Cs. Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 354. Fékezett habzású zajcsökkentők - hatodik flakon

A Dolby A-t 1966-ban mutatták be, a Dolby SR-t 1986-ban. A hangtechnika történelmében két évtized óriási idő.

Nem tudjuk, mi volt a valódi oka a húszévnyi szünetnek, mindenesetre a Dolby Laboratories már több évvel ezelőtt eltüntette a Dolby analóg korszakának minden dokumentumát a honlapjáról. Azt tudni véljük, hogy a Dolby B fejlesztésének idején Ray Dolby majdnem szakított az általa alapított céggel, s hogy a Dolby C-t egymaga dolgozta ki. Arra is utalnak néhány helyen, hogy a Philips szakértői már 1974-ben vagy 1975-ben javasolták Ray Dolbynak egy hatékonyabb professzionális zajcsökkentő létrehozását. Márpedig az idő sürgetett, mert már 1982-ben megjelentek az első állófejes, sokcsatornás digitális magnók. Ez a technika, a DASH, ugyan megbukott, de nem technikai okok miatt, hanem azért, mert a nagy stúdiók haboztak esetleg több száz új készüléket venni, s a számítógépes rögzítés már akkor távlatilag kecsegtetőbbnek bizonyult.

Nemcsak a hangstúdiók szerették volna, ha az analóg soksávos magnók jel-zaj viszonya legalább olyan jó, mint a CD-é vagy a korabeli digitális magnóké, vagyis a 16 bites felbontáshoz tartozó 96 decibelt szerették volna kihozni a gépeikből. A hangosfilmeket gyártók is nagyobb dinamikát követeltek, hogy még izgalmasabb hangeffektekkel kábíthassák el az árnyalt tartalom helyett megállás nélküli akciókra nevelt közönséget. Ezt megtehették volna a már évtizedek óta létező, többcsatornás mágneses hanggal is, ám a 70 mm-es, hatcsatornás hangú film vetítése csak a legnagyobb mozik kiváltsága volt, a gyártás költségeiről nem is beszélve. A hetvenes években számos 35 mm-es filmet nagyítottak föl a szupermozik számára, hogy a hat csatornát – öt elöl, egy effekt – használhassák. A hagyományos, 35 mm széles mozifilm azonban az utolsó pillanatig kitartott a fényhang mellett még az analóg korszak után is.

fhf02fhf03fhf04

A Dolby SR – Spectral Recording – tehát éppen jókor érkezett. Az utolsó pillanatban, több évvel késleltetve a zenei stúdiók digitális átállását.

A Dolby SR rendkívül gyorsan hódította meg a világot. 1990-re körülbelül 43 000 felvételi és műsorkészítő stúdió használt Dolby SR-t. 1997-re a Dolby SR berendezések csatornánkénti száma meghaladta a 120 ezret. A Magyar Rádió is vásárolt 24 csatornás Dolby SR zajcsökkentőt.

fhf05

Az első két film, amelynek optikai hangcsatornáját Dolby SR-rel kódolták, a Vérbeli hajsza és a Robotzsaru volt.

A Dolby SR működéséhez fel kéne eleveníteni a pszichoakusztikának azokat a részeit, amelyek a hallástartománnyal foglalkoznak, a hangzó világnak azzal a részével, amelyet a hallórendszerünk föl tud dolgozni. Emlékeztetőül ideteszek egy közelítő képet a hallásterületről.

fhf06

A Dolby SR a bemenőjelet nemcsak egyszerűen összepréseli, hanem frekvenciafüggően úgy próbálja tömöríteni, hogy a jelet az adott szintű hallási görbéhez próbálja illeszteni. Ahol a hallási görbe magasabb szintű, ott kevesebbet, ahol alacsonyabb, ott többet erősít. Kb. a hallási görbe tükörképe. A következő ábrán a bemenőjel viszonylag kis szintű, ez a csatorna zaja, amit a kék szaggatott vonal jelöli. A piros szaggatott pedig a Dolby SR „frekvenciamenetét” mutatja, azt, hogy mit csinált a jellel.

