În capitolul patru voi arăta pașii pe care îi urmez pentru realizarea fizică a circuitului. [304047]

Capitolul 1. [anonimizat]. [anonimizat], diodele, [anonimizat] o [anonimizat], microprocesoare dar și microcontrolerele și dispozitivele microprogramabile care au la bază modelarea VHDL. [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat]. [22]

[anonimizat], pickup-ului, [anonimizat] a discului.

Primele aparate de redare a sunetului au fost la mare căutare după ce Ray Dolby a creat sistemul de reducere a zgomotului care îi poartă numele și a [anonimizat]. [16]

Am ales ca temă de proiect, „Studiul și realizarea unui dispozitiv de amplificare și reducere a zgomotului semnalelor analogice” deoarece foarte multe sisteme și aparate care fac parte din diferite domenii folosesc acest sistem de reducere a zgomotului. [anonimizat] o calitate foarte înaltă a [anonimizat] (High-End), [anonimizat], pentru o analiză cât mai exactă.

În capitolul doi voi prezenta principiile cere stau la baza reducerii dinamice a zgomotului pentru câteva din sistemele Dolby: Dolby – B, Dolby – C, Dolby – S, DBX, MPX, DNL, [anonimizat] a zgomotului. În continuarea acestui capitol voi evidenția câteva dispozitive care utilizează sistemul de reducere a zgomotului de la Dolby: NAD 6150C, BETACAM, [anonimizat]5, HIGH-[anonimizat]-End care folosește sistemul de reducere a zgomotului pentru o acustică mult mai plăcută. [4, 7, 8, 9, 12]

[anonimizat] a doua parte a [anonimizat], sistem care este bazat pe principiile Dolby. Proiectarea o realizez cu ajutorul programului LTSpice de la Linear Tehnology pentru simularea și comportarea circuitului.

În capitolul patru voi arăta pașii pe care îi urmez pentru realizarea fizică a circuitului.

Ultimul capitol va conține rezultatele experimentale și concluziile care au rezultat în urma măsurătorilor.

Capitolul 2. Analiza stadiului actual al reducătoarelor dinamice de zgomot

În cele ce urmează o să prezint tipurile principale de reducere dinamică a [anonimizat] a benzilor magnetice încă de la jumătatea secolul XX. În a doua parte a [anonimizat], sisteme de ultimă generație (High-End), atât din vremea respectivă, cât și din prezent.

2.1. Sistemele de reducere a zgomotului DOLBY

Reducerea zgomotului Dolby este un proces care se realizează în două etape:

Pasul I. Când sunetul este înregistrat, el este codat chiar înainte de a ajunge pe bandă. Scopul codificării este de a crește nivelul fin, iar pasajele de înaltă frecvență să devină mai puternice decât zgomotul benzii. În timpul tranziției semnalului prin codarea Dolby, pasajele puternice (care ascund zgomotul benzii) nu sunt modificate. Pasajele de frecvență înaltă (care afectează sunetul de bandă) au un nivel mai înalt decât cele normale pe măsură ce sunt înregistrate pe bandă. [9]

Pasul II. Când sunetul este redat, el este decodificat printr-un proces precis „mirror-image” a codificării de la Pasul I. Sunetele puternice sunt lăsate nemodificate, în timp ce sunetele de nivel scăzut, dar de înaltă frecvență sunt reduse la nivelul lor inițial. S.ar putea observa că, casetele Dolby-B sună mai strălucitor atunci când sunt redate fără decodificare de reducere a zgomotului, acesta fiind sunetul codat, nu cel original. [9]

Reducerea zgomotului se face în timpul decodării. Sâsâiul este adăugat la înregistrare în timpul procesului de înregistrare. La pasul I am aflat că pasajele joase de frecvență înaltă au fost amplificate de către codorul Dolby, înainte ca semnalul să ajungă pe bandă și înainte ca acestea să fie suprapuse pe bandă.

În timpul pasului II, decodorul Dolby nu „știe" că zgomotul de pe bandă a fost adăugat sunetului, deoarece detectează semnalul care iese de pe bandă, reducerea sunetelor codate la nivelurile lor originale obținându-se în mod automat prin același tratament. Rezultatul acestui process de codificare-decodificare a semnalului la înregistrare-redare este reprezentat de un echilibru muzical, dar cu zgomot redus în sunetul reprodus. [3, 4, 6, 9]

Figura 1 – Funcționarea reducerii zgomotului Dolby

Astfel de sisteme de codare-decodare sunt denumite în general “compandere”. Acestea comprimă intervalul dintre semnalul “loud” și semnalul “soft” la înregistrare și extinde din nou intervalul la redare reducând în același timp și zgomotul în timpul procesului. În timp ce sistemele de reducere a zgomotului de tip Dolby-B, de tip Dolby-C și de tip Dolby-S funcționează ca și companderi, există numeroase diferențe în ceea ce privește reducerea zgomotului, dar și diverse metode și tehnologii utilizate pentru fiecare tip de reducere. [2, 9]

2.2. DOLBY-B

Nivelul de tip B de reducere a zgomotului a fost introdus în anul 1968 ca o simplificare a tipului DOLBY-A și care oferă o reducere a zgomotului de aproximativ 10 dB la frecvențe înalte de peste 4 kHz. A fost testat prin stimularea frecvențelor înalte la înregistrare și apoi prin reducerea zgomotului înregistrat la redare. O bandă magnetică poate să dețină foarte mult semnal. Cu cât semnalul înregistrat este mai puternic, cu atât banda va fi supraîncărcată sau mai aproape de a fi “saturată”. Dacă înregistrăm semnale sonore înalte, și în același timp le amplificăm semnificativ în scopul reducerii zgomotului, banda ar fi supraîncărcată, iar înregistrarea va deveni distorsionată și cu un sunet aspru.

Este foarte important ca utilizarea reducerii zgomotului să nu se abată de la capacitatea de a înregistra sunete puternice prin stimularea inutilă a acestora. Sunetele puternice ascund deja zgomotul pe cont propriu, astfel încât orice creștere ar însemna că doar nivelul general de înregistrare ar trebui să fie refuzat pentru a preveni denaturarea. Toate sistemele Dolby de reducere a zgomotului funcționează în proiectarea lor pe principiul “cel mai puțin tratament”. Acest lucru înseamnă că semnalele puternice nu sunt procesate, astfel încât nu există nicio șansă de a provoca supraîncărcarea benzii atunci când se utilizează reducerea zgomotului.

Acesta este motivul pentru care procesul de extindere a compresiei se folosește numai pentru semnalele de nivel inferior. [2, 8, 9]

Figura 2 – Caracteristicile procesului de înregistrare

Să presupunem că vrem să înregistrăm o meodie solo, puternică pe un tambur de bas. Partea principală a sunetului este la frecvențe joase și se poate apropia deja de punctul de supraîncărcare a benzii. Chiar și așa, tamburul nu este capabil să ascundă zgomotul fâșâitului în gama frecvențelor înalte. Codificatorul de reducere a zgomotului de tip Dolby-B nu oferă impuls pentru semnalul tamburului, astfel că banda nu va fi supraîncărcată (saturată). Cu toate acestea, sistemul oferă un impuls deplin asupra restului spectrului de frecvențe. În timpul redării printr-un decodor de tip Dolby-B, există o reducere eficientă a zgomotului și nu determină supraîncărcarea benzii. Reducerea zgomotului de tip Dolby-B se realizează utilizând o singură bandă de compresie-expansiune a frecvențelor. O bandă de alunecare este, în principiu, un filtru care poate schimba punctul său de frecvență în sus și în jos. În reducerea zgomotului, frecvența la care începe doar acțiunea de reducere a zgomotului se poate schimba de la peste 300 Hz, până la 20 kHz. [2, 8, 9]

Când semnalul audio este foarte scăzut sau nu conține frecvențe înalte, banda se aliniază la cel mai mic punct de frecvență (ca în partea stângă a figurii 3), oferind o reducere maximă a zgomotului de 10 dB la peste 4 kHz. Pe măsură ce banda se aliniază la frecvențe mai mari, spectrul este acoperit din ce în ce mai puțin, astfel încât efectul este mai redus. Totuși banda nu va aluneca până când sunetele înregistrate nu vor fi suficient de puternice pentru a ascunde zgomotul pe cont propriu. Prin deplasarea suficient de rapidă a benzii de alunecare pentru a urmări muzica redată, se menține efectul complet al reducerii zgomotului. În figura 3, banda de alunecare alunecă în sus, în frecvență, din calea semnalului tamburului de bas („frecvența dominantă”) și menține reducerea zgomotului la frecvențe mai înalte, în cazul în care fâșâitul benzii ar fi auzit. [2, 8, 9]

