Адаптивное смещение
При на магнитную ленту записи адаптивное смещение — это метод непрерывного изменения тока смещения записывающей головки в соответствии с уровнем высокочастотных аудиосигналов. При адаптивном смещении высокие уровни высокочастотных аудиосигналов вызывают пропорциональное уменьшение тока смещения с использованием системы управления с прямой связью или, предпочтительно, с отрицательной обратной связью . По сравнению с использованием фиксированного тока смещения адаптивное смещение обеспечивает более высокий максимальный выходной уровень и более широкий динамический диапазон в верхней части слышимого спектра и, в меньшей степени, на средних частотах. Эффект адаптивного смещения наиболее выражен на компактных кассетах и низкоскоростных катушечных носителях. Первая коммерческая реализация, система прямой связи Dolby HX, была разработана Dolby Laboratories в 1979 году и была отвергнута промышленностью. Последующая система отрицательной обратной связи Dolby HX Pro была разработана Bang & Olufsen и продавалась Dolby и стала де-факто стандартом потребительского высококачественного воспроизведения . промышленности в середине 1980-х годов.
Фиксированное и адаптивное смещение
[ редактировать ]
Смещение ленты — это сильный высокочастотный переменный ток который подается на записывающую головку ленты вместе со звуковым сигналом с целью сделать более линейным нелинейный , отклик магнитных частиц в магнитном покрытии ленты. [ 3 ] Частота сигнала смещения в потребительских кассетных деках обычно фиксируется в диапазоне от 80 до 100 кГц . Качество сигнала смещения имеет решающее значение, поскольку шум , фон и постоянный ток в смещении серьезно ухудшают качество звука. [ 4 ] Уровень сигнала смещения определяет наклон и форму результирующей кривой намагничивания. [ 5 ]
Оптимальный уровень смещения для каждой конструкции ленты представляет собой компромисс между максимальными уровнями выходного сигнала, шумом, искажениями и частотной характеристикой. [ 6 ] [ 7 ] Номинальное смещение, соответствующее максимальной чувствительности и/или максимальной выходной мощности на частоте 10 кГц, менее желательно для средних частот. Чрезмерное смещение лучше подходит для средних и низких частот, но оно снижает чувствительность ленты на более высоких частотах и ухудшает соотношение сигнал/шум . [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] Дополнительным преимуществом является оптимальное смещение, которое улучшает реакцию на выпадение ленты, поскольку более сильные магнитные поля глубже проникают в магнитное покрытие. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] Недостаточное смещение вызывает чрезмерные искажения и модуляционный шум , а также повышает восприимчивость к провалам и, следовательно, нежелательно. [ 4 ] [ 10 ] На практике лента всегда слегка предвзята; оптимальный ток смещения устанавливается на два или три децибела (дБ) выше номинального значения. [ 8 ] [ 9 ] [ 11 ] [ 10 ] Эта оптимальная настройка улучшает линейность на средних частотах, но уменьшает динамический диапазон и вызывает падение высокочастотной характеристики, что компенсируется предыскажением в цепочке записи. [ 9 ] [ 11 ]
Запись очень низких длин волн на скорости ленты 4,76 см/с (1,87 дюйма/с) и 9,53 см/с (3,75 дюйма/с) представляет собой еще одну проблему. [ 12 ] [ 4 ] Слышимые высокочастотные составляющие записываемого сигнала действуют как токи смещения, что приводит к чрезмерному пересмещению, которое проявляется в сжатии динамического диапазона и раннем наступлении насыщения на высоких частотах, особенно при записи на ленты низкого качества с низким уровнем насыщения. [ 4 ] [ 10 ] В 1970-х годах музыка, обычно публикуемая на виниловых пластинках или передаваемая по FM-радио, не содержала много высокочастотной энергии и обычно не могла довести ленту до насыщения. [ 11 ] Однако записи конца 1970-х и начала 1980-х годов с цифровым мастерингом , прямой записью на диск и дискотека часто содержат достаточно высокочастотной информации или «горячих» высоких частот, чтобы вызвать перегрузку ленты. [ 11 ]