fhf07

A bemenetre adunk egy kis szélessávú zajt.

fhf08

Most pedig nézd meg, mi történt dekódolás után! Három görbét látsz. A fekete szaggatott az eredeti, „zajtalan” szintet jelöli, a piros szaggatott a visszaalakított jelet, a folyamatos kék pedig a sorozat előző részében már megidézett hallhatósági görbét.

fhf09

Nicsak! Az derül ki, hogy az eredő zajspektrum nem egyenletes. A közepes frekvenciájú hangok esetén annyira kicsi a zaj, hogy a piros görbe el is tűnik. Viszont a mély hangok esetén (és valójában a nagyon magas hangok tartományában is) nagyobb a zaj, mint eredetileg volt. Ez azonban nem tragédia, mert a hallásküszöb alá esik, tehát e zajt nem halljuk. Elvileg. A hallórendszerünk ennél furfangosabb, de kétségtelenül működik az elv. A tényleges Dolby SR áramkörökben a frekvenciamenetek nem felelnek meg annyira az egyenlő hangerőgörbéknek, és simább, egyszerűsített karakterűek. Ez azonban nem változtat a folyamat lényegén. Mivel a Dolby SR csak az un. hallható tartományon belül működik, csökkenti mind a modulációs zajt, mind az intermodulációs torzítás esélyét, noha ezeket az értékeket nem specifikálták. Ám ezzel együtt – mint minden ilyen, sávhatárolt rendszer – a hangkép szellősségét, áttetszőségét is rontja.

fhf10

A fenti tömbvázlaton szereplő kóder azzal az áramkörrel kezdődik, amelyik a hangossági görbékhez idomítja a bemenőjelet. Ezt három feszültséglépcsőben öt fokozat követi. A nagyszintű, közepes szintű és kisszintű jeleket kezelő áramkörök külön-külön tömörítenek, az egyes relatív szinttartományok -5...-30 dB, -30...-48 dB és -48...-62 dB. A Dolby SR néhány erőteljes, akkoriban új módszerrel alkalmazza a legkisebb kezelés elvét, tehát azt, hogy ami jól működik, ahhoz nem nyúlunk. Annak ellenére, hogy minden eddiginél jobban növeli a jel-zaj viszonyt, a Dolby SR processzora az energiája nagy részét arra fordítja, hogy ne dolgozza fel az audiojelet. Így lesz jobb eredmény, kevesebb erőfeszítéssel. Ezért a nagyszintű és a közepes szintű jelek két-két útvonalon baktatnak tovább, frekvencia szerint szétválasztva. A keresztezési/váltási frekvencia 800 Hz. A nagyon kicsi jelek közül csak a 800 Hz-nél szaporábbakat babrálja a Dolby SR. A 200…3000 Hz közötti, négy oktáv terjedelmű sávban mind az öt fokozat egyidejűleg működik. Mind az öt kapcsolat két-két, párhuzamosan kapcsolt kompresszorból áll. Az elsőben a bemeneti szűrő vágási frekvenciája 800 Hz körüli és állandó, a másodikban a Dolby B-ben már megvalósított, tartalomfüggően változó értékű. Ezt a dupla kompresszoros megoldást egykor szabadalmaztatták, és „Action Substitution”-nak nevezték el, ami magyarul talán a cselekvés helyettesítését jelenti. Azt, hogy a jel spektrumától függően, automatikusan választ útvonalat. Ezzel a megoldással kódoláskor a Dolby SR a jelet a lehető legkevésbé piszkálja. Ha a kódolt jel nem változik drasztikusan, és nem pumpál modulációs hangokat, akkor ezt a jelet eleve könnyebb hibátlanul dekódolni. Az Action Substitution segítségével az alacsony szintű jelek folyamatosan erősödnek, és hatékonyabb a zajcsökkentés. Egy másik szabadalmaztatott alrendszer az elosztott kompander-erősítéskorrekciós áramkör, amelynek modulációvezérlés a neve. Az összes korábbi Dolby zajcsökkentőben mindegyik kompander a többi kompandertől függetlenül észlelte a bemeneti jelszintet; a Dolby SR-ben az egyes érzékelők szolgáltatta értéket közös vezérlőáramkör korrigálja. Lejátszáskor csaknem minden fordítva működik, mint felvételkor; a kivonásokat, vagyis a fázisfordított összeadásokat a (-) jelöli.