Figura 3 – Efectele semnalelor dominante în banda Noise Reduction variază de asemenea cu sistemul

În toate sistemele de reducere a zgomotului Dolby, cheia funcționării corespunzătoare este în poziționarea benzilor de alunecare. Pentru ca sunetul final decodificat să fie restaurat cu fidelitate, benzile din decodor trebuie să urmărească cât mai aproape posibil pozițiile benzilor din codificator. Semnalul audio înregistrat indică modul de funcționare al decodorului. Dacă, dintr-un anumit motiv, răspunsul la nivelul sau frecvența semnalului codificat este modificat înainte de a ajunge la decodor, se va produce depistarea benzilor de alunecare. Capacitatea de a sesiza aceste reduceri a zgomotului este dată de mai mulți factori, cum ar fi natura muzicii, condițiile de ascultate, dar și sensibilitatea ascultătorului. [2, 8, 9]

Figura 4 – Compresia și expansiunea bilineară a sistemului de tip Dolby-B

În figura 4 se poate vedea că procesul de extindere a compresiei funcționează numai la semnale de nivel mediu. La niveluri ridicate de semnal nu există acțiune dinamică, iar semnalul funcționează ca un amplificator de câștig unitar, pe când la niveluri scăzute de semnal, sistemul funcționează numai ca un amplificator cu câștig fix. Prin restrângerea acțiunii de compresie-expansiune a sistemului numai la semnale de nivel mediu, distorsiunea cauzată de depășiri este minimizată. [9]

Figura 5 – Diagrama bloc a sistemului de reducere a zgomotului de tip B

Utilizarea tehnologiei Dolby s-a extins în mediul de consum, oferind atât companiilor electronice de larg consum capacitatea de a introduce echipamente profesionale de codare de tip B în produsele lor, cât și utilizatorului pentru a asculta înregistrări cât mai clare.

Cu toate acestea, câteva lucruri au ajutat reducerea zgomotului de tipul Dolby B să fie mai populară. Laboratoarele de la Dolby au lucrat din greu pentru a realiza circuitele de reducere a zgomotului la un preț cât mai mic și pentru a putea fi implementate direct în aparatele de înregistrare/redare de pe casetofoane. În plus, tehnologia este licențiată producătorilor de hardware de consum, oferindu-le posibilitatea de a achiziționa circuite integrate Dolby de tip B (ICS) de la diferiți producători de semiconductoare și apoi a construi casetofoane, playere portabile cu care se pot înregistra și/sau reda casete cu ajutorul tehnologiei Dolby de tipul B. [8]

2.3. DOLBY-C

Sistemul Dolby-C a fost introdus în anul 1980 și oferă o reducere a zgomotului de aproximativ 15dB la peste 1.000 Hz. Dublând calitatea dată de tipul B, acesta a fost realizat prin combinarea efectelor a două sisteme de tipul Dolby-B, la care s-a adăugat extinderea frecvențelor mai mici pe care Dolby-B nu le-a putut atinge. Banda de codificare redă o performanță mult mai înaltă a raportului semnal – zgomot. [2, 8, 9]

2.3.1. Creșterea lățimii de bandă de reducere a zgomotului.

Caseta oferă un spectru de zgomot, fără reducerea zgomotului, pare a fi concentrat în zona frecvențelor înalte. Zgomotul este mai puțin perceptibil atunci când nici o parte a spectrului audibil nu pare a fi dominantă. La cealaltă extremă, zgomotul cu un pas distinct datorat energiei dominante într-o regiune îngustă a spectrului este deosebit de iritant. Ascultarea zgomotului de bandă cu reducerea zgomotului de tip B relevă faptul că zgomotul nu este doar mai scăzut în nivel, ci că sună mai echilibrat în spectrul de frecvențe, deoarece zgomotul concentrat la frecvențe înalte a fost redus. Cu toate acestea, pe măsură ce se reduce zgomotul de înaltă frecvență, ca în cazul lui Dolby-C, evident componentele de mijloc și de joasă frecvență ale zgomotului benzii devin relativ mai semnificative. Cu cât se reduce mai mult zgomotul de înaltă frecvență pe casetă, cu atât trebuie extinsă regiunea reducerii zgomotelor de nivel mic și de frecvențe joase, astfel încât nicio zonă a spectrului să nu devină (aparent) dominantă. [2, 6, 9]

Figura 6 – Caracteristicile de codare de nivel scăzut ale lui Dolby-B și Dolby-C

În figura 6 se observă că sistemul Dolby-B începe să producă efecte în regiunea 300 Hz și își mărește acțiunea până când se obține o reducere a zgomotului de maximum 10 dB în regiunea de peste 4 kHz. Ceea ce se aude este o reducere generală a zgomotului, zgomotul rămas nu este vizibil, deoarece pare să fie împărțit uniform în intervalul de frecvență. Se observă că reducerea zgomotului de tip Dolby-C începe să se producă în regiunea de 100 Hz și oferă aproximativ 15 dB de reducere a zgomotului în jurul a 400 Hz și 20 dB în zona critiă de la 2 până la 10 kHz. Prin declanșarea cu două octave mai jos față de Dolby-B, micile zgomote rămase par a fi împrăștiate uniform pe intervalul de frecvență și nu sunt vizibile. [2, 6, 9]

2.3.2. Prelucrarea la nivel dual.

Acoperirea unui interval complet de 20 dB de prelucrare cu un singur filtru duce la probleme cum ar fi câștigul în exces al codificatorului în timpul tranzițiilor muzicale și toleranțele de fabricare suprasolicitate. Aceste probleme au fost rezolvate prin utilizarea a două benzi de compresie-expansiune într-un mod special: ambele benzi acoperă același interval de frecvență, dar sunt sensibile la semnalele de diferite nivele. Una din cele două benzi de extindere a compresiei este sensibilă la semnale, aproape la același nivel cu un procesor de tipul Dolby-B, în timp ce cealaltă bandă de compresie-expansiune este sensibilă la semnalele de nivel inferior. Pe măsură ce filtrul atinge sfârșitul intervalului de alunecare, celălalt filtru trece treptat, fiecare furnizând câte 10 dB de compresie. Acestea sunt conectate în serie, astfel încât efectele lor să se adune împreună pentru a furniza 20 dB de compresie-expansiune și deci 20 dB de reducere a zgomotului. [2, 6, 9]

Figura 7 – Caracteristicile de transfer ale lui Dolby-C, care arată modul în care efectele celor două etape se combină pentru a produce o reducere a zgomotului de 20 dB

Dolby-C a apărut mai întâi în casetofoanele high – end la sfârșitul anului 1980. Primul casetofon disponibil în comerț cu Dolby-C a fost NAD 6150C în 1981. A fost, de asemenea, utilizat pe echipamentele video profesionale pentru piesele audio ale videocasetelor în format Betacam și U matic SP. Acestea utilizează anti-saturarea și elimină distorsiunile spectrale. În Japonia, primul casetofon cu Dolby-C a fost AD-FF5 din Aiwa. [2, 8, 9]

2.4. DOLBY-S

Reducerea zgomotului de tip Dolby-S a fost punctul culminant al experienței de peste 20 de ani în proiectarea sistemelor de reducere a zgomotului și în acordarea licențelor pentru casetele audio. Așa cum tehnologia de reducere a zgomotului realizată de Dolby a făcut progrese dramatice în decurs de două decenii, la fel și capacitatea de a produce casete audio de calitate. Mecanismele de acționare, motoarele, capetele de bandă, electronica au evoluat semnificativ în acea perioadă. [2, 4, 6, 9]

Figura 8 a, b, c – Efectele semnalelor dominante în banda Noise Reduction care variază de asemenea cu sistemul

Figura 8a prezintă funcționarea unei benzi de compresie-expansiune glisantă în prezența unei singure „frecvențe dominante”. Figura 8b prezintă funcționarea unei benzi de compresie-expansiune fixă în prezența aceleiași „frecvențe dominante”. Figura 8c reprezintă beneficiul unei abordări combinate (acțiune de substituție): acțiunea benzii fixe funcționează pe frecvențele sub “frecvența dominantă”, în timp ce acțiunea benzii de alunecare funcționează peste frecvența “frecvenței dominante”. Cu acțiunea substituției, semnalele de nivel scăzut sunt mai puternic amplificate, iar reducerea zgomotului este mai eficientă.

