода требовали тщательных, всесторонних лабораторных обмеров моделируемых цепей .

Dolby B

Блок-схема Dolby B в режиме записи

АЧХ в режиме записи. Верхняя кривая задаёт предельную глубину подавления шума паузы

В апреле 1967 года американский инженер и предприниматель предложил Долби разработать упрощённый вариант его СШП для установки в бытовой катушечный магнитофон . Для потребительского рынка многоканальная СШП была слишком дорога и, по мнению Долби, не нужна . 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 частотах . Шумопонижение только высоких частот, как показал опыт, было недостаточно; полоса действия СШП должна была начинаться как минимум на отметке 500 Гц .

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 схеме . В первом прототипе, собранном самим Долби, использовалось всего пять транзисторов и пять диодов . 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 10 дБ ; на частоте 500 Гц она снижается до 3 дБ . Схемотехническая «изюминка» Dolby B — включённый на входе параллельного канала RC-фильтр с перестраиваемой частотой среза ( англ. sliding band , «скользящая полоса») . 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 фильтра . Фильтр как бы следит за самыми мощными составляющими сигнала: чем выше их частота, тем у́же полоса пропускания параллельного канала . Таким способом Долби эффективно решил проблему «дыхания шума» в такт мощным низкочастотным составляющим сигнала .

С июня 1968 года Dolby B серийно устанавливалась в магнитофоны . В течение двух лет компания Клосса была единственным, эксклюзивным лицензиатом Dolby B, сам же Долби сосредоточился на адаптации Dolby B к кассетным магнитофонам . Первые кассетные деки с Dolby B, укомплектованные лентопротяжными механизмами Nakamichi , поступили на прилавки Северной Америки летом 1970 года . 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 B .

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 System . 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 лицензий . 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, с лицензиатами на потребительском рынке . 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 ( NE545) .

К 1981 году количество выпущенных магнитофонов с Dolby B превысило 100 миллионов . Массовая эксплуатация выявила главный недостаток Dolby B: требования системы к точности настройки магнитофона были практически недостижимы в бытовых условиях . 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 СШП . Декодеры таких магнитофонов «заваливают» верхние частоты настолько, что пользователи вынужденно отказываются от использования Dolby .

Dolby C

Блок-схема Dolby С в режиме записи. Компандер каждой ступени построен по схеме Dolby B, однако имеет отличные от Dolby B постоянные времени фильтров, детектора и пороги ограничения уровня. При переключении СШП в режим Dolby B эти характеристики компандера высокого уровня возвращаются к типовым значениям Dolby B (компандер низкого уровня в режиме Dolby B не используется)

АЧХ в режиме записи. Верхняя кривая задаёт предельную глубину подавления шума паузы. Спад АЧХ выше 10 кГц — действие «антинасыщения», спад в области 1…4 кГц — действие «спектрального скоса»

На рубеже 1970-х и 1980-х годов звукозаписывающая промышленность начала подготовку к массовому выпуску компакт-дисков . В новых условиях Dolby B казалась устаревшей . 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 D, 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 года .

Технически, каждый канал кодера или декодера Dolby C состоит из двух последовательно включённых компандеров по схеме Dolby B . В режиме записи первый из них (в документации Dolby «ступень высокого уровня», англ. high level stage ) сжимает сигналы в диапазоне −30…-10 дБ , второй («ступень низкого уровня») — сигналы в диапазоне −50…-30 дБ . Две билинейные передаточные характеристики точно стыкуются у отметки −30 дБ относительно . Начальная частота среза управляемых фильтров (и, следовательно, частотная полоса эффективного шумопонижения) сдвинута вниз, с 800 до 200 Гц . Чтобы снижение частоты не порождало пульсации управляющих напряжений, однополупериодные детекторы Dolby B заменены двухполупериодными .

На входе кодера записи включена патентованная «цепь антинасыщения» ( англ. anti-saturation network ) — низкодобротный резонансный фильтр , ослабляющий высокочастотные составляющие исходного сигнала ; ещё одна пассивная «цепь спектрального скоса» ( англ. spectral skewing network ) встроена в основной канал низкого уровня . На выходе декодера Dolby C включается фильтр с обратной характеристикой, восстанавливающий исходный спектр . 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 шумопонижения . Её величина в полосе частот 1…10 кГц составляет около 20 дБ , а реальный динамический диапазон тщательно настроенного магнитофона с Dolby C не превышает 75 дБ .

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 B ) . Себестоимость установки новой СШП оказалась невелика: уже осенью 1981 года на рынке появилась специализированная микросхема процессора Dolby B/C производства Hitachi . За ней последовали микросхемы Philips и Panasonic , а компания Sony выпустила несколько линеек таких микросхем, включая ставшую самой массовой серию CX20027…CX20187 . 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 сотню . В течение 1983 года набор из Dolby C и Dolby B стал де-факто стандартом верхнего сегмента рынка . Не востребованные рынком системы-конкуренты, несмотря на объективно лучшие характеристики, были быстро сняты с производства .