fhf11

Az öt Dolby SR kapcsolat mindegyike 8...9 dB-lel csökkenti a zajt. A teljes zajcsökkentési hatékonyság 27 dB 800 Hz felett és 19 dB 800 Hz alatt. Az analóg 24 sávos felvételek jel-zaj viszonya Dolby SR-rel eléri a 90 dB-t, a kétsávos magnóké 95…100 dB a teljes hangfrekvenciás tartományban. Az ilyen felvételek hangminősége egy 22…24 bit felbontású, 96 kHz -es mintavételi frekvenciájú digitális jelével mérhető össze, hallható modulációs zaj nélkül és kb. 0,2% harmonikus torzítás mellett. A Dolby SR kevésbé hajlamos a telítésbe vezérlésre, túlvezérlés csökkentő limiterei jobbak, mint a korábbi zajcsökkentőkben. A Dolby SR fő előnye nem is a zajcsökkentés, hiszen, mint láthattad, az abszolút zajszint még nő is egyes tartományokban, hanem az, hogy a magnószalag vagy a filmszalag fényhang sávja jobban kivezérelhető, nagyobb szinten kisebb a torzítás, a nyereség kb. 7 dB. Amire azonban a Dolby SR is kényes, az a magnók, a keverőasztal és a Dolby egységek kapcsolata, a pontos szintezés. Ennek megkönnyítésére a Dolby SR kütyükben van un. Dolby Noise nevű generátor. A Dolby Noise olyan rózsaszín zaj, amelynek szintjét a kompanderben a gyártó állítja be, és amelyet két másodpercenként megszakít 20 ms-os csend.

Ezeknek az időszakos megszakításoknak az a feladata, hogy megkülönböztessék a Dolby Noise-t a többi rózsaszín zajtól. Ugyancsak e megszakítások vezérlik egyes Dolby SR típusokban az automatikus szintkiegyenlítés és összehasonlítás áramköreit. Ezek után nézd meg végig a következő videót, és kapj magadhoz! Kicsit nyögvenyelős a dolog, a gyerek itt-ott bénázik is, de a lényeg kiderül, légy türelmes!

Először úgy hét perc körül kerülgethet a gutaütés, ugyanis a felvételi kalibráció ezen szakaszában egy csavarhúzóval két pilácsot kell szemre azonos fényerejűre állítani. Azt gondolnád, hogy egy több ezer dolláros felszerelésből nem spóroltak ki néhány egyszerű műszert, pedig de. Úgy tűnik azonban, hogy az egészséges látás megfelelő indikátor, a videóban szereplő Dolby SR-re ebből a szempontból nem volt panasz.

fhf12

A Dolby Laboratories kötelezően előírta, hogy azon felvételek elejére, amiket Dolby SR-rel rögzítettek, föl kell venni a szinthelyes „Dolby Noise”-t is. Ez tette (volna) lehetővé, hogy az adott felvételt össze lehessen lőni bármilyen Dolby SR berendezéssel. A rózsazaj spektrumának elemzéséből az is kiderülhet, hogy mennyit öregedett a felvétel, és még a Dolby SR egységbe juttatása előtt szűrőzéssel helyreállítható a megfelelő hangszín úgy-ahogy. A Dolby SR moziprocesszorokban természetesen csak lejátszó egységek, valamint a többcsatornás hanghoz való dekóder áramkörök vannak. A Dolby 69P jelű mérő- és beállító film hangsávja is tartalmaz Dolby Noise-t (a kép ötletes módon rózaszín), és elvileg minden film elején van mérőjel.

fhf13

Mindent el lehet rontani, ez csupán jóakarat kérdése. Az 1990-ben bemutatott Dolby S jó példa erre a mutatványra. A műsoros CD ekkorra már a mindennapok részévé vált, az írható CD azonban még nem, tehát a kazetta agonizálása még csak elkezdődött. Azonban a kazettás magnók hívei is szerették volna, ha a felvételeik „CD minőségűek” lettek volna, a Dolby Laboratories meg még inkább szerette volna, ha az analóg zajcsökkentőinek szabadalmait az otthoni magnókban is hasznosíthatja.