În plus față de reducerea zgomotului de înaltă frecvență discutată mai sus, reducerea zgomotului de tipul Dolby-S are de asemenea un procesor de bandă cu frecvență fixă, care oferă 10 dB de reducere a zgomotului de joasă frecvență, sub 200 Hz. Din cauza naturii zgomotului casetofonului, abilității reduse a urechilor de a auzi zgomotele de joasă frecvență și frecvența joasă la care încep benzile de frecvență înaltă, procesorul cu bandă fixă de frecvență joasă trebuie să funcționeze numai sub 200 Hz și nu trebuie să depășească 10 dB în acțiune. Această cantitate de reducere a zgomotului de joasă frecvență asigură spectrul neted al zgomotului fără să domine nicio zonă, ceea ce se dorește. Un avantaj suplimentar al acestui procesor de bandă cu frecvență joasă este că menține echilibrul muzical atunci când se ascultă de pe o bandă codată Dolby-S pe un aparat care utilizează reducerea zgomotului de tipul Dolby-B. [2, 6, 9]

Dolby-S a fost introdus în anul 1989 și își propune să elimine deficiențele de la Dolby-C, fiind un echipament tolerabil cu doar un singur decodor Dolby-B. Este capabil de a reduce zgomotul cu 10 dB la frecvențe joase și cu până la 24 dB la frecvențe înalte, fiind extrem de eficient în combaterea zgomotului pe bandă chiar și pe casetele normale. Acest sistem a fost destinat pentru comercializarea casetelor pre-înregistrate la fel ca Dolby-B. Nu au rezistat mult deoarece au fost înlocuite cu discurile compacte, acest format de muzică dominând piața și rivlizând prin codificarea semnal-zgomot de performanță al lui Dolby-S. Laboratoarele Dolby au susținut că cei mai mulți membrii ai publicului larg nu au putut face diferența între sunetulul unui CD și o casetă codificată cu Dolby-S. Dolby-S a apărut în cea mai mare parte pe echipamentele audio high-end și niciodată nu au fost utilizate pe scară largă.

Acestea sunt mult mai rezistente la problemele de redare cauzate de zgomotul mecanismului de transport al benzii decât Dolby-C. De asemenea, Dolby-S a pretins compatibilitatea cu Dolby-B prin faptul că o înregistrare de tipul Dolby-S poate fi redată pe echipamentele Dolby-B mai vechi, realizând și câteva beneficii. Este practic o versiune redusă a Dolby-SR care utilizează multe dintre aceleași tehnici de reducere a zgomotului. [2, 4, 6, 9]

2.5. DBX

DBX face parte intr-o familie de sisteme de reducere a zgomotului dezvoltate de compania cu același nume. Cele mai frecvente implementări sunt: DBX Type I și DBX Type II pentru înregistrarea analogică pe bandă și, mai puțin frecvent pe discurile de vinil. O implementare separată, cunoscută sub numele de DBX-TV, face parte din sistemul MTS (Multichannel Television Sound) folosit pentru a furniza sunetul stereo în America de Nord și în alte sisteme TV. Compania-DBX, Inc. a fost implicată de asemenea și în sistemele Dynamic Noise Reduction (DNR). [2, 6]

2.5.1. Istoria DBX:

Sistemele originale DBX de tipul I și de tipul II s-au bazat pe așa-numita „comprimare liniară a decibelilor”– comprimând semnalul înregistrării și lărgindu-l la redare. Acest sistem a fost inventat de David E. Blackmer în 1971.

Un decodor miniatural DBX de tipul II pe un circuit integrat a fost creat în anul 1982 pentru a fi folosit în dispozitivele portabile și în sistemele audio ale automobilelor, desi doar câteva dispozitive au profitat de el, cum ar fi anumite playere portabile de la Panasonic și playere auto Sanyo. DBX a comercializat dispozitivul PPA-1 Silencer, un decodor care ar putea fi utilizat cu playere non-dbx precum walkman-urile Sony. O versiune a acestui cip conține, de asemenea, un decodor de reducere a zgomotului compatibil Dolby-B, descries ca reducere a zgomotului DBX de tip B, cee ace a fost posibil după expirarea brevetului Dolby (dar nu și a mărcii comerciale). [2, 4, 5, 6, 9]

2.5.2. Funcționarea DBX:

DBX de tipul I și de tipul II sunt tipuri de „reducere a zgomotului comprimat”. Această reducere a zgomotului funcționează prin comprimarea mai întâi a intervalului dinamic al semnalului de la sursă, în acest caz cu un factor de 2, în așteptarea înregistrării pe un mediu relative zgomotos, de exemplu, banda magnetică.

La redare, semnalul codificat, acum contaminat cu zgomot, ester trecut printr-un expander care stabilește intervalul original dinamic al semnalului sursă. Semnalul de contaminare (fâșâitul benzii) este “mascat” de procesul de expansiune dinamică, rezultând o reducere semnificativă a zgomotului perceput. [2, 6, 9]

2.5.3. DBX pe vinil:

DBX a fost de asemenea folosit pentru a înregistra pe vinil, din 1973 până în jurul anului 1982 și au fost lansate peste 1100 de albume cu codificare DBX, cunoscute sub numele de discuri dbx. În 1979, un sistem similar, dar cu sunet superior, High Com II, dezvoltat de Telefunken în colaborare cu Nakamichi, a fost de asemenea folosit pentru a codifica înregistrările audio de pe vinil. Atunci când este folosit pe LP (Long Play), sistemul DBX Type II a redus audibilitatea prafului și a zgârieturilor, până la mici apăsări și, de asemenea, a eliminat complet zgomotul suprafeței înregistrate. Codificarea DBX a LP-urilor au avut, în teorie, un interval dinamic de până la 120 dB. În plus, LP-urile DBX au fost produse numai de pe casete originale fără a utiliza copii și au fost presate doar pe vinil virgin. Până când formatul CD-ului a apărut în 1982, LP-urile dbx erau cele mai silențioase și aveau cea mai înaltă fidelitate a formatului audio de pe piață disponibile pentru consumatori.

În practică, compilatoarele DBX conțin zgomot electronic sub aproximativ -60 dB, care este aproximativ la jumătatea intervalului teoretic. Acest lucru a însemnat că, chiar și cu cele mai bune manevrări analogice, discurile dbx încă nu au atins gama completă de 90 dB. [5]

2.5.4. DBX pentru televiziune:

Reducerea zgomotului DBX-TV cu elemente comune de tipul I și II a fost dezvoltată de Mark Devis (urmat de DBX, apoi de laboratoarele Dolby) la începutul anilor 1980. DBX-TV este inclus în sunetul de televiziune multicanal (MTS), utilizând standardul SUA pentru transmisia stereo analogică a televiziunii. Brevetele MTS obținute în 1994 pentru fiecare dispozitiv TV care a fost decodat cu acest tip de decodare, au expirat la nivel mondial în 2004. [5]

2.5.5. DBX în producția filmelor:

Reducerea zgomotului DBX, capabilă să reducă zgomotul cu mai mult de 20 dB, a fost utilizată prima data în reînregistrarea filmului Apocalipse Now în anul 1979.

O versiune modificată a dbx a fost utilizată și în sistemul stereo al filmului Colortek, oferind o coloană sonoră stereo capabilă de o gamă dinamică largă și fără zgomot. [5]

2.6. MPX

Transmisiile stereo FM conțin un ton pilot la 19 kHz, când informațiile stereo sunt disponibile la frecvențe mai mari. Acest sistem a fost dezvoltat în comun de Zenith și General Electric. Sunetul audio monaural normal, tonul pilot care servește drept referință de fază la decodificarea informațiilor stereofonice și informațiile diferenței stereofonice de bandă lateral sunt toate amestecate și transmise împreună. Procesul de codare a semnalului diferențial în banda de frecvențe 23-53 kHz prin intermediul modulației de amplitudine suprimată cu banda laterală este un tip de multiplexare.

