نظام دولبي للحد من الضوضاء

نظام دولبي للحد من الضوضاء ( Dolby NR ) هو أحد أنظمة الحد من الضوضاء التي طورتها مختبرات دولبي لاستخدامها في تسجيل الصوت التناظري على أشرطة الكاسيت. ^{[ 1 ]} كان أولها نظام دولبي A ، وهو نظام احترافي واسع النطاق للحد من الضوضاء مخصص لاستوديوهات التسجيل ، وقد عُرض لأول مرة عام 1965. أما النظام الأكثر شهرة فهو دولبي B (الذي طُرح عام 1968)، وهو نظام نطاق منزلق موجه للسوق الاستهلاكية، وقد ساهم في جعل الصوت عالي الدقة عمليًا على أشرطة الكاسيت ، التي كانت تستخدم شريطًا بحجم وسرعة عاليين نسبيًا. ولا يزال هذا النظام شائعًا في مشغلات ومسجلات أشرطة الاستريو عالية الدقة حتى يومنا هذا. من بين أنظمة الحد من الضوضاء، طُوّر نظاما دولبي A ودولبي SR للاستخدام الاحترافي، بينما صُممت أنظمة دولبي B و C و S للسوق الاستهلاكية. باستثناء دولبي HX ، تعمل جميع أنظمة دولبي بتقنية الضغط والتمديد : حيث يتم ضغط النطاق الديناميكي للصوت أثناء التسجيل، وتوسيعه أثناء التشغيل.

كان نظام دولبي  A-type لتقليل الضوضاء أول نظام من نوعه لشركة دولبي، وقد طُرح عام 1965. ^{[ 2 ] [ 3 ]} صُمم هذا النظام للاستخدام في استوديوهات التسجيل الاحترافية، حيث أصبح شائع الاستخدام، وحظي بقبول واسع النطاق بالتزامن مع اعتماد التسجيل متعدد المسارات كمعيار. تُقسّم إشارة الإدخال إلى نطاقات ترددية بواسطة أربعة مرشحات  بانحدار 12 ديسيبل لكل أوكتاف، مع ترددات قطع (نقاط انخفاض 3  ديسيبل) كالتالي: مرشح تمرير منخفض عند 80  هرتز؛ مرشح تمرير نطاقي من 80  هرتز إلى 3  كيلوهرتز؛ مرشح تمرير عالي من 3 كيلوهرتز؛ ومرشح تمرير عالي  آخر عند 9 كيلوهرتز. يسمح تجميع مساهمات نطاقي التمرير العالي بتقليل الضوضاء بشكل أكبر في الترددات العليا. تحتوي دائرة الضغط والتوسيع على عتبة -40 ديسيبل، بنسبة 2 :1 لضغط/توسيع بمقدار 10 ديسيبل. يوفر هذا حوالي 10 ديسيبل من تقليل الضوضاء، ويزداد إلى 15 ديسيبل عند 15 كيلو هرتز، وفقًا لمقالات كتبها راي دولبي ونشرتها جمعية هندسة الصوت في أكتوبر 1967 ^{[ 4 ] [ 5 ]} ومجلة الصوت في يونيو/يوليو 1968. ^{[ 6 ] [ 7 ]}      

كما هو الحال مع نظام دولبي  من النوع B، يُعدّ التوافق الصحيح بين عمليتي الضغط والتمديد أمرًا بالغ الأهمية. تستخدم معايرة وحدة التمديد (فك التشفير) للشريط المغناطيسي مستوى تدفق يبلغ 185  نانوويبر/متر، وهو المستوى المستخدم في أشرطة المعايرة الصناعية مثل تلك التي تنتجها شركة أمبكس؛ ويتم ضبط هذا المستوى على 0  وحدة قياس صوتية (VU) في مشغل مسجل الشريط، وعلى مستوى دولبي في وحدة تقليل الضوضاء. في وضع التسجيل (الضغط أو التشفير)، يتم ضبط نغمة مميزة (نغمة دولبي) مُولّدة داخل وحدة تقليل الضوضاء على 0 وحدة قياس صوتية  (VU) في مسجل الشريط، وعلى 185  نانوويبر/متر على الشريط.