В конце 1970-х годов звукозаписывающая индустрия предложила три решения проблемы. [ 13 ] Ленты с металлическими частицами имели очень высокие максимальные уровни выходной мощности и высокие уровни насыщения, но были непомерно дорогими для большинства домашних пользователей. [ 13 ] Первые металлические ленты имели высокий абсолютный уровень шипения, и существовали опасения, что металлическая лента быстро придет в негодность. [ 13 ] но этого не произошло. Второе решение было разработано независимо Тандбергом и Акаи и основывалось на ограничении уровней записи. [ 13 ] Запатентованные схемы Tandberg Dyneq и Akai ADRS электронно сжимали сигнал, прежде чем он мог перегрузить ленту. [ 13 ] В 1979 году Кеннет Джеймс Гандри из Dolby Laboratories предложил третью альтернативу; адаптация тока смещения к высоким частотам исходного сигнала. [ 13 ] [ 11 ] Увеличение высокочастотной энергии, которая эффективно смещает ленту, будет компенсироваться обратным уменьшением выходной мощности генератора смещения. [ 13 ]
Эффект такой компенсации очевиден из типичных кривых намагничивания. [ 2 ] По умолчанию, когда энергия высоких частот исходного сигнала низкая, записывающее устройство работает с фиксированным оптимальным током смещения I b.opt. (синяя кривая). [ 2 ] Первоначальное чрезмерное смещение обеспечивает хорошую линейность, но низкую чувствительность и низкий уровень насыщения. [ 2 ] Приведенное значение тока смещения I б.ред. позволяет работать на более высоких уровнях входного и выходного сигнала, хотя и с более высокой чувствительностью (красная кривая). [ 2 ] [ 10 ] Хорошо спроектированная схема с адаптивным смещением должна постепенно уменьшать ток смещения, чтобы увеличение чувствительности компенсировало эффекты насыщения. [ 2 ] Новая адаптивная кривая намагничивания остается прямой (зеленая пунктирная линия) до максимального тока записи I af.1 . [ 2 ] Благодаря эффектам самосмещения искажения на средних частотах остаются низкими, а интермодуляция уменьшается. [ 13 ]
Положение точки излома I af.o на кривой управления и наклон ее участка высокого уровня зависят от частоты входного сигнала, а также механизмов потерь энергии в ленте и записывающей головке. [ 2 ] Практическая система адаптивного смещения должна использовать эвристическое взвешивание высоких частот для достижения наилучших характеристик конкретного записывающего устройства. [ 9 ] Эффект изменения рецептуры лент в случае ферромагнитных лент незначителен . [ 9 ] Для разных лент требуются разные оптимальные настройки смещения, но кривая управления смещением может быть идентична для всех ферромагнитных лент. [ 9 ]
Долби ХХ
[ редактировать ]Оригинальный Dolby HX (от «Headroom eXtension»), разработанный Гандри для Dolby Laboratories, работал как дополнение к Dolby B. кодировщику шумоподавления Dolby B Интегральная схема (IC) извлекает огибающую среднечастотных и высоких частот исходных сигналов и использует ее для модуляции усиления своего побочного канала . [ 13 ] Схема HX смешивает сигналы огибающей обоих стереоканалов. [ 13 ] Композитная огибающая модулирует выходной сигнал источника напряжения , который питает общий генератор стирания/смещения. [ 13 ] тем самым изменяя ток смещения. Одновременно эта же огибающая модулирует уровень высокочастотного предыскажения двух каналов записи. [ 13 ] Управление обоими стереоканалами с помощью одного модулятора смещения было сочтено приемлемым из-за высокой степени корреляции между левым и правым стереосигналами, а также плохого разделения каналов существующих аналоговых источников, доступных потребителю. [ 14 ] Одновременное управление токами стирания и смещения могло вызвать внезапное падение эффективности стирания, но это происходило только во время самых громких отрывков с большим количеством высоких частот, которые были достаточно выше, чем любые остаточные нестираемые сигналы, чтобы сделать их неслышимыми. [ 15 ]