Componentele reziduale de înaltă frecvență ale semnalului rămas după demultiplexare pot fi problematice atunci când sunt înregistrate pe suporturi magnetice analogice. În timp ce frecvențele mai mari sunt puțin probabil să supraviețuiască filtrării în aparatele de înregistrare, tonul de 19 kHz se situează în intervalul de frecvențe de la 20 Hz până la 20 kHz pentru multe formate de bandă, inclusive caseta compactă și, de obicei, oferă un ton sonor de lovire (diferență) în legătură cu semnalul de polarizare al capului folosit la înregistrarea pe bandă. Înregistraraea poate fi, de asemenea, saturată de tonul pilot. Mai important, tonul pilot interferează cu funcționarea corectă a sistemelor de reducere a zgomotului, cum ar fi Dolby B, C și S. Deoarece tonul pilot este relativ puternic în comparație cu volumul total al programului FM (de obicei -20 dB), semnalul sursă nu este procesat corect de către sistemul de reducere al zgomotului, cee ace duce la elemente audibile cum ar fi respirația și pomparea. Din acest motiv, majoritatea dispozitivelor cu filtre MPX care au fost suprimate, au fost proiectate astfel încât filtrul MPX să poată fi activat numai când sistemul de reducere al zgomotului este activat.

Un filtru MPX pe o casetă cu bandă este cel puțin un filtru notch care va bloca tonul pilot de 19 kHz și, eventual, frecvențe mai mari în benzile de 23-53 kHz și 63-75 kHz. Diferența poate fi auzită când se înregistrează de la o sursă stereo FM și se cuplează, iar apoi se decuplează comutatorul de filtru MPX. Acest lucru se poate auzi și pe un dispozitiv care are trei capuri de redare cu monitorizare în timpul înregistrării. Filtrul nu trebuie să fie cuplat la înregistrarea din alte surse, cum ar fi Compact Disc, deoarece setarea comutatorului nu are efect în timpul redării. [2, 9, 11]

2.7. DNL(Dynamic Noise Limiter)

Sistemul de reducere al zgomotului DNL a fost introdus în anul 1970 de către Philips pentru înregistrările audio, spre deosebire de cunoscutele proceduri Dolby chiar și atunci când înregistrările nu sunt codificate în mod specific, dând impresia de zgomot redus în timpul redării. Pentru a realiza acest efect, sunt atenuate frecvențele înalte ale semnalului ca răspuns la puterea semnalului audio, semnalul atenuat este mai liniștit cu cât amortizarea frecvențelor înalte este mai mare. Această procedură este folosită pentru atenuarea zgomotului în pasaje liniștite, așa cum este în mare parte mascat în pasaje zgomotoase de semnalul util. Național Semiconductor a dezvoltat această tehnică și o furnizează în forma unui circuit integrat: LM1894. [1, 12]

Figura 9 – Funcția DNL ca un filtru trece-jos cu o atenuare de 18 dB pe octavă

În proiectarea unui sistem DNL trebuie să fie alese trei variabile independente:

Frecvența filtrului de trecere. Dacă este prea mare va reduce foarte puțin sau chiar de loc zgomotul. Dacă este prea mica, este posibil să se audă efectele zgomotului modular de trecere, la reproducere conținând în principal frecvențe joase.

Nivelul critic la care dispozitivul nu mai funcționează. Această alegere depinde de semnalul nominal prezent la intrarea DNL-ului și raportul semnal-zgomot al sursei care urmează să fie tratat.

Timpul constant al atacului atenuator variabil. Un atac prea mic provoacă degradări tranzitorii. Un atac prea mare crește nivelul de distorsiune. [3]

2.8. Audacity

Reducerea zgomotului DNL, pe lângă modalitățile hardware de reducere, se poate realiza și cu varianta software, dar care totodată nu este la fel de eficientă.

Cel mai utilizat program în acest scop este Audacity care poate reduce zgomotul de fundal constant, cum ar fi fluieratul, buzzer-ul, șuieratul, zgomotul benzii sau zgomotul transportatorului FM/webcast. Pentru a realiza reducerea zgomotului, este nevoie de o regiune în forma de undă care conține numai zgomotul dorit pentru a fi atenuat. Atunci când zgomotul este foarte mare, sau când zgomotul este variabil, poate fi aproape imposibil de obținut o îndepărtare satisfăcătoare a acestuia. În cazul în care zgomotul este datorat de rețea, se poate utiliza un filtru notch, filtrarea fiind realizată înainte de a aplica reducerea zgomotului.

Figura 10 – Audacity. Meniul Noise Reduction

2.9. NAD 6150C

Casetofonul NAD 6150C a apărut în anul 1981 și a fost primul casetofon din lume care folosea sistemul de reducere al zgomotului de tipul Dolby-C.

Figura 11 – Casetofonul NAD 6150C

2.10. BETACAM

Betacam este un sistem video profesional dezvoltat de Sony în anul 1982 și este o evoluție a sistemului Betamax devenind de-alungul anilor Betacam SP (1986), Digital Betacam (1993), Betacam SX (1996), Betacam IMX și cinema, într-un format HD, dezvoltat HDCAM. Formatele Betacam sunt cunoscute sub termenul generic Sony și sunt lideri pe piață în producția de televiziune, HDTV și cinematografia digitală.

Lățimea de bandă a canalului de culoare pentru înregistrarea semnalelor de diferență de culoare este de 1.5 MHz (-3dB). Pentru înregistrare sunt folosite două piste audio (detașabile), care folosesc sistemul de reducere a zgomotului Dolby-C și o pistă de adresă VITC (Vertical Interval Time Code) care reprezintă un semnal de sincronizare pentru înregistrare video. [13]

Figura 12 – Camera video BETACAM SP

Figura 13 – casetele video pe care se înregistrează și se redă filmarea

2.11. AIWA AD-FF5

Specificații:

Tipul: 3 capete, sistem pentru o singură casetă;

Pista de sistem: 4 piste, 2 canale stereo;

Viteza benzii: 4.8 cm/s;

Capete: 1 x înregistrare, 1 x redare, 1 x ștergere;

Motor: 1 x tambur, 1 x capstan;

Tipul benzii: tip I, CrO2, Metal;

Reducerea zgomotului: Tip B, Tip C;

Răspunsul de frecvență: de la 15 Hz la 20 kHz (bandă metalică);

Raportul semnal – zgomot: 80 dB (dolby C);

Vibrații: 0.035%;

Intrare: 50mV;

Ieșire: 0.37V;

Dimensiuni: 430 x 140 x 318 mm;

Greutate: 4.9 kg;

Anul fabricației: 1991. [14]

2.12. HIGH COM II

High-Com II a fost dezvoltat de către NAKAMICHI în strânsă cooperare cu AEG-TELEFUNKEN din Germania. Este un sistem de reducere a zgomotului bazat pe sistemul de Telcom C4, sistem bine primit de posturile de radio și de studiourile de înregistrare din întreaga lume. High-Com II oferă o reducere a zgomotului de 20 dB pe întreaga bandă de frecvență, fără a afecta în niciun fel calitatea sunetului și poate fi utilizată atât cu casetă, cât și cu pachete de bandă deschise. El a îmbunătățit performanța sistemelor de reducere a zgomotului de tipul Dolby și DBX II. În general, circuitele reduc efectele negative care apar la compresie / expansiune în lățimea de bandă limitată de zgomot.

Nakamichi High-Com II utilizează două benzi de frecvență pentru procesare, pentru a reduce pomparea zgomotului și alte interacțiuni de spectru. Datorită compresiei mai mari pe tot parcursul benzii, în comparație cu Dolby, High-Com II poate oferi o reducere a zgomotului cu 10 dB mai mare în întreaga bandă audio. [24]

Figura 14 – decibelmetrul lui HIGH COM II

Figura 15 – High Com II vedere din față

2.13. BURMESTER

Începând cu anul 1977, Burmester Audiosysteme produce componente „high-end” la o calitate de neegalat. Încă de la început, obiectivul a fost acela de a crea un amestec perfect de sunete de înaltă calitate, de inovație tehnologică și design nesfârșit. Profesioniștii bine instruiți asamblează manual toate componentele Burmester în fabrica din Berlin. Datorită faptului că este „Made in Germany” reprezintă și o etichetă luată foarte în serios de Burmester. Departamentul de cercetare și dezvoltare Burmester se străduiește în permanență să nu țină pasul cu cele mai frecvente progrese, ci să stabilească propriile tendințe și standarde. De la prima schiță a design-ului printr-un număr de prototipuri, până la produsul final livrat de la fabrica din Berlin, fiecare componentă care poartă numele Burmester a fost dezvoltată în întregime în casă. Ca sistemele audio de la Pionner, Burmester a creat o serie de componente legendare care au devenit icoane ale universului audio de ultimă generație. [15]

Figura 16 – Burmester – fabricat manual în Germania

Arta pentru ureche înseamnă că, ascultând muzică în propria casă, veți experimenta bucuria artei la la cea mai mare măsură. Fiecare componentă Burmester a fost dezvoltată cu un scop precis: pentru a oferi cea mai bună calitate a sunetului și fidelitate muzicală absolută.

