ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sobre los principios de funcionamiento de los supresores de ruido. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Audio Las cuestiones relativas a la reducción de ruido en los dispositivos de grabación magnética siguen atrayendo la atención de los radioaficionados y los usuarios de equipos de audio. Esto se ve facilitado por el uso generalizado de grabadoras importadas equipadas con varios sistemas de reducción de ruido. La falta de información se debe en parte a que las instrucciones de funcionamiento de los equipos no contienen información sobre la implementación y uso específico de los sistemas integrados. Como resultado, se están extendiendo una amplia variedad de especulaciones, pero persisten los problemas con la calidad de la reproducción del sonido. En primer lugar, cabe señalar que la palabra "supresor de ruido" se refiere a dos tipos de sistemas fundamentalmente diferentes: uno de ellos está diseñado para eliminar el ruido ya presente en el fonograma (en inglés Denoiser), y el otro es para evitar la acumulación de Ruido durante la transmisión o grabación de señales (Noise Reductor). Esta ambigüedad a menudo da lugar a confusión y malentendidos, por lo que para denotar sistemas del primer tipo en el entorno profesional se acostumbra utilizar la palabra inglesa "donizer" para distinguirlos de los sistemas del segundo tipo. Los eliminadores de ruido más conocidos son los filtros dinámicos (DNL, DNR, HUSH, "Mayak"), cuyo principio se basa en la reducción simultánea de la ganancia, la señal y el ruido en una parte separada del espectro (generalmente HF), donde lo útil La señal puede despreciarse. Su ventaja es su idoneidad para trabajar con cualquier fuente de señal, pero su grave desventaja es la inevitable pérdida de cierta información. Hoy en día, los eliminadores de ruido se utilizan principalmente para "limpiar" grabaciones antiguas (o técnicamente fallidas). Rara vez se utilizan en equipos domésticos, generalmente solo como herramienta auxiliar: después de todo, para obtener un resultado óptimo, es necesario un ajuste manual o automático a un fonograma específico. Un eliminador de ruido profesional se puede implementar como un dispositivo independiente (analógico o digital) o como un programa para una computadora. Como ejemplo, tomemos el paquete de software NoNoise de Sonic Solutions. Te harás una idea de su trabajo escuchando los discos "The Beatles Live at the BBC". Orban implementó el eliminador de ruido analógico de mayor calidad conocido por el autor. Este filtro dinámico de cinco bandas tiene la capacidad única de analizar tanto el nivel como el tipo de señal, evitando que se consuman los sonidos de reverberación y la percusión grave y de alta frecuencia. Los sistemas del segundo tipo (Dolby, dbx, High-Corn. Super-D, etc.) procesan la señal dos veces: la primera vez antes de grabar o transmitir, y la segunda durante la recepción o reproducción. Por eso, también se les llama complementarios, a diferencia de los sistemas del primer tipo, que convencionalmente se denominan no complementarios. Dado que el funcionamiento de los sistemas complementarios se basa en el uso de una combinación de un compresor y un expansor de rango dinámico, a menudo se les denomina companders o simplemente companders (COMpressor + exPANDER). Los companders generalmente proporcionan una mayor reducción de ruido y menos distorsión de la señal musical que los eliminadores de ruido. Sin embargo, imponen ciertos requisitos al canal de recepción-transmisión (o grabación-reproducción) y, como resultado, su uso es más "caprichoso". La idea básica, pero no controvertida, en la que se basan todos los sistemas de reducción de ruido (USB), y no sólo los compander. es una suposición. ese ruido perjudica la percepción sólo de señales débiles, y con una señal fuerte (volumen alto) no se escucha debido al efecto de enmascarar un sonido débil con uno más fuerte. Si sigue esta lógica, no es necesario que el nivel de ruido se mantenga sin cambios tanto en ausencia como en presencia de una señal