Динамічні шумоподавлювачі

Динамічні шумоподавлювачі (або динамічні фільтри) широко застосовувалися в магнітофонах до поширення компандерних систем (Dolby, ANRS, dbx, Telcom, HighCom та інші). Строго кажучи, компандерні системи слід називати не шумоподавлювачами, а розширювачами динамічного діапазону – тому що вони покращують відношення сигнал/шум та якість передачі сигналів малого рівня.

Компандерні системи обробляють сигнал як у процесі запису (передачі), і при відтворенні (прийомі). Ці обробки є «дзеркальними», тому вихідний сигнал відновлюється без втрат. Динамічні шумоподавлювачі використовуються тільки в режимі відтворення та на відміну від компандерних вихідний сигнал не відновлюють .

Касетні магнітофони першого покоління були досить галасливими - і транзистори, і недосконалі стрічки створювали дратівливе «шипіння» (hiss), особливо помітне в тихих місцях і паузах фонограми. у такі моменти суб'єктивно підвищує якість звучання (ВЧ сигнал все одно вже
ніщо не врятує, він перекритий шумом). це теж не найкращий вихід. місцях він «різав» все, що вище за 6 кГц так само, як і в тихих…
Перший справжній шумоподавлювач NFD, запропонований у цей же час фірмою Matsushita, просто закривав канал відтворення в паузах. , Порог спрацьовування регулювався.

Клон оригінальної схеми на вітчизняних деталях. R1 – регулювання порога спрацьовування. У паузі діоди Д6-Д9 відкриті струмом через резистор R12 і через конденсатор C7 замикають вихід на масу. З появою сигналу він посилюється транзисторами Т1-Т3, випрямляється та замикає діоди Д6-Д9, сигнал проходить на вихід. Якщо зменшити ємність C7 до 4700 пФ, блокуватиметься не весь сигнал, а лише високі частоти.

Це вже був крок вперед, але обробка була добре помітна на слух, а необхідність підлаштовувати поріг спрацьовування буквально під кожну касету радувала мало.

Це адитивний фільтр – основний сигнал у повній смузі частот складається із протифазним сигналом високих частот. Сигнал «добавки» формує підсилювач із двоступінчастою АРУ – «змінний ослаблювач». При малих рівнях сигналу в суматорі взаємно компенсуються високі частоти, зі збільшенням рівня вхідного сигналу зростання «добавки» зупиняється, та її впливом геть сумарний сигнал прагне нулю. Для відключення шумопониження компенсуючий сигнал блокується.

Усі рівні вказані щодо 0 dBU (775 мВ). Частота зрізу фільтра (~4,5 кГц) і всієї системи стала, змінюється тільки крутість спаду АЧХ. На перехідних режимах формується «полкова» АЧХ

І, зрештою, реальна схема. Шумоподавлювач магнітофонів Grundig CN700/710/720. Зверніть увагу, що вхідний сигнал збільшений щодо стандарту практично на 6 дБ, тому «поріг помітності» роботи зрушив на ту саму величину – і становить приблизно -50 дБ. У поєднанні з малим рівнем власних шумів електричного тракту робота шумоподавлювача стає практично непомітною - тільки в тихих місцях і в паузах. Усі варіанти-клони повторювали базову схему майже змін. На вході та виході (як тут) могли бути емітерні повторювачі, а могли і не бути… Все визначалося оточенням. Але у будь-якому варіанті схема – шедевр винахідливості, жодної зайвої деталі.

Транзистор Т301, C302, R306 - фазообертач, з нього сигнал через R307 надходить на вихід. Т302, С303, С304, R308-310 – активний фільтр другого порядку із частотою зрізу 4,7 кГц. Т303/304 – хитрий підсилювач подвійного призначення. З емітера Т304 сигнал з амплітудою трохи більше 0,7 (діє нелінійна ООС через D301/302) надходить на дільник, що керується, на діодах D303…D306. А керує дільником сигнал із колектора того ж Т304. Максимальний коефіцієнт посилення сигнального виходу – 30, по управляючому – удвічі більше. Конденсатори С308/309 визначають час спрацьовування та відновлення – і це вузьке місце схеми, воно надто маленьке. Тому при неправильно встановленому (нижче 0,5 В) вхідному рівні DNL нещадно ріже всі "хвости" тарілочок-трикутничків, залишаючи лише "брязкання".

У вітчизняних магнітофонах DNL у споконвічному варіанті застосовувалася досить широко - "Рута-201 стерео", "Тоніка-310 стерео", "Вільма -311 стерео", "Електроніка-203 стерео", "Весна-201 стерео", "Парус-201 стерео». І працювали непогано, якщо дотриматися рівнів. А потім чи про патентне право згадали, чи раціоналізатори подсуетились – але схему стали «удосконалити». І вийшло «як завжди».
Насамперед вирішили вижити керований діодний дільник - думали, що транзистор у цій ролі буде краще. В результаті довелося прибрати посилення в адитивному каналі (бо регулюючий транзистор, на відміну від діодів, вносить куди більші спотворення). Частину посилення передали активному фільтру – від цього він навряд чи почав працювати краще. Довелося і суматор виключити - сигнал тепер слабенький, куди ж його ще гасити ... У результаті "шумодави" магнітофонів "Весна-202" і "Весна-211 стерео" (прямий нащадок "двістіпершої") спрацьовували різко, "давимо/не тиснемо" », та ще й з помітними артефактами у вигляді «хвістів» шуму.
Помилку спробували виправити в шумоподавлювачі магнітофона «Русь-205».

У вітчизняній «удосконаленій» версії DNL канал адитивного сигналу має підсилювач з одноступеневою АРУ, вона охоплює і ФВЧ. Глибина регулювання з одним регулюючим транзистором (VT19) недостатня, до того ж посилення каналу адитивного сигналу практично немає – тому відсутня і суматор. А без резисторного суматора вплив С27 на сигнал (хоч і невеликий) залишається навіть за вимкненого каналу обробки. Плюс до цього час спрацьовування визначається оксидним конденсатором С38, а про його якість та розкид ємності краще не згадувати. Коротше, «шумодав» тут був зі своєю вдачею.

Зрештою на заміну DNL прийшов (прийшла?) її (її?) нащадок DNR (Dynamic Noise Reduction, динамічне шумозаглушення). Заміна «обмеження» на «придушення» не звелася до семантики – відбулися серйозні зміни у принципі роботи. Від адитивної фільтрації відмовилися - все одно вона не забезпечувала стовідсотковий результат через фазові зрушення, що вносяться фільтром та іншими каскадами. Натомість поставили ФВЧ, їх частота зрізу у стереоканалах керувалася синхронно. Закінчилося випуском мікросхем LM832 і LM1894, які широко застосовувалися в автомобільних магнітофонах.
Серйозно постаралися наші розробники. Динамічний фільтр «Маяк» виявився дуже вдалим завдяки ще одному рішенню – адаптивному регулюванню. Параметри каналу управління під час роботи підлаштовувалися під спектральний склад сигналу, реагуючи непросто на «високі частоти». Втім, це вже зовсім інша історія.