PERFECȚIUNE: „Perfect din punct de vedere acustic”. Realizarea unei calități absolute a sunetului necesită interacțiunea creativă a tehnologiei de vârf, utilizarea numai a celor mai bune componente electronice și a meșteșugului de modă veche. Peste 95% din piesele și subansamblele prelucrate provin de la producătorii germani. Înainte de asamblare, componentele sunt alese cu mare grijă și în cele din urmă sunt prelucrate numai cele care corespund unor toleranțe bine definite. La sfârșitul procesului de fabricație, fiecare componentă este nu numai măsurată cu atenție, dar trebuie să treacă și un test de ascultare extins înainte de expediere. Aproximativ 300 de măsurători asistate de calculator sunt preluate înainte și după o perioadă de șapte zile. O componentă avansează la etapa de testare finală numai dacă măsurătorile nu indică nicio abatere. În cele din urmă, un asociat bine pregătit testează manual fiecare funcție și ascultă cu foarte mare atenție pentru a se asigura că totul este confirm standardelor Burmester.

Figura 17 – Dorința de perfecțiune

PROIECTARE: „Cineva a spus odată că în realitate componentele Burmester nu sunt sisteme audio. Sunt opere de artă cu proprietăți muzicale.” Inovația tehnică și designul continuu sunt semnale distincte ale sistemelor audio din Burmester. Liniile lor clare și distincte, precum și panourile cromate proeminente, le transformă în obiecte de artă muzicală, dar și vizuală. Filozofia cromării designului Burmester este mult mai mult decât un element optic, însemnând, la prima vedere, valoarea ridicată și longevitatea produselor sale. Cu toate acestea, nu numai impresia vizuală, ci și atingerea și simțul utilizării unui amplificator Burmester sau a unui CD player lasă o impresie de durată. Din motive întemeiate, câteva săptămâni de lucrări de dezvoltare sunt dedicate pentru un singur detaliu, cum ar fi butonul de control, pentru a asigura sunetul fin al clichetului în timpul funcționării, satisfăcând și cel mai pretențios client. [15]

Figura 18 – Designul Burmester

TEHNOLOGIE: „Dieter Burmester construiește cele mai bune sisteme audio din lume”. Burmester își proiectează sistemele audio pentru iubitorii de muzică cu un sentiment puternic de estetică acustică și vizuală. Firește, conținutul lor tehnic, fiabilitatea și valoarea pe termen lung sunt dincolo de întrebări de mulți ani. Chiar și cea mai avansată tehnologie este supusă unei îmbunătățiri constante. Prin urmare, Burmester construiește progresul în fiecare componentă prin luarea în considerare a viitoarelor actualizări ale fabricii. Un client care cumpără azi poate beneficia de cea mai recentă tehnologie audio pentru o lungă perioadă de timp. Actualizările și reparațiile din fabrică fac obiectul acelorași controale stricte de calitate ca și noile componente. Prin salvarea protocoalelor de testare și a măsurătorilor pentru fiecare sistem expediat, fabrica poate, la cerere, să returneze fiecare compnentă la starea inițială. [15]

Figura 19 – Utilizarea tehnologiei de ultimă generație

UȘOR DE FOLOSIT: Cu funcționalitate logică și auto-explicativă, Burmester proiectează ușurința utilizării în fiecare componentă. Plăcerea lor deplină nu ar trebui să necesite muncă. Chiar dacă tehnologia poate face tot mai mult, Burmester consideră că utilizarea ei nu ar trebui să fie un mister pentru oameni. [15]

Figura 20 – Fiabilitatea Burmester

Capitolul 3. Istoria DOLBY. Proiectarea și simularea circuitului utilizând programul LTSpice.

Istoria DOLBY.

Ray dolby a fost inventatorul al cărui nume a devenit sinonim cu un sunet de înaltă fidelitate în muzică și film. El a fost creatorul sistemului Dolby Noise Reduction, o metodă de reducere a zgomotului de fond pe înregistrările de bandă, care a fost instalat pe fiecare casetofon de înaltă definiție între anii 1970 – 1990. În anii `70 compania sa a inventat sistemul audio Dolby Stereo pentru cinema. Apoi, în era digitală, numele a rămas proeminent cu tehnologii precum Dolby Home Theater și Dolby Digital.

Ray Dolby s-a născut în Portland, Oregon în 1933 și și-a petrecut copilăria în San Francisco. După terminarea școlii, la vârsta de 16 ani, s-a alăturat companiei Ampex Corporation, o companie specializată în sisteme de înregistrare pe bandă, unde a lucrat la dezvoltarea tehnologiei video. În anul 1957 a absolvit examenul de licență în inginerie electrică la Universitatea Stanford, care a fost urmat de doctorat la Cambridge, în urma unei mutări în Marea Britanie. În anul 1965, Dolby și-a înființat compania, Dolby Laboratories, în Londra, cu un personal de patru persoane. A fost director mai bine de peste 40 de ani. [16]

În timpul verii acelui an a creat invenția care i-ar face numele și averea timpurie. Problema pe care o rezolvase și soluția sa era relativ simplă: Dolby observă că zgomotul de fundal al benzilor de tip bobină și bandă a fost deosebit de vizibil în pasaje liniștite. Așa cum a scris într-o lucrare timpurie cu privire la problema pe care a căutat să o depășească, “…înregistrarea unui instrument precum pianul sau vioara nu încarcă benzile pe întregul spectru audio și astfel zgomotele de înaltă frecvență sunt sesizabile în timpul reproducerii.”

Invenția sa, sub forma unui filtru electronic, a manipulat sunetul în timpul procesului de înregistrare, crescând nivelul de secțiuni silențioase ale muzicii. Atunci când semnalele de pe bandă sunt redate, procesul este inversat, ceea ce are ca efect reducerea semnificativă a sunetului de pe bandă. [16]

Prima vânzare a echipamentului “Dolby – A” a fost făcută la Decca Records din Londra. Compania a lansat înregistrarea lor de debut, care a fost realizată pe bandă folosind noul sistem, o sesiune a lui Vladimir Ashkenazy, care a interpretat concertele de pian Mozart, în 1966. Paul Moseley, directorul exclusiv al Decca Classics, a declarant pentru The Independent că “Decca este mândră că l-a ajutat pe Ray Dolby să își dezvolte sistemele pionier de reducere a zgomotului. Inginerii de la Decca au ajutat la testarea și perfecționarea prototipului de acum legendary “Dolby – A” de reducere a zgomotului profesional la jumătatea anilor `60. Acest lucru se poate spune cu adevărat că a revoluționat industria înregistrărilor în toate tipurile de muzică și film și a transformat percepțiile de înaltă fidelitate în întreaga lume.”

Noua componentă Dolby costa 700 de lire sterline (echivalentul a 11.000 de lire sterline astăzi) și astfel a fost utilizată doar pentru studiourile profesionale de înregistrare. Ray Dolby a început să dezvolte un sistem de filtrare mai puțin complex și, prin urmare, mai puțin costisitor, adaptat pentru uz casnic, denumit “Dolby – B”. Primul magnetofon pentru uz casnic echipat cu Dolby – B a fost modelul KLH 40, lansat în iunie 1968. [16]

Figura 21 – KLH 40 – Primul magnetofon pentru uz casnic echipat cu Dolby – B

Doi ani mai târziu, câțiva producători de echipamente audio au încorporat tehnologia în puținele lor casetofoane și, până la sfârșitul anilor 1970, era standard pentru toate sistemele hi-fi cu casete.

