Динамические шумоподавители (или динамические фильтры) широко применялись в магнитофонах до распространения компандерных систем (Dolby, ANRS, dbx, Telcom, HighCom, и другие). Строго говоря, компандерные системы следует называть не шумоподавителями, а расширителями динамического диапазона – потому что они улучшают отношение сигнал/шум и качество передачи сигналов малого уровня.
Компандерные системы обрабатывают сигнал как в процессе записи (передачи), так и при воспроизведении (приёме). Эти обработки «зеркальные», поэтому исходный сигнал восстанавливается без потерь. Динамические шумоподавители используются только в режиме воспроизведения и в отличие от компандерных исходный сигнал не восстанавливают.
Кассетные магнитофоны первого поколения были довольно шумными – и транзисторы, и несовершенные ленты создавали раздражающее «шипение» (hiss), особенно заметное в тихих местах и паузах фонограммы. Поскольку в музыкальном сигнале малого уровня, как правило, мало высокочастотных составляющих, то ограничение полосы частот в такие моменты субъективно повышает качество звучания (ВЧ сигнал всё равно уже ничто не спасёт, он перекрыт шумом).
Почти сразу (примерно с 1969) в стационарных кассетных магнитофонах появился выключатель noise filter – просто конденсатор, срезающий высокие частоты. Хотя чуть позже SONY в магнитофоне TC-117 уже применила и отключаемый активный фильтр второго порядка, это тоже не лучший выход. В громких местах он «резал» всё, что выше 6 кГц так же, как и в тихих…
Первый настоящий шумоподавитель NFD, предложенный в это же время фирмой Matsushita, просто закрывал канал воспроизведения в паузах. Напрочь. Чтобы иметь возможность слушать записи с разным динамическим диапазоном, порог срабатывания регулировался.
Клон оригинальной схемы на отечественных деталях. R1 – регулировка порога срабатывания. В паузе диоды Д6-Д9 открыты током через резистор R12 и через конденсатор C7 замыкают выход на «массу». С появлением сигнала он усиливается транзисторами Т1-Т3, выпрямляется и запирает диоды Д6-Д9, сигнал проходит на выход. Если уменьшить ёмкость C7 до 4700 пФ, то будет блокироваться не весь сигнал, а только высокие частоты.
Это уже был шаг вперёд, но обработка была хорошо заметна на слух, а необходимость подстраивать порог срабатывания буквально под каждую кассету радовала мало. В 1971 году Philips предложила свой вариант шумоподавителя – DNL (Dynamic Noise Limiter, динамический ограничитель шума).
Это аддитивный фильтр – основной сигнал в полной полосе частот складывается с противофазным сигналом высоких частот. Сигнал «добавки» формирует усилитель с двухступенчатой АРУ – «переменный ослабитель». При малых уровнях сигнала в сумматоре взаимно компенсируются высокие частоты, с увеличением уровня входного сигнала рост «добавки» останавливается, и её влияние на суммарный сигнал стремится к нулю. Для отключения шумопонижения компенсирующий сигнал блокируется.
Все уровни указаны относительно 0 dBU (775 мВ). Частота среза фильтра (~4,5 кГц) и всей системы постоянна, меняется только крутизна спада АЧХ. На переходных режимах формируется «полочная» АЧХ
И, наконец, реальная схема. Шумоподавитель магнитофонов Grundig CN700/710/720. Обратите внимание, что входной сигнал увеличен относительно стандарта практически на 6 дБ, поэтому «порог заметности» работы сдвинулся на ту же величину – и составляет теперь примерно -50 дБ. В сочетании с малым уровнем собственных шумов электрического тракта работа шумоподавителя становится практически незаметной – только в особо тихих местах и в паузах. Все варианты-клоны повторяли базовую схему практически без изменений. На входе и выходе (как здесь) могли быть эмиттерные повторители, а могли и не быть… Всё определялось окружением. Но в любом варианте схема – шедевр изобретательности, ни одной лишней детали.
Транзистор Т301, C302, R306 – фазовращатель, с него сигнал через R307 поступает на выход. Т302, С303, С304, R308-310 – активный фильтр второго порядка с частотой среза 4,7 кГц. Т303/304 – хитрый усилитель двойного назначения. С эмиттера Т304 сигнал с амплитудой не более 0,7 В (действует нелинейная ООС через D301/302) поступает на управляемый делитель на диодах D303…D306. А управляет делителем сигнал с коллектора того же Т304. Максимальный коэффициент усиления по сигнальному выходу – 30, по управляющему – вдвое больше. Конденсаторы С308/309 определяют время срабатывания и восстановления – и это узкое место схемы, оно слишком маленькое. Поэтому при неправильно установленном (ниже 0,5 В) входном уровне DNL нещадно режет все «хвосты» тарелочек-треугольничков, оставляя лишь «звяканье».
В отечественных магнитофонах DNL в исконном варианте применялась довольно широко – «Рута-201 стерео», «Тоника-310 стерео», «Вильма -311 стерео», «Электроника-203 стерео», «Весна-201 стерео», «Парус-201 стерео». И работали неплохо, если соблюсти уровни. А потом толи про патентное право вспомнили, толи рационализаторы подсуетились – но схему стали «усовершенствовать». И получилось «как всегда».
Первым делом решили изжить управляемый диодный делитель – думали, что транзистор в этой роли будет лучше. В результате пришлось убрать усиление в аддитивном канале (потому что регулирующий транзистор, в отличие от диодов, вносит куда бОльшие искажения). Часть усиления передали активному фильтру – от этого он вряд ли стал работать лучше. Пришлось и сумматор исключить – сигнал-то теперь слабенький, куда же его ещё гасить… В итоге «шумодавы» магнитофонов «Весна-202» и «Весна-211 стерео» (прямой потомок "двестипервой") срабатывали резко, «давим/не давим», да ещё и с заметными артефактами в виде «хвостов» шума.
Ошибку попытались исправить в шумоподавителе магнитофона «Русь-205».
В отечественной «удосконаленой» версии DNL канал аддитивного сигнала снабжён усилителем с одноступенчатой АРУ, она охватывает и ФВЧ. Глубина регулировки с одним регулирующим транзистором (VT19) недостаточна, к тому же усиления в канале аддитивного сигнала практически нет – поэтому отсутствует и сумматор. А без резисторного сумматора влияние С27 на сигнал (хоть и небольшое) остаётся даже при выключенном канале обработки. Плюс к этому время срабатывания определяется оксидным конденсатором С38, а про его качество и разброс ёмкости лучше не вспоминать. Короче, «шумодав» тут был со своим нравом.
В конце концов на замену DNL пришёл (пришла?) её (ея?) потомок DNR (Dynamic Noise Reduction, динамическое шумоподавление). Замена «ограничения» на «подавление» не свелась к семантике – произошли серьёзные изменения в принципе работы. От аддитивной фильтрации отказались – всё равно она не обеспечивала стопроцентный результат из-за фазовых сдвигов, вносимых фильтром и прочими каскадами. Взамен поставили ФВЧ, их частота среза в стереоканалах управлялась синхронно. Закончилось всё выпуском микросхем LM832 и LM1894, которые широко применялись в автомобильных магнитофонах.
Серьёзно постарались и наши разработчики. Динамический фильтр «Маяк» оказался очень удачным благодаря ещё одному решению – адаптивной регулировке. Параметры канала управления при работе подстраивались под спектральный состав сигнала, реагируя не просто на «высокие частоты». Впрочем, это уже совсем другая история…
#dnl, #grundig, #шумоподавитель, #шумодав