útil. Es decir, un aumento del nivel de ruido absoluto al aumentar el nivel de la señal se considera aceptable e imperceptible para el oído. Esta suposición abre el camino a la construcción de sistemas expansores, en los que los coeficientes de transmisión de ambas mitades (compresor y expansor) cambian según el nivel de la señal. En la práctica, esto significa que las señales débiles se amplifican antes de ser enviadas a un canal de transmisión (por ejemplo, una grabadora), mientras que una señal fuerte pasa sin cambios (o incluso debilitada). Esta operación se llama compresión de rango dinámico. En el otro extremo del canal, se realiza una conversión inversa, como resultado de lo cual la señal se lleva al rango de niveles original y se reduce el ruido de una señal débil. Es obvio que al implementar un sistema de este tipo, el rango dinámico, medido como la relación entre la señal máxima transmitida y el ruido en ausencia de señal, puede exceder significativamente la misma relación medida para el canal de transmisión en sí. Está claro que es el primer dígito (como uno grande) el que aparece como valor del rango dinámico en las características UWB. Sin embargo, más bien caracteriza el rango de niveles aceptables de la señal de entrada, mientras que la relación señal-ruido en presencia de una señal (es decir, la relación señal-ruido instantánea) está determinada principalmente por las características del propio canal de transmisión. . Sin tomar medidas adicionales, por ejemplo, una corrección de frecuencia especial, el uso de sistemas multibanda o un ecualizador de respuesta de frecuencia dinámica, la relación señal-ruido en presencia de una señal no puede exceder la de un canal sin supresor de ruido. En pocas palabras, si el ruido en el canal es audible incluso en el nivel máximo de señal, no hay ningún beneficio al utilizar la compresión. Por desagradable que parezca, esta es precisamente la situación que se da en la mayoría de los casos. Esto se debe al hecho de que la suposición generalizada de que cualquier sonido fuerte vuelve inaudible (enmascara) cualquier sonido débil, incluido el ruido, en general es incorrecta. Los expertos en psicoacústica (la ciencia de las peculiaridades de la percepción humana de los sonidos) establecieron hace muchas décadas que el fenómeno de enmascaramiento opera solo en un rango de frecuencia limitado, principalmente cerca de la frecuencia de una señal fuerte (enmascarante). Esto se refleja más claramente en las llamadas “curvas de enmascaramiento” (Fig. 1, 2), de las cuales, en particular, se deduce que en presencia de sonidos de banda estrecha con un volumen de hasta 90...95 Antecedentes2, la audición humana en varias frecuencias todavía es capaz de distinguir sonidos ubicados cerca del umbral auditivo en ausencia de una señal de enmascaramiento. Y sólo un aumento del volumen por encima de aproximadamente 95 von conduce a una disminución refleja de la sensibilidad, protegiendo el oído de daños.
Así, el oído humano tiene una especie de compresor de rango dinámico, que le permite trabajar con señales en un rango dinámico de aproximadamente 130 dB, al mismo tiempo que tiene un rango dinámico percibido (instantáneo) de aproximadamente 90 dB. Por lo tanto, si en presencia de una señal el ruido y la distorsión no exceden el umbral absoluto de audibilidad o - 90 dB con respecto al nivel máximo de la señal (teniendo en cuenta la sensibilidad auditiva desigual), entonces no se escuchará ni el ruido ni la distorsión bajo ningún concepto. condiciones (y señales). Sin embargo, estas condiciones no las proporcionan ni siquiera la mayoría de los amplificadores, por no hablar de las grabadoras. Por lo tanto, otro enfoque es más realista: es necesario tomar medidas para garantizar que al reproducir varias señales, los espectros de ruido y productos de distorsión del sistema de transmisión de sonido estén lo más bajos posible por debajo de las curvas de enmascaramiento de estas señales. En particular, para productos de distorsión de intermodulación, esto significa que es altamente indeseable producir tonos