Succesul invenției sale în înregistrarea muzicii l-a determinat pe Dolby să examineze posibilitățile utilizării sale în îmbunătățirea sunetului pentru cinema. În același timp, un nou sediu a fost înființat în California în 1976, aducând compania mai aproape de inima industriei cinematografice din America. În 1977, sistemul Dolby Stereo al companiei a fost folosit pentru producția filmelor Star Wars și Întâlnire de gradul trei. Sidney Ganis, un producător de film și fostul președinte al Paramount Pictures, a declarat: “În Întâlnire de gradul trei, sunetul navei spațiale a bătut audiența cu conținutul emotional. El a fost creat de regizor, dar furnizat de tehnologia pe care a inventat-o Ray Dolby”. Dolby și echipa sa au câștigat un Oscar în anul următor ca recunoaștere a “dezvoltării și implementării unui sistem îmbunătățit de înregistrare și reproducere a sunetului pentru producția și expoziția cinematografică”. [16]

Designerul de sunet, Ben Burtt, a spus despre lucrarea lui Dolby în lumea cinematografiei: “Aici avem un om de știință care inventează instrumente pentru artist și astfel veți obține cele două pietre de temelie importante ale divertismentului, care sunt știința și creativitatea. Imaginația, care nu poate fi guvernată de știință, se asociază cu savantul Ray Dolby, iar rezultatul este deschiderea unei noi frontiere…”. Dolby însuși a spus despre motivația sa: “Pentru a fi inventator, trebuie să fiți dispuși să trăiți cu un sentiment de incertitudine, să lucrați în întuneric și să căutați un răspuns, pentru a face facă anxietății dacă există un răspuns.” [16]

Prin intermediul ubicuității sale și a utilizării în film, cuvântul “Dolby” a devenit un nume de uz casnic, în măsura în care a fost folosit chiar și în comedie, cum ar fi schița clasică “Hi-Fi Shop” într-un episod din Not the Nine O’Clock News din anii `80. Odată cu apariția înregistrărilor digitale și a discurilor compacte la mijlocul anilor `80, nevoia de reducere a zgomotului a scăzut, iar compania și-a concentrat cu succes eforturile asupra dezvoltării sistemelor de sunet pentru cinema. Kevin Yeaman, directorul exclusiv al Dolby Laboratories, a declarat: “Ray Dolby a fondat compania bazându-se pe un angajament de a crea valoare prin inovație și o convingere pasională că, dacă ați investi în oameni și le-ați da instrumente de success, ei ar crea lucruri minunate. Ideile lui Ray vor continua să fie o sursă de inspirație și motivație pentru noi toți”. [16]

Figura 22 – Sigla DOLBY

Figura 23 – Reducerea zgomotului la înregistrare și redare cu ajutorul dispozitivului DOLBY

Proiectarea și simularea circuitului utilizând LTSpice.

LTspice 17 este un simulator de circuite de înaltă performanță, care poate realiza cu ușurință pe lângă capturi schematice și formele de undă pe care dorim să le analizăm. Acesta conține peste 200 de modele de amplificatoare operaționale, rezistoare, tranzistoare și mosfet.[17]

Pentru a reduce zgomotul de fond, care apare care apare de cele mai multe ori inevitabil datorită unor imperfecțiuni ale sursei de semnal sau unui etaj din amplificarea audio, s-au dezvoltat diverse sisteme, cum ar fi: DBX, MPX etc. Pentru a beneficia de performanțe cât mai bune, am ales să folosesc o schemă de la Philips care nu necesită reglaje speciale. Această schemă face parte din categoria limitatoarelor dinamice de zgomot, iar principiul de funcționare se bazează pe însumarea celor două semnale aflate în opoziție de fază, adică semnalul inițial și un semnal prelucrat, însumare care urmărește anularea zgomotului de fond nedorit. Cunoscând nivelul aproximativ al zgomotului, dar și banda de frecvență în care apare, se poate realiza un semnal prelucrat din spectrul audio al semnalului inițial, care să reprezinte zgomotul de fond. Acest semnal prelucrat, va fi în antifază cu semnalul inițial, urmând ca prin însumarea celor două semnale să se obțină semnalul util, fără zgomot de fond. Pe lângă acestea, datorită tensiunilor și curenților mici, amplificarea este aproape liniară, ceea ce face ca raportul semnal-zgomot să fie optim, așa cum se poate vedea în fișa de catalog a tranzistorului BC550C anexate.

Figura 24 – Schema bloc a reducătorului dinamic de zgomot

Figura 25 – Schema electrică a reducătorului dinamic de zgomot

Semnalul de intrare se aplică tranzistorului Q1 prin intermediul condensatorului C2. Pentru a regla nivelul semnalului de intrare, am adăugat un potențiometru stereo de 100 kΩ decuplat galvanic. Din colectorul tranzistorului Q1, prin intermediul grupului C1 – R6, semnalul este transmis către ieșirea circuitului. Tot același semnal, dar defazat cu 180°, este preluat de către etajele de prelucrare suplimentară, din emitorul tranzistorului Q1, prin intermediul condensatorului C3. Grupul C1 – R5 permite menținerea unui defazaj constant, în toată banda de frecvență, între semnalul inițial și semnalul care urmează să fie prelucrat.

Figura 26 – Etajul de intrare al DNL-ului

Blocul de prelucrare suplimentară a semnalului este format dintr-un filtru cu trei celule pentru frecvențele ridicate, dintr-un amplificator cu două etaje, și dintr-un redresor. În alcătuirea primelor două celule ale filtrelor intră condensatoarele C3, C6 și rezistorul R7, împreună cu rezistența de intrare a tranzistorului Q2. Atenuarea în jurul frecvenței de 2 kHz este de ordinul 12 dB/octavă, iar frecvența de tăiere a filtrului este de aproximativ 4.5 kHz, amplificarea în tensiune a tranzistorului Q2 fiind de 10 dB.

Figura 27 – Primele două celule ale filtrului

A treia celulă a filtrului este formată din rezistorul R11, condensatorul C5 și rezistența de intrare a etajului care conține tranzistorul Q3. Atenuarea filtrului este de aproximativ 18 dB/octavă.

Figura 28 – A treia celulă a filtrului

De pe colectorul tranzistorului Q2, semnalul se aplică la intrarea amplificatorului format din cele două etaje, realizat cu tranzistoarele Q3 și Q4. Amplificatorul prezintă o buclă de reacție negativă, a cărui tensiune se ia din emitorul tranzistorului Q4 prin iintermediul diodelor D1 și D2 și se transmite prin intermediul condensatorului C9 în baza tranzistorului Q3. Această reazție negativă limitează amplitudinea tensiunii pe emitorul tranzistorului Q4 la valoarea 0.6V, tensiune ce coincide cu tensiunea de deschidere a diodelor D5 și D6. Dacă nu exista această limitare, tensiunea de încărcare a condensatoarelor C4 și C10 ar fi depins de mărimea semnalului de pe emitorul tranzistorului Q4, lucru care ar fi împiedicat funcționarea normală a DNL-ului. Se observă că amplificarea în tensiune a etajului ce conține tranzistorul Q3 trebuie să fie 26 dB, fapt care determină alegerea tranzistorului cu factorul de amplificare 400/450. Prin rezistorul R9 se stabilește rezistența de intrare a etajului, deci caracteristica de frecvență a întregului filtru. Amplificarea în densiune a tranzistorului Q4 este de aproximativ 15 dB.

Figura 29 – Bucla de reacție negativă a amplificatorului

Modul de funcționare al blocului de prelucrare suplimentară a semnalului rezultă din analizarea funcționării grupului de diode al redresorului.

Când apare un semnal audio care conține un spectru suficient al frecvențelor înalte, condensatoarele C4 și C10 se încarcă prin diodele D3 și D4. Atunci când tensiunea de pe diagonala punții atinge tensiunea de intrare în conducție a diodelor, diodele D5 și D6 se deschid și semnalul care intră prin rezistorul R16 trece la masă prin condensatoarele C4 – C10.

În pauze, tensiunea de zgomot este suficientă pentru încărcarea condensatoarelor C4 și C10până la tensiunea de deschidere a diodelor D5 și D6. Datorită acestui fapt, tensiunea de zgomot ajunge aproape de ieșirea amplificatorului prin rezistoarele R16 – R18 și condensatorul C11. Tot aici apare și tensiunea de zgomot transmisă pe cale directă prin condensatorul C1 și rezistorul R6. Deoarece aceste două tensiuni sunt în opoziție de fază, ele se anulează reciproc și nu ajung la ieșirea DNL-ului. Pentru o anulare totală se egalează nivelul acestor tensiuni cu ajutorul rezistorului R6. [19]

După construirea schemei electrice, urmează simularea ei, din meniul Simulate, selectăm Edit Simulation Cmd și selectăm Transient, unde completăm Stop time cu 0.002s, intrarea în circuit se realizează cu semnal sinusoidal, standard de linie DNL, AC Amplitude: 1, DC offset: 0, Amplitude: 775 mV, iar Freq: 10 kHz, după care apăsăm pe Run. Din figura 30 se pot observa formele de undă, cu verde este semnalul generat la intrarea în circuit, iar cu albastru este semnalul de la ieșirea amplificatorului. La semnal mare amplificarea este aproape unitară, urmând ca la semnal mic să observăm atenuarea lui. Modificăm din nou setările generatorului cu AC Amplitude: 1, DC offset: 0, Amplitude: 1 mV și Freq tot de 10 kHz, rezultând forma de undă din figura 31, cu verde este reprezentată intrarea în circuit, iar cu albastru ieșirea.