Независимые тесты показали, что Dolby HX может повысить уровень насыщенности в диапазоне 10–12 кГц на 10 дБ. [ 13 ] По данным Dolby, улучшение было наиболее заметно при использовании высококачественных лент с высокой коэрцитивной силой . Ленты низкого качества практически не реагировали на адаптивное смещение. [ 16 ]
Dolby Laboratories представила Dolby HX на выставке Consumer Electronics Show в июне 1979 года. [ 17 ] Система предлагалась существующим лицензиатам Dolby B без дополнительной оплаты. [ 17 ] В 1980–1981 годах Айва , Харман Кардон и TEAC [ 18 ] интегрировали Dolby HX в свои кассетные деки, но ни один другой производитель не последовал этому примеру. [ 19 ] Несмотря на положительные отзывы, Dolby HX оказался маркетинговым и инженерным провалом. [ 19 ] Он был протестирован и отклонен аудиоинженерами; [ 19 ] хотя большинство из них не раскрыли свои выводы, Вилли Штудер публично выступил против внедрения Dolby HX. [ 19 ] По словам Студера, недостатки Dolby HX значительно перевешивают предполагаемые преимущества. [ 19 ] В пресс-релизе Dolby 1981 года для немецкого рынка косвенно винят в провале системы консерватизм в отрасли. По словам Dolby, Dolby HX «очень сильно вмешивается в разработку записывающего устройства и не может быть просто добавлен к существующей электронике. Это требует фундаментальной переработки записывающего усилителя». [ 20 ] В Dolby, однако, все еще надеялись, что Dolby HX получит признание, «потому что он обеспечивает высокое качество воспроизведения с будущими записывающими устройствами для микрокассет со скоростью ленты 2,4 см/с». [ 21 ] Последнее обещание также не было реализовано.
Основным недостатком Dolby HX было то, что, будучи управлением с прямой связью , он контролировал сигнал в его источнике, но игнорировал сигнал, достигающий записывающей головки. [ 14 ] [ 22 ] Изменения усиления или частотной характеристики записывающей цепи нарушали кривую управления смещением. [ 14 ] Регулируемая подсхема предыскажения была излишне сложной и дорогой для легкой промышленности. [ 14 ] Детектор огибающей Dolby B, который по своей конструкции был довольно медленным , не мог надежно отслеживать быстрые переходные процессы . [ 14 ] Объединение адаптивного смещения с шумоподавлением на аппаратном уровне было худшим из всех недостатков. [ 14 ] Пользователь не мог отключить декодер Dolby B и продолжать использовать Dolby HX во время записи. [ 23 ] Это препятствовало использованию более эффективного шумоподавления dbx . [ 23 ] Увеличение отношения сигнал/шум на 30 дБ, обеспечиваемое dbx, сделало Dolby HX практически ненужным. [ 23 ]
Dolby HX Pro
[ редактировать ]
В 1980 году альтернативная реализация адаптивного смещения была запатентована Йоргеном Сельмером Йенсеном из Bang & Olufsen (B&O). [ 24 ] В отличие от Dolby HX с прямой связью, схема B&O представляла собой систему обратной связи . [ 22 ] Согласно патенту, он контролировал высокочастотное напряжение на «горячем» конце записывающей головки, извлекая комбинированную огибающую смещения и высоких частот аудиосигналов. [ 24 ] [ 22 ] Усилитель ошибки непрерывно сравнивал огибающую с заданным опорным уровнем и регулировал ток смещения, подаваемый на записывающую головку. [ 22 ] через резистивный оптоизолятор . [ 24 ] [ а ] Монофоническая схема легко масштабировалась для стереофонической и многодорожечной записи и позволяла легко регулировать нормальный уровень смещения. [ 24 ]
По данным B&O, ее система обеспечивала усиление высоких частот всего на 3–5 дБ, что намного меньше, чем у Dolby HX. [ 14 ] Система B&O не опиралась на Dolby IC и могла использоваться как с какой-либо системой шумоподавления, так и без нее. [ 14 ] Отрицательная обратная связь компенсировала изменения усиления и частотной характеристики в цепи записи, устраняя ключевой недостаток Dolby HX. [ 14 ] Дополнительным преимуществом является то, что система B&O также оказалась эффективной в катушечных магнитофонах. [ 14 ] [ 25 ]