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 SP . Однако внедрить Dolby C на рынок записанных кассет и тесно связанный с ним рынок карманных плееров Долби не смог . Звукозаписывающие компании сочли Dolby C недостаточно совместимой с обычными магнитофонами и продолжили использование Dolby B .

Dolby SR

Прототип Dolby SR, собранный Долби. Экспонат выставки 2006 года

Серийный модуль Dolby SR

Dolby SR cat.431 со снятым экраном

Блок-схема Dolby SR в режиме записи

Блок-схема Dolby S в режиме записи

Блок-схема высокочастотного звена (сдвоенного компандера) Dolby S и Dolby SR (технология Action Substitution)

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

Dolby SR ( англ. Spectral recording , «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 . АЧХ входных цепей «спектрального скоса» выбрана близкой к . 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 C . Каскады высокого и среднего уровня содержат по два звена, высокочастотное и низкочастотное, с частотой раздела 800 Гц , а каскад нижнего уровня — только высокочастотное звено . В четырёхоктавной полосе 200…3000 Гц одновременно работают все пять звеньев . Каждое из пяти звеньев Dolby SR (три ВЧ и 2 НЧ) включает в себя два последовательно-параллельно соединённых компандера . В первом из них (ведущем) частота среза входного фильтра зафиксирована на отметке 800 Гц , 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 фильтра . 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 цепью .

Каждое из пяти звеньев Dolby SR подавляет шум на 8..9 дБ , а общая эффективность шумопонижения составляет 27 дБ на частотах выше 800 Гц и 19 дБ на частотах ниже 800 Гц . Динамический диапазон аналоговой 24-дорожечной записи с Dolby SR достигает 90 дБ , динамический диапазон двухдорожечных магнитофонов с Dolby SR ещё выше — 95…100 дБ во всём диапазоне звуковых частот . Качество звучания такой записи сопоставимо с качеством студийного цифрового тракта с разрешением 22…24 бит и частотой дискретизации 96 кГц , без каких-либо заметных на слух модуляционных шумов и искажений . Благодаря уменьшенной глубине компандирования SR менее склонна к перегрузкам, чем все её предшественники, и менее чувствительна к рассогласованию характеристик трактов записи и воспроизведения .

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 звукозапись . К 1990 году Dolby SR использовали около 43 тысяч студий звукозаписи и телерадиотрансляции ; к 1997 году количество установленных каналов Dolby SR превысило 120 тысяч . 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 » . Выигрыш Dolby SR в качестве звучания, с точки зрений киностудий, был недостаточным. Студии требовали от инженеров ещё большего динамического диапазона, достижимого лишь в цифровой технике . Первая полностью цифровая система, шестиканальная , вышла на североамериканский рынок в 1990 году . 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) .

Dolby S

В начале 1990 года Dolby Laboratories продемонстрировала новую СШП для бытовой магнитной записи — Dolby S, основанную на проверенной студийной практикой Dolby SR . 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 . Затем BMG Entertainment начала выпуск записанных кассет, кодированных СШП Dolby S . Компакт-кассета ещё оставалась востребованным носителем информации: цифровые магнитофоны DAT и установки записи на компакт-диски были слишком дороги для массового потребителя .

Dolby S стала первой разработкой компании, изначально спроектированной в интегральном исполнении средствами компьютерного моделирования . 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 — одно . 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 защиту . Даже в упрощённом варианте новая СШП оказалась чрезмерно сложной — намного сложнее, к примеру, схемы цветного телевизора .

В наиболее критичной для восприятия полосе частот 2…5 кГц Dolby S подавляет шумы на 24 дБ . На верхней границе звукового диапазона эффективность шумопонижения снижается до 12 дБ , на частоте 100 Гц — до 10 дБ . 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 записи . При использовании лент Тип IV максимальный уровень записи возрастает на 7…8 дБ , а динамический диапазон превосходит 85 дБ . Субъективно это воспринимается прежде всего как выигрыш в качестве воспроизведения мощных низкочастотных звуков .

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 стереосцены .

Сводная таблица

Комментарии

Примечания

Литература

• Сухов, Н. Dolby B, Dolby C, Dolby S … dbx? // Радиохобби. — 1998. — № 1. — С. 36—37 ; 1999. — № 2. — С. 36—37 ; № 3. — С. 36—37 ; № 4. — С. 45—48 ; № 5. — С. 46—49.
• Beck, Jay. Designing Sound: Audiovisual Aesthetics in 1970s American Cinema. — Rutgers University Press. — 2016. — (Techniques of the Moving Image).
• (англ.) — British Library , 2008.
• Friesecke, А. 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. The Audio Recording Handbook. — A-R Editions, Inc., 2001. — С. 253—263. — ISBN 9780895794628 .
• (англ.) — MUP , 2004. — 209 p. — ISBN 978-0-7190-7067-9
• Talbot-Smith, Michael. Audio Engineer's Reference Book. — CRC Press, 2013. — ISBN 9781136119743 .