Figura 30 – Forma de undă a semnalului la 775 mV, verde – intrare, albastru – ieșire, la care se observă că amplificarea este aorpape unitară

Figura 31 – Forma de undă a semnalului la 1 mV, verde – intrare, albastru – ieșire, la care se observă limitarea semnalelor de intrare mici

Sursa de alimentare

Sursa de alimentare este cel mai important element din componența oricărui reducător de zgomot. Pentru o reducere a zgomotului cât mai eficientă, am construit o sursă de alimentare stabilizată cu circuitele integrate L7815CV și L7915CV, la care am adăugat o capacitate de filtrare de 2×4700µF, diode pentru protecție și un transformator toroidal de 17 VA, care să ne garanteze tensiunea și curentul necesar funcționării DNL-ului.

Figura 32 – Schema electrică a sursei de alimentare

Capitolul 4. Proiectarea și realizarea fizică a circuitelor

4.1. Proiectarea Circuitelor

Pentru proiectarea circuitelor vom utiliza programul Target 3001!, un program de tip CAD care este special conceput pentru proiectarea circuitelor. Acest program dispune de o bază de date integrată de aproximativ 35000 de componente, gata pentru a fi introduse și conectate în circuit. Target 3001! Mai dispune de o diagramă bloc de până la 100 pagini și se pot utiliza clase de semnal, perechi diferențiale, module, variante de asamblare și multe altele. [17] Utilizând acest program, vom putea să beneficiem de facilitățile multiple ale acestuia precum: realizarea schemelor electrice ale circuitului, realizarea circuitelor imprimate sau folosirea altor metode de realizare a circuitelor, cum ar fi coordonatele pentru gravarea traseelor cu ajutorul unui CNC, realizarea automată a traseelor electrice conform schemei dar și vizualizarea circuitelor în 3D.

În continuare, voi prezenta etapele parcurse în proiectarea și realizarea circuitelor, atât pentru sursa de alimentare, cât și pentru reducătorul dinamic de zgomot.

O altă facilitate a acestui program, este cea de a exporta lista de componente pe care le folosim în circuit și astfel le vom putea achiziționa mult mai ușor.

4.1.1. Vizualizarea Schematică

În fereastra principală, reprezentată de vizualizarea schematică, am realizat cele două scheme electrice pentru sursa de alimentare și reducătorul de zgomot. Acest program este conceput în așa fel încât să ne permită să realizăm conexiunile componentelor cât mai ușor și ne împiedică să conectăm anumite componente greșit. Componentele de care avem nevoie le putem utiliza tot în cadrul acestei ferestre.

Figura 33 – Schema electrică a sursei de alimentare

Figura 34 – Schema electrică a reducătorului dinamic de zgomot

4.1.2. Vizualizarea PCB

În continuare vom folosi opțiunea PCB View, opțiune care ne ajută la realizarea circuitului pe baza schemei construite. Pe lângă multe altele, această fereastră ne permite să alegem dimensiunile circuitului, să creăm circuite multistrat, să setăm dimensiunea traseelor care fac legătura dintre componente, dar și să construim un plan de masă. După proiectarea circuitelor, le vom realiza și fizic.

Figura 35 – Dispunerea componentelor pentru sursa de alimentare

Figura 36 – Dispunerea componentelor pentru DNL

Figura 37 – Circuitul sursei de alimentare

Figura 38 – Circuitul reducătorului de zgomot

Figura 39 – Circuitul și dispunerea componentelor al sursei de alimentare

Figura 40 – Circuitul și dispunerea componentelor DNL-ului

Figura 41 – Vizualizare 3D a sursei de alimentare

Figura 42 – Vizualizare 3D a cablajului sursei de alimentare

Figura 43 – Vizualizare 3D a reducătorului dinamic de zgomot

Figura 44 – Vizualizare 3D a circuitului DNL-ului

4.2. Realizarea fizică a circuitelor

4.2.1. Imprimarea circuitelor prin metoda transferului de toner

Pentru a realiza fizic circuitele, trebuie ca în primul rând să imprimăm circuitele pe o hârtie lucioasă la o imprimantă cu laser. Programul Target 3001! ne oferă posibilitatea să imprimăm direct pe hârtie alegând straturile pe care le dorim. Hârtia pe care o folosesc este hârtia foto (Figura 45) deoarece are o suprafață lucioasă care nu permite intrarea tonerului în fibra hârtiei.

Avantajul folosirii hârtiei foto față de hârtia normală, este acela că nu rămân reziduuri de hârtie pe circuit din timpul procesului de transfer de toner.

Figura 45 – Hârtie foto

După imprimare, hârtia foto va arăta ca în figurile următoare:

Figura 46 – Dispunerea componentelor în oglindă a reducătorului de zgomot

Figura 47 – Circuitul imprimat al reducătorului de zgomot

4.2.2. Transferul de toner

Următorul pas în realizarea cablajului în reprezintă transferul de toner. Tonerul este o cerneală uscată, sub formă de praf, care este utilizată în procesul de imprimare cu o imprimantă cu laser. Acest toner conține material plastic, carbon și oxid de fier pentru culoare, substanțe care sunt amestecate, solidificate și transformate într-o pudră fină.

Metoda transferului de toner se bazează pe proprietatea tonerului de a se topi la căldură și de a rămâne pe suprafața hârtiei cu ajutorul unor role care o presează. În prezența căldurii și a presiunii aplicate hârtiei, tonerul se topește, se dezlipește de pe hârtie și se transferă pe cablajul din sticlotextolit, adică pe suprafața de cupru a acestuia. [21]

Foarte important în realizarea transferului de toner este curățarea și degresarea suprafeței de cupru, deoarece oxidul de cupru și grăsimea împiedică tonerul să se fixeze pe cupru. În figura 48 se poate vedea suprafața de cupru după curățare.

Figura 48 – Suprafața de cupru după curățare

După ce am curățat bine suprafața de cupru, decupăm hârtia imprimată și o fixăm pe bucata de sticlotextolit. Pentru a transfera tonerul folosesc fierul de călcat, cu temperatura setată la maxim și presez hârtia treptat și uniform pentru a se fixa definitiv.

Figura 49 – Transferul tonerului cu ajutorul fierului de călcat

După transferul termic suprafața de sticlotextolit se pune sub jet de apă caldă și se dezlipește cu mare grijă hârtia, după care trecm la etapa următoare numai dacă tonerul de pe hârtie s-a desprins complet.

4.2.3. Corodarea

Corodarea se realizează pentru a îndepărta cuprul rămas neacoperit de toner pentru a putea realiza conexiunile electrice între componente. Pentru corodare vom folosi clorură ferică FeCl₃. Se introduce plăcuța de sticlotextolit în clorură ferică, se așează cu partea placată în jos pentru a se depune cuprul pe fundul vazului și îl lăsăm aproximativ 15 minute la corodat. Dacă este cazul putem agita vasul pentru o corodare mai rapidă. Lucrând cu substanțe chimice, este recomandat să purtăm manuși și ochelari de protecție pentru a preveni eventualele accidente.

Figura 50 – Circuitul înainte de corodare

Figura 51 – Circuitul în baie de clorură ferică

Figura 52 – Circuitul după corodare

Următorul pas este să îndepărtăm tonerul de pe cupru cu un pic de vată îmbibată în acetonă. Acetona dizolvă tonerul și lasă suprafața curată.

Figura 53 – Circuitul după îndepărtarea tonerului

4.2.4. Dispunerea componentelor

Ca și celelalte procese, dispunerea componentelor are rolul atât de a ne ajuta să identificăm mai ușor componentele în circuit, dar și de a ne furniza informații despre componente, cum ar fi: denumiri, polaritatăți, valoari ale componentelor și multe altele. Aceasta se realizează tot prin metoda transferului de toner, excluzându-se corodarea.

Figura 54 – Circuitul după dispunerea componentelor

4.2.5. Găurirea plăcuței de sticlitextolit

În cele din urmă se poate realiza găurirea propriu zisă. Pentru găurirea acestor circuite am folosit un CNC construit de mine din materiale obișnuite achiziționate din diverse magazine și burghie de 0.8 mm, 1 mm și 3 mm pentru fixarea în carcasă.