Dolby Laboratories приобрела права на патент B&O и стала его единственным дистрибьютором по всему миру. [ 22 ] Новая система получила название Dolby HX Professional, которое позже было сокращено до Dolby HX Pro. B&O сохранила за собой права на использование Dolby HX Pro в своих продуктах и, по данным источников, связанных с Selmer, получила долю будущих доходов от лицензирования. [ 26 ]
При запуске Dolby ориентировала HX Pro на профессиональные рынки. [ 14 ] В августе 1982 года производитель промышленных копировальных аппаратов Electro Sound представил HX Pro в своем каталоге кассетных дубликаторов. [ 27 ] Warner Records стала первым крупным звукозаписывающим лейблом , принявшим HX Pro для массового тиражирования. [ 28 ] К февралю 1983 года, по данным Dolby, у компании было два лицензиата в индустрии домашнего аудио; Айва и Харман Кардон . [ 29 ] Первым пользователям приходилось создавать схему Dolby HX Pro с операционными усилителями общего назначения и усилителями крутизны до тех пор, пока в 1985 году не была представлена специализированная микросхема NEC μPC1297. [ 30 ] Новое предложение было хорошо принято в отрасли, и к 1986 году Dolby HX Pro стала стандартной функцией в верхнем сегменте потребительских кассетных дек. [ 28 ] В последующие годы Dolby HX Pro мигрировал в потребительский сегмент начального уровня, став де-факто стандартным оборудованием в потребительском Hi-Fi, а также был интегрирован в профессиональные катушечные записывающие устройства. [ 25 ]
Последующее развитие
[ редактировать ]В 1983 году адаптивное смещение приобрело популярность в Советском Союзе . Самая ранняя реализация, опубликованная Николаем Суховым, была разработана после Dolby HX Pro. Он объединил элементы HX Pro (управление с обратной связью) и Dolby HX, изменяя напряжение питания общего генератора стирания/смещения и добавляя меры защиты от временной перегрузки, распространенной проблемы при записи с изношенных пластинок . [ 14 ] Пересмотренная конструкция, в которой использовалась новая микросхема прецизионного выпрямителя , была опубликована в 1987 году. [ 9 ]
В соответствии со вкусами сообщества домашнего аудио, которое по-прежнему предпочитало катушечные ленты кассетам, версия 1987 года была ориентирована на кассетные и катушечные деки. [ 9 ] Адаптивное смещение не может существенно улучшить характеристики ленты шириной в одну четверть дюйма (0,64 см), движущейся со скоростью 19,5 см/с (7,5 дюйма/с) или выше в стандартных катушечных записывающих устройствах; его огибающая насыщенности достаточно высока для музыкальных сигналов. Однако адаптивное смещение позволяет уменьшить время выравнивания высоких частот со стандартных 50 мкс до 10 мкс. [ 9 ] Пятикратное уменьшение постоянной времени соответствует пятикратному уменьшению кажущегося минимального уровня шума на средних и высоких частотах. По словам Сухова, его система позволяет на практике добиться отношения сигнал/шум более 80 дБ без шумоподавления. [ 9 ] Разработки Сухова были предметом пяти патентов, выданных в период с 1984 по 1989 год, все из которых ссылались на более ранний патент Зельмера как на известный уровень техники . [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]
Сноски
[ редактировать ]- ^ В практических приложениях последние были заменены усилителями с переменным коэффициентом усиления , например, построенными на основе LM13700 крутильного усилителя ). [ 22 ]
Примечания
[ редактировать ]- ^ Сухов 1987 , с. 40, рис. 1-2.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Сухов 1987 , стр. 39–40.
- ^ Уоткинсон 1998 , с. 310.
- ^ Jump up to: а б с д Уоткинсон 1998 , стр. 312.
- ^ Уоткинсон 1998 , стр. 310–312.
- ^ Уоткинсон 1998 , стр. 312–313.
- ^ Долби 1981 , с. 270.
- ^ Jump up to: а б с Уоткинсон 1998 , с. 313.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Сухов 1987 , с. 40.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Долби 1981 , с. 269.