diferenciales al procesar señales de alta frecuencia, así como tonos sumarios de señales de baja frecuencia. Al mismo tiempo, las distorsiones armónicas de los tonos fundamentales pueden alcanzar un nivel de -50 dB y pasar desapercibidas. En cuanto a los ruidos, la naturaleza de su percepción es diferente a la de los sonidos "organizados". La capacidad del oído humano para percibir ruido depende del espectro y la velocidad de cambio de la señal útil, y de la relación señal-ruido permisible en presencia de una señal con un nivel de 85...95 dB (en relación con el umbral de audición) oscila entre 40...45 dB con una señal útil de banda ancha que cambia rápidamente, hasta aproximadamente 75...85 dB para tonos puros, especialmente en los bordes de la banda de frecuencia de audio. En promedio es de 50...65 dB. En base a esto, podemos decir que en la grabación magnética, los supresores de ruido compander en la mayoría de los casos funcionan "al borde de una falta". Incluso con una perfecta coordinación entre el compresor y el expansor, si el canal de grabación-reproducción tiene una relación señal-ruido en presencia de una señal máxima inferior a 80 dB, puede haber situaciones en las que el ruido seguirá siendo audible. El nivel de ruido relativo en los canales de grabación y reproducción de grabadoras analógicas, incluso en ausencia de señal, por regla general no alcanza los -80 dB. Este valor, que aparece en las descripciones de algunas grabadoras domésticas (por ejemplo, Tandberg SE-20), se logró mediante el uso de una corrección de frecuencia no estándar, pero con una pérdida de capacidad de sobrecarga en frecuencias más altas. Además, en presencia de una señal, el nivel de ruido en una grabadora analógica siempre aumenta, alcanzando un valor de -35 a -60 dB en el nivel de señal nominal. Este aumento de ruido es causado por la presencia de la señal y es aproximadamente proporcional al nivel de la señal. Por eso se le llamó ruido de modulación. Cuando se graba un tono puro a un nivel nominal, el espectro de ruido de modulación en una grabadora de buena calidad consta de dos componentes: bandas laterales relativamente estrechas causadas por una modulación espuria de amplitud y frecuencia de la señal grabada, y un ruido de banda ancha que excede el nivel de ruido de pausa en 10...25 dB dependiendo de la frecuencia de la señal y la calidad de la cinta. Las bandas laterales, a menos que su nivel total supere los -40...-46 dB, con su pequeña anchura (menos del 5...8% de la frecuencia central), casi nunca son audibles, ya que se encuentran bajo la correspondiente curva de enmascaramiento. (Figuras 3a y 3b).
El componente de banda ancha, cuando se reproducen tonos puros, a menudo se escucha (en forma de sonido "sucio") incluso en una grabadora maestra de estudio, ya que su nivel general rara vez está por debajo de -50 dB en relación con el nivel de la señal. Desafortunadamente, sólo hay dos formas de reducir el nivel del componente de banda ancha del ruido de modulación: mejorar la calidad de las cintas y aumentar el ancho de las pistas de grabación (cada duplicación da una ganancia de sólo 3 dB). El ruido de modulación causa muchos problemas: cada golpe en las teclas del piano va acompañado de un crujido, como si estuvieran forrados con papel, los tubos bajos del órgano silban mucho, los instrumentos de cuerda comienzan a parecerse a instrumentos de viento, la arena "cae". out” de los platillos, etc. Por cierto, la razón principal de las diferencias audibles cuando se utilizan diferentes tipos de cintas magnéticas es precisamente la diferencia en la magnitud de la distorsión de intermodulación y en el nivel (así como la dependencia de la frecuencia) de ruido de modulación. La única forma de reducir la perceptibilidad del aumento del ruido de banda ancha en presencia de una señal (la llamada "respiración" o "bombeo") es introducir dicha corrección de frecuencia en la señal grabada de modo que la corrección de frecuencia inversa durante la reproducción atenúa las partes del espectro de ruido que no están enmascaradas por la señal útil (Fig. 4).