Figura 55 – Găurirea cu ajutorul CNC-ului

Figura 56 – Circuitul imprimat după găurire. Fața pe care se pun componentele

Figura 57 – Circuit imprimat după găurire. Suprafața unde se realizează lipiturile

Datorită faptului că metodele de a realiza cablaje nu se opresc aici, am construit un circuit stereo al reducătorului dinamic de zgomot, adică un al doilea modul pentru o eficiență mult mai ridicată cu ajutorul unui CNC pe care l-am construit pentru uz personal în vederea simplificării proceselor de transfer de toner mai sus menționate. CNC-ul se bazează pe deplasarea unei freze, în cazul meu, pe cele trei axe de coordonate: OX, OY și respectiv OZ. Pentru aceste deplasări am folosit trei motoare pas cu pas, comandate fiecare de câte un driver care utilizează circuitul integrat A4899, alimentate la o sursă de tensiune de 18 V și o interfață USB bazată pe arduino pentru transferul datelor.

Figura 58 – Circuitul de comandă al CNC-ului

Figura 59 – CNC homemade

Pentru realizarea cablajelor folosesc tot programul Target 3001!, program care poate genera și fișiere de tip .cnc care conțin coordonatele și toate setările pe care utilizatorul le face în funcție de cablajul dorit, rezultat care să fie identic cu circuitul din program. Procesele de gravare, găurire și decupare se pot realiza și pe rând automat, dar și individual, în funcție de necesități.

Figura 60 – Reprezentarea în timp real a procesului de gravare în cadrul DNL-ului

Figura 61 – Gravarea sursei de alimentare

Figura 62 – Gravarea reducătorului dinamic de zgomot

După procesul de gravare, plăcuța de sticlotextolit se îngăurește, se decupează tot cu ajutorul CNC-ului, după care se realizează dispunerea componentelor la fel ca la circuitul anterior.

Figura 63 – Cablajul final realizat cu ajutorul CNC-ului

4.3. Realizarea montajelor

După ce am realizat circuitele imprimate și am achiziționat componentele necesare, putem trece la realizarea fizică a circuitelor. În această etapă vom utiliza o stație de lipit cu termostat, fludor și flux. Înainte să începem să lipim componentele, avem nevoie de schema electrică, de imaginea circuitului imprimat și bineînțeles de componentele ce urmează a fi lipite. Începem lipirea lor în ordinea înălțimii cu ștrapurile care fac legătura dintre traseele ce nu au putut avea continuitate pe întreg circuitul, rezistoarele, diodele, tranzistorii li condensatoarele. Continuăm cu lipirea componentelor sursei de alimentare în aceași ordine: ștrapurile, diodele, condensatoarele și circuitele integrate de stabilizare.

Figura 64 – Stație de lipit

Figura 65 – Sursa de tensiune stabilizată asamblată

Figura 66 – Transformatorul toroidal al sursei de tensiune

Figura 67 – Reducătorul dinamic de zgomot asamblat

Un ultim pas în realizarea completă a circuitelor este reprezentat de protejarea suprafețelor. Acest lucru se poate face prin mai multe metode, cum ar fi: stanare, prin lăcuire, prin acoperirea circuitului cu un strat de colofoniu (având și rolul de flux), prin acoperire cu solder mask (substanță verde care protejează circuitul împotriva oxidării). Protejarea suprafețelor de cupru este o etapă foarte importantă în realizarea circuitelor deoarece cuprul oxidează în timp și traseele electrice se pot întrerupe. Pentru protejarea circuitelor am folosit un spray lac protector.

Figura 68 – Lăcuirea circuitelor pentru protejarea împotriva oxidării

Capitolul 5. Concluzii

În acest capitol voi face teste pentru a observa forma de undă de la ieșirea reducătorului dinamic de zgomot în raport cu semnalul de intrare, la diferite nivele și frecvențe de intrare. Pentru a putea realiza aceste teste avem nevoie de un generator de semnal și un analizor de spectru. Eu o să folosesc programul numit Visual Analyzer atât ca generator de semnal, cât și ca analizor de spectru deoarece acesta poate costa peste 3500 RON. Acest program ne permite să utilizăm calculatorul într-un instrument de măsură în timp real, cu ajutorul plăcii audio a acestuia. Singurul dezavantaj este că semnalele au o amplitudine limitată și nu pot depăși 1 Vpp, însă, nu este imposibilă conectarea dispozitivelor cu amplitudini mai mari, acest lucru realizându-se cu ajutorul unor circuite intermediare care pot mări sau scădea amplitudinea semnalului. În montajul pregătit de lucru, din figura 69 voi folosi cabluri stereo de microfon pentru a îmbunătăți și mai mult raportul semnal zgomot al întregului montaj, dar și laptopul alimentat la bateria sa pentru a reduce și mai mult zgomotul care provine de la rețea.

Figura 69 – Montajul finalizat gata pentru testare

În figura 70 se pot observa caracteristicile procesului de redare al reducătorului dinamic de zgomot.

Figura 70 – Rezultate experimentale

Figura 71 – Câștigul în guncție de frecvență la diferite nivele de intrare a semnalului

Din graficul rezultat ne putem da seama cu ușurință nivelele la care funcționează reducătorul dinamic de zgomot. Aplicând la intrarea lui diferite nivele de semnal, se observă că la semnalele mari de la intrare, semnalele de la ieșire nu sunt afectate, iar la semnalele mici de la intrare, semnalele de la ieșire sunt atenuate din ce în ce mai mult cu cât frecvența semnalului crește. Am ales ca nivele de frecvență 1 kHz, 5 kHz, 10 kHz, 15 kHz pentru a evidenția funcționarea circuitului deoarece sistemul Dolby realizează reducerea zgomotului la frecvențe de peste 500 Hz. Concluzia principală este aceea că folosind acest circuit conectat la un pickup, magnetofon sau la orice aparat de redare a sunetului care se bazează pe utilizarea benzilor audio, putem beneficia de o calitate mult superioară a sunetului fără zgomot de fundal.

Rezumat

Sumary

Bibliografie

1. PHILIPS DNL – http://www.simplecircuitdiagram.com/2010/10/07/philips-dynamic-noise-limiter/

2. DOLBY DNR – http://greyghost.mooo.com/dnr/#what-and-how

3. REDUCATOR DINAMIC – http://www.electronique-3d.fr/Reducteur_de_bruit.html

4. UTILIZARE DBX – http://rdn.harmanpro.com/product_documents/documents/621_1324060686/140X%20Owners%20Manual_original.pdf

5. DBX VINIL, PRODUC?IE VIDEO- https://en.wikipedia.org/wiki/Dbx_(noise_reduction)

6. DNR – https://en.wikipedia.org/wiki/Dolby_noise-reduction_system

7. AUDACITY – http://wiki.audacityteam.org/wiki/Noise_Reduction

8. DOLBY B – https://www.sweetwater.com/insync/dolby-b/

9. DOLBY REDUCTION SYSTEMS – http://educypedia.karadimov.info/library/212_Dolby_B,_C_and_S_Noise_Reduction_Systems.pdf

10. DBX – http://en.wikiaudio.org/Dbx_(noise_reduction)

11. MPX – https://en.wikipedia.org/wiki/MPX_filter

12. DNL – https://de.wikipedia.org/wiki/Dynamic_Noise_Limiter

13. BETACAM – https://de.wikipedia.org/wiki/Betacam

14. AIWA AD-FF5 – http://audio-heritage.jp/AIWA/player/ad-ff5.html

15. BURMESTER – https://www.burmester.de/en/burmester/handmade-in-germany.html

16. ISTORIC DOLBY – http://www.independent.co.uk/news/obituaries/ray-dolby-obituary-inventor-whose-noise-reduction-technology-transformed-sound-reproduction-8815543.html

17. LTSPICE – http://www.linear.com/designtools/software/

18. PHILIPS DNL – http://ljmayes.pnyhost.com/comp/philips.html

19. REVISTA TEHNIUM – ANUL XIII – NR. 140

20. TARGET 3001! – http://ibfriedrich.com/en/index.html#aboutUsPage

21. TONER – https://ro.wikipedia.org/wiki/Toner

22. INGINERIE ELECTRONICĂ – https://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_engineering

23. SCHEMA BLOC DNL- http://home.mit.bme.hu/~bako/zaozeng/chapter3.htm

24. HIGH COM II – http://forum.polkaudio.com/discussion/133226/fs-nakamichi-hi-com-ii-noise-reduction-system

25. Tehnologii Electronice – Mihai Minescu și Viorel Avramescu, editura UPG 2003

Anexe