- ^ Jump up to: а б с д и Старк, Крейг (1982). «Система Dolby HX» (PDF) (Руководство по записи на магнитную ленту и покупке): 18.
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ Сухов 1983 , с. 36.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м Сухов 1983 , с. 37.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л Сухов 1983 , с. 38.
- ^ Сухов 1983 , с. 39.
- ^ Долби 1981 , с. 271: «Плохие ленты остаются плохими».
- ^ Jump up to: а б «Инженеры звучат на высоких частотах» . Новый ученый (21 июня): 999. 1979.
- ^ «Чайные колоды и тестовые ленты» (PDF) . Современная запись и музыка (9): 31. 1980.
- ^ Jump up to: а б с д и Сухов 1983 , с. 40.
- ^ Долби 1981 , с. 269: «Техническая причина редкого распространения системы HX заключается в том, что она очень сильно вмешивается в разработку записывающего устройства и не может быть просто добавлена к существующей электронике. Dolby HX требует фундаментальной переработки усилителей записи».
- ^ Долби 1981 , с. 269: «Тем не менее, шансы у системы HX неплохие, поскольку она обеспечивает качество HiFi в будущих (микро) кассетных магнитофонах со скоростью ленты 2,4 см/с».
- ^ Jump up to: а б с д и ж Я 2020 , с. 56.
- ^ Jump up to: а б с Бурштейн, Х. (1983). «Справочник по ленте: удвоение в NR» (PDF) . Аудио (США) (февраль): 26.
- ^ Jump up to: а б с д EP 0046410 , Йенсен, Йорген Зельмер, «Метод контроля смещения и устройство для магнитной записи», опубликовано 24 февраля 1982 г., передано Bang & Olufsen A/S.
- ^ Jump up to: а б Худ 1999 , с. 45.
- ^ «Йорген Зельмер Йенсен» . 2013. Архивировано из оригинала 14 сентября 2013 года.
- ^ «Новые продукты / Dolby HX» . Рекламный щит . 28 августа 1982 г. п. 31.
- ^ Jump up to: а б Ши, Т. (1986). «Прием для лент: HX Pro» . Популярная механика (август): 34–35.
- ^ Лаборатории Долби (1983). «Dolby HX Professional» (PDF) . Аудио (США) (февраль): 7.
- ^ «NEC IC расширяет предвзятость в отношении головок аудиокассет». Журнал электронной техники . 22:19 . 1985.
- ^ SU 1448356 , Сухов Николай Евгеньевич, "Аппарат магнитной записи с динамическим намагничиванием", опубликовано 30 декабря 1988 г.
- ^ SU 1448357 , Сухов Николай Евгеньевич, "Способ магнитной записи с динамическим намагничиванием", опубликовано 30 декабря 1988 г.
- ^ SU 1531134 , Сухов Николай Евгеньевич, "Устройство магнитной записи с динамическим подмагничиванием", опубликовано 23 декабря 1989 г.
- ^ SU 1539830 , Сухов Николай Евгеньевич, "Устройство магнитной записи с адаптивным намагничиванием", опубликовано 30 января 1990 г.
- ^ SU 1610487 , Сухов Николай Евгеньевич, "Устройство магнитной записи с динамическим смещением", опубликовано 30 ноября 1990 г.
Ссылки
[ редактировать ]По-английски
[ редактировать ]- Уоткинсон, Джон (1998). Искусство воспроизведения звука . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9780240515120 .
- Худ, Джон Линслей (1999). Аудиоэлектроника . Ньюнес. п. 45. ИСБН 9780750643320 .
- Селф, Дуглас (2020). Проектирование звука для малых сигналов, 3-е издание . ЦРК Пресс. ISBN 9781000050448 .
На немецком языке
[ редактировать ]- Долби (1981). «Лучшая запись высоких частот с помощью системы Dolby HX» (PDF) . Радиотехника (на немецком языке) (август): 269–271.
На русском языке
[ редактировать ]- Sukhov, N. (1983). "Динамическое подмагничивание" [Dynamic biasing]. Радио (5): 36–40.
- Сухов, Н. (1987). «СДП-2» [СДП-2]. Радио (1): 39–42.