شهد نظام دولبي  من النوع A استخدامًا أيضًا كطريقة لتقليل الضوضاء في الصوت البصري للأفلام. في عام 2004، أُدرج نظام دولبي من النوع A لتقليل الضوضاء في قاعة مشاهير التكنولوجيا ، وهو تكريم يُمنح "للمنتجات والابتكارات التي كان لها تأثير دائم على تطوير تكنولوجيا الصوت". ^{[ 8 ]}

 طُوِّرت تقنية دولبي B للحد من الضوضاء بعد تقنية دولبي  A، وطُرحت في عام 1968. وتتكون من نظام نطاق منزلق واحد يوفر حوالي 9  ديسيبل من خفض الضوضاء ( مع ترجيح A )، وكان مخصصًا بشكل أساسي للاستخدام مع أشرطة الكاسيت . كانت أبسط بكثير من دولبي  A، وبالتالي أقل تكلفة بكثير في المنتجات الاستهلاكية.  تُعد تسجيلات دولبي B مقبولة عند تشغيلها على أجهزة لا تحتوي على  وحدة فك تشفير دولبي B، مثل مشغلات الكاسيت المحمولة والسيارات الرخيصة. بدون تأثير إزالة التشديد لوحدة فك التشفير، سيُسمع الصوت أكثر سطوعًا نظرًا لتركيز الترددات العالية، وهو ما يمكن استخدامه لتعويض استجابة الترددات العالية "الخافتة" في الأجهزة الرخيصة. ومع ذلك،  توفر دولبي B خفضًا أقل فعالية للضوضاء من دولبي  A، عادةً بأكثر من 3  ديسيبل.

 يعمل نظام دولبي بي بكفاءة بدءًا من  تردد 1 كيلوهرتز تقريبًا؛ حيث يوفر تقليلًا للضوضاء بمقدار 3  ديسيبل عند 600  هرتز، و6  ديسيبل عند 1.2  كيلوهرتز، و8  ديسيبل عند 2.4  كيلوهرتز، و10  ديسيبل عند 5  كيلوهرتز. يتميز نطاق تقليل الضوضاء بتغير عرضه، إذ صُمم ليستجيب لكلٍ من سعة الإشارة وتوزيع ترددها. وبالتالي، يُمكن الحصول على تقليل ملحوظ للضوضاء حتى عند ترددات منخفضة جدًا دون إحداث أي تعديل مسموع للضوضاء بفعل الإشارة ("التنفس"). ^{[ 9 ]}

منذ منتصف سبعينيات القرن الماضي،  أصبح نظام دولبي بي معيارًا في أشرطة الكاسيت الموسيقية المسجلة تجاريًا، على الرغم من أن بعض الأجهزة منخفضة الجودة كانت تفتقر إلى دوائر فك التشفير. وتستخدم معظم أشرطة الكاسيت المسجلة مسبقًا هذا النوع. كما استخدمت مسجلات الفيديو VHS  نظام دولبي بي في مسارات الصوت الاستريو الخطي.

قبل طرح الإصدارات الاستهلاكية اللاحقة (  وكانت تقنية دولبي سي أولها)،  كانت أجهزة تشغيل الكاسيت التي تدعم تقنية دولبي بي والكاسيتات المشفرة بها تحمل ببساطة عبارة "نظام دولبي" أو "دولبي  بدون نطق"، أو شعار دولبي فقط. واستمر هذا النهج لدى بعض شركات إنتاج التسجيلات ومصنعي الأجهزة حتى بعد  طرح تقنية دولبي سي، خلال الفترة التي كانت فيها هذه التقنية الجديدة غير معروفة على نطاق واسع.

يُعتبر نظام ANRS ^{[ 10 ]} من JVC ، الذي استُخدم بدلاً من Dolby B في أجهزة تشغيل الكاسيت القديمة من JVC، متوافقًا مع Dolby B. تخلّت JVC لاحقًا عن معيار ANRS لصالح دعم Dolby B الرسمي ؛ وتوجد بعض أجهزة تشغيل JVC التي تحتوي مفاتيح تقليل الضوضاء فيها على إعداد "ANRS / Dolby B" مُدمج . كان هناك نظام تحكم منافس آخر هو dbx ، لكنه لم يكن متوافقًا مع أنظمة Dolby ولم يحظَ بقبول واسع في السوق.     