Esta corrección de frecuencia se puede lograr de varias maneras. La primera y más obvia es dividir el espectro de la señal en bandas separadas, cada una de las cuales tiene su propio compander. Gracias a esto, la presencia de una señal fuerte en una de las bandas no provoca ruido en las demás. Como se ha establecido desde hace mucho tiempo, para garantizar una calidad de funcionamiento aceptable de dicho sistema, se requieren de cuatro a siete bandas, lo que complica enormemente el diseño del supresor de ruido y hace que su funcionamiento sea crítico para la precisión de la respuesta de frecuencia del sistema de grabación y reproducción. canal. Por lo tanto, un Dolby-A de cuatro vías construido sobre este principio requiere ajustar la respuesta de frecuencia de la grabadora con un error de no más de ±0,3...0,5 dB. El segundo método, más sencillo, consiste en utilizar un circuito de ecualización de frecuencia fija, seleccionado de tal manera que para la mayoría de las señales se proporcione una respuesta de frecuencia cercana a la óptima para suprimir el ruido de banda ancha. La calidad del funcionamiento de dicho sistema depende en gran medida de la selección competente de las características de corrección. Se utiliza un enfoque similar en la mayoría de los compansores de banda ancha (High Com, ADRS, dbx, etc.). Desafortunadamente, las características de corrección en los companders de banda ancha conocidos por el autor están lejos de ser óptimas. El tercer método consiste en utilizar compansores con respuesta de frecuencia adaptativa, que se ajustan automáticamente al espectro de la señal de entrada. Este enfoque (en combinación con una cadena con una respuesta de frecuencia fija) se implementa en el sistema Dolby-S/SR. La naturaleza del cambio en las características de frecuencia del compresor se muestra en la Fig. 5. Un sistema con respuesta de frecuencia adaptativa, por regla general, procesa perfectamente tonos puros e instrumentos de una sola voz, pero en una señal real, las capacidades de adaptación son, lamentablemente, limitadas. Por lo tanto, en el sistema Dolby-S/SR, en presencia de señales de banda ancha, se detiene el "tirón" de las frecuencias medias durante la grabación. Durante la reproducción, esto provoca "avances" de ruido y distorsión en el rango de frecuencia de aproximadamente 500...800 Hz a 2...4 kHz ("medios no naturales").
Por supuesto, también son posibles combinaciones de estos métodos. Todos los métodos discutidos anteriormente asumen que las características de tiempo y nivel del compresor y el expansor son las mismas y que el canal de grabación y reproducción no distorsiona la estructura de la señal. En la práctica, no se puede contar con esto, por lo que inevitablemente se producen errores de seguimiento en los sistemas compander. Su influencia en la señal final depende en gran medida del diseño del sistema, pero se reduce principalmente a dos puntos: la distorsión de los procesos de subida y bajada de los sonidos, que cambia su timbre, y la aparición de interferencias en el funcionamiento (clics y pops). . La razón principal de la aparición de clics y pops es, por ejemplo, el siguiente hecho. Cuando el compresor reacciona rápidamente a un salto en el nivel de la señal (por ejemplo, al aplaudir), todas las frecuencias de la banda procesada por el compresor se atenúan simultáneamente. Debido a los cambios de fase, los componentes de diferentes frecuencias llegan al expansor con una diferencia de tiempo, pero se procesan simultáneamente. Como resultado, aparecen errores de pulso en la señal de salida y, en consecuencia, clics de respuesta (ver Fig. 6a y 6b).
En cuanto a los errores en el nivel de la señal, la mayoría de las veces surgen debido a errores en la respuesta de frecuencia o el coeficiente de transmisión del canal de grabación y reproducción. Otra causa de errores es la modulación de amplitud parásita de la señal en el canal de grabación-reproducción. Y finalmente, con niveles de señal bajos, el problema es la penetración de diversos ruidos en el circuito de control del compresor o expansor. Para reducir la penetración de interferencias de radiofrecuencia (y de frecuencias infrabajas), las entradas del compander deben tener filtros de paso de banda que corten las señales con frecuencias fuera de la banda de frecuencia de audio. La ausencia de dicho filtro a menudo conduce a la inoperancia del supresor de ruido en condiciones reales. Precisamente por las circunstancias anteriores, el sonido de una grabadora equipada con cualquiera de los compansores conocidos no estará libre de problemas. Desafortunadamente, hoy en día no existe un supresor de ruido compander perfecto (o casi perfecto). Además, en relación con el desarrollo de las tecnologías digitales, la atención principal de los desarrolladores de UWB se centra en la creación de eliminadores de ruido. Sin embargo, todavía se está trabajando para mejorar los companders. Entre los avances exitosos se incluye, por ejemplo, un compresor en el canal de audio de un sistema de grabación de vídeo VHS-HiFi. Sin embargo, las grabadoras de casetes producidas en masa todavía utilizan Dolby-B/C y, con menor frecuencia, Dolby-S o dbx. Por lo tanto, cada vez que presione un botón, vale la pena pensar si realmente es necesario utilizar este compresor para esta grabación. Y si la grabación original en un CD es de calidad media, y la grabadora. Autor: S. Ageev, Moscú Ver otros artículos sección Audio. Lee y escribe útil comentarios sobre este artículo. Últimas noticias de ciencia y tecnología, nueva electrónica: Cuero artificial para emulación táctil.
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