Ahhoz, hogy a Dolby S előnyei érvényesülhessenek, a cég kitalálta, hogy a kazettás magnók specifikációit szigorítani kell, a Dolby S-t tehát eleve csúcskészülékekbe szánta. Ennek értelmében ajánlotta, hogy a magnók átviteli sávja szélesebb legyen, 20 Hz-től 20 kHz-ig terjedjen, és az elektronika kivezérelhetősége is növekedjen. Az előbbihez keskenyebb résű fejekre volt szükség, az utóbbi a szalagok minőségét is érintette. A fejmagasságra és a résmerőlegességre, továbbá a nyávogás mértékére is pontosabb, szigorúbb követelményeket fogalmaztak meg. A Dolby S előírásoktól azt várták, hogy bármelyik, Dolby S zajcsökkentővel felszerelt magnón készült felvétel bármelyik másik Dolby S-sel felszerelt magnón helyesen lesz lejátszható. A Dolby Laboratories azt tervezte, hogy teszteli az összes Dolby S rendszert tartalmazó kazettás magnó prototípusát, hogy a termék gyártása előtt megbizonyosodjon arról, megfelelnek-e az előírásoknak, és csak akkor engedélyezi, hogy ezekben Dolby S-t használjanak, ha a teszt eredményes. Bármilyen furcsa is, ez az elképzelés a professzionális területen nem ritka, ám az otthoni elektronikák gyártói nem lelkesedtek. Ha nem is ennyire merev, de ehhez hasonló, mint amikor a Microsoft előírja a Windows 11-hez a minimális rendszerkövetelményeket, s ha azok nem teljesülnek, az operációs rendszert nem is tudod telepíteni.

A Dolby S volt a cég első olyan terméke, amelyet már eleve integrált áramkörnek terveztek, számítógépes szimulációk segítségével. A Dolby S még egyszerűsített változatban is túl bonyolultnak bizonyult; sokkal összetettebbnek például a színes tv áramköreihez képest. 1990 őszén megkezdődött a speciális Sony mikroáramkörök gyártása. A Sony először három IC-t tervezett a Dolby S-hez, később sikerült minden funkciót – minőségi engedmények árán – egyetlen morzsára zsúfolni, s bár nemcsak a Sony gyárthatott volna Dolby S IC-t, végül ez a cég lett az egyedüli szállító.

fhf14

Az első olyan készülék, amelybe Dolby S zajcsökkentőt építettek, mégsem kazettás magnó volt, hanem a TEAC cég Tascam márkajelű, félprofesszionális szalagos készüléke, az MSR-24S.

fhf15

Az első kazettás deck, amelyben az összes Dolby otthoni áramkör megtalálható, a Harmann-Kardon TD 4800. A listaára 1990-ben 1 199 dollár volt, mai árfolyamon 2 717 dollár lenne. 1994-ig gyártották.

fhf16

A BMG Entertainment ezután elkezdte kiadni a Dolby S kódolású, műsoros kazettákat.

fhf17

A fapados Dolby SR-nek tekinthető Dolby S-ben a Dolby SR három nagyfrekvenciás kompander párjából kettő maradt, a két kisfrekvenciásból pedig egy. Egyébként a Dolby S megtartotta a Dolby SR és a Dolby C összes technikai újítását. Az észlelési szempontból legkritikusabb, 2…5 kHz-es frekvenciasávban a Dolby S 24 dB-lel csökkenti a zajt. A hangfrekvenciás tartomány felső végén a zajcsökkentés mértéke mindössze 12 dB, a 100 Hz-es frekvencián pedig 10 dB. A szubjektíven észlelt szalagzaj csökkenés csak csekély mértékben volt jobb, mint a Dolby C-é. A Dolby S lényegében megbukott.