دولبي إف إم

في أوائل سبعينيات القرن العشرين، توقع البعض  أن يصبح نظام دولبي للحد من الضوضاء (Dolby NR) معيارًا في بث إذاعات FM ، وتم تصنيع بعض أجهزة الاستقبال ومكبرات الصوت مزودة بدوائر فك التشفير؛ كما وُجدت بعض مسجلات الأشرطة المزودة  بوضع "تمرير" دولبي B. في عام 1971، بدأت محطة WFMT بث برامجها بنظام دولبي للحد من الضوضاء  ، ^{[ 12 ]} وسرعان ما انضمت إليها حوالي 17 محطة أخرى، لكن بحلول عام 1974، بدأ هذا النظام بالتراجع. ^{[ 13 ]}  استند نظام دولبي FM إلى دولبي  B، ^{[ 14 ]} ولكنه استخدم  ثابتًا زمنيًا معدلًا للتشديد المسبق يبلغ 25 ميكروثانية ^{[ 15 ]} ونظام ضغط وتوسيع انتقائي للتردد لتقليل الضوضاء.

تم تقييم نظام مشابه يُدعى High Com FM في ألمانيا بين يوليو 1979 وديسمبر 1981 من قِبل معهد أبحاث الراديو (IRT) ، ^{[ 16 ]} وخضع لتجارب ميدانية حتى عام 1984. وقد استند هذا النظام إلى نظام Telefunken High Com ذي النطاق العريض، ولكنه لم يُطرح تجاريًا في بث FM. ^{[ 17 ]} وكان هناك نظام منافس آخر هو FMX ، الذي استند إلى نظام CX .

 طُوّر نظام دولبي سي لتقليل الضوضاء عام ١٩٨٠. ^{[ ١٨ ] [ ١٩ ] [ ٢٠ ]} يوفر هذا النظام  تقليلًا للضوضاء بمقدار ١٥ ديسيبل تقريبًا ( مُرجّحًا A ) في نطاق الترددات من ٢  كيلوهرتز إلى ٨  كيلوهرتز، حيث تكون الأذن شديدة الحساسية ويتركز معظم تشويش الشريط. وينتج تأثير تقليل الضوضاء فيه عن الترتيب المتداخل ثنائي المستوى (يتكون من مرحلة عالية المستوى ومرحلة منخفضة المستوى) للضواغط والموسعات المتصلة على التوالي، مع امتداد إلى ترددات أقل من دولبي  بي. وكما هو الحال في دولبي  بي، تساعد تقنية "النطاق المنزلق" (حيث يتغير تردد التشغيل بتغير مستوى الإشارة) على كبح التنفس غير المرغوب فيه ، والذي غالبًا ما يمثل مشكلة في تقنيات تقليل الضوضاء الأخرى.

نتيجةً لمعالجة الإشارة الإضافية،  ستبدو تسجيلات دولبي سي مشوّهة عند تشغيلها على أجهزة لا تحتوي على  دوائر فك تشفير دولبي سي المطلوبة. يمكن التخفيف من حدة هذا الصوت باستخدام دولبي بي أثناء التشغيل، والذي يعمل على تقليل قوة الترددات العالية.

مع  معالجة دولبي من النوع C، يبدأ تقليل الضوضاء عند تردد أقل بمقدار أوكتافين، وذلك للحفاظ على مستوى ضوضاء متجانس من الناحية النفسية الصوتية. في المنطقة فوق 8  كيلوهرتز، حيث تكون الأذن أقل حساسية للضوضاء، تدخل حيز التنفيذ دوائر خاصة لتعديل الطيف ومقاومة التشبع. تمنع هذه الدوائر التداخل بين الترددات المنخفضة والعالية، وتكبح تشبع الشريط عند وجود إشارات عابرة كبيرة، وتزيد من النطاق الديناميكي الفعال لنظام شريط الكاسيت. ونتيجة لذلك، تصبح التسجيلات أنقى وأكثر وضوحًا مع استجابة محسّنة بشكل كبير للترددات العالية، وهو ما كان يفتقر إليه وسيط الكاسيت سابقًا. مع شريط عالي الجودة،  يمكن أن تكون استجابة دولبي C مسطحة حتى 20  كيلوهرتز عند مستوى تسجيل 0  ديسيبل، وهي نتيجة لم تكن ممكنة من قبل. كان من الممكن الحصول على نسبة إشارة إلى ضوضاء مرجحة A تبلغ 72  ديسيبل (بالنسبة إلى 3٪  THD عند 400  هرتز) بدون تأثيرات "التنفس" غير المرغوب فيها، حتى في المقاطع التي يصعب تسجيلها.

ظهرت تقنية دولبي  سي لأول مرة في أجهزة تشغيل الكاسيت المتطورة في ثمانينيات القرن الماضي. وكان أول جهاز تشغيل كاسيت متوفر تجاريًا مزودًا بهذه  التقنية هو NAD 6150C، الذي طُرح في الأسواق حوالي عام 1981.  كما استُخدمت دولبي سي في معدات الفيديو الاحترافية للمسارات الصوتية لأشرطة الفيديو من نوعي بيتاكام ويوماتيك إس بي . وفي اليابان، كان أول جهاز تشغيل كاسيت مزود بتقنية دولبي  سي هو AD-FF5 من شركة آيوا .  وتضمنت أجهزة تشغيل الكاسيت المزودة بتقنية دولبي سي أيضًا تقنية دولبي  بي للتوافق مع الإصدارات السابقة، وكانت تُعرف عادةً باسم "دولبي بي سي إن آر".

نظام دولبي  إس آر (التسجيل الطيفي)، الذي طُرح عام ١٩٨٦، كان ثاني نظام احترافي لتقليل الضوضاء من إنتاج الشركة. وهو نظام أكثر فعالية من دولبي  إيه في تقليل الضوضاء، إذ يسعى إلى رفع مستوى الإشارة المسجلة إلى أقصى حد ممكن باستخدام سلسلة معقدة من المرشحات التي تتغير وفقًا لإشارة الإدخال. ونتيجة لذلك، يُعدّ تطبيق دولبي إس آر أكثر تكلفة بكثير من دولبي  بي أو سي، ولكنه  قادر على توفير ما يصل إلى ٢٥  ديسيبل من تقليل الضوضاء في نطاق الترددات العالية. وهو متوفر فقط في أجهزة التسجيل الاحترافية. ^{[ ١ ] [ ٢١ ]}

في صناعة الأفلام، فيما يتعلق بتوزيع نسخ الأفلام،  تشير علامتا Dolby A و SR إلى Dolby Surround ، وهي ليست مجرد طريقة لتقليل الضوضاء، ولكن الأهم من ذلك أنها تشفر قناتين صوتيتين إضافيتين على المسار الصوتي البصري القياسي ، مما يوفر اليسار والوسط واليمين والمحيط.

تتميز نسخ SR بتوافقها الجيد مع  أجهزة Dolby A القديمة. ويشير رمز Dolby SR-D إلى وجود مسارين صوتيين، أحدهما تناظري Dolby SR والآخر رقمي Dolby Digital، في نسخة واحدة.

 طُرحت تقنية دولبي إس عام ١٩٨٩. وكان الهدف منها  أن تصبح معيارًا في أشرطة الكاسيت الموسيقية التجارية المسجلة مسبقًا، كما  حدث مع دولبي بي في سبعينيات القرن الماضي، إلا أنها ظهرت في السوق بالتزامن مع استبدال الكاسيت بالقرص المضغوط كصيغة الموسيقى الأكثر رواجًا في السوق الجماهيري. وادّعت شركة دولبي لابز أن معظم عامة الناس لا يستطيعون التمييز بين صوت القرص المضغوط وصوت شريط الكاسيت المُشفّر بتقنية دولبي إس. ظهرت دولبي إس في الغالب في أجهزة الصوت المتطورة، ولم تُستخدم على نطاق واسع، على الرغم من أنها وصلت إلى بعض الطرازات متوسطة الجودة التي صُنعت خلال منتصف إلى أواخر تسعينيات القرن الماضي.  

يُعدّ نظام دولبي  إس أكثر مقاومةً لمشاكل التشغيل الناتجة عن التشويش في آلية نقل الشريط مقارنةً بنظام دولبي  سي. كما  زُعم أن دولبي إس متوافق مع دولبي  بي، حيث  يمكن تشغيل تسجيلات دولبي إس على  أجهزة دولبي بي القديمة مع بعض التحسينات. وهو في الأساس نسخة مُصغّرة من دولبي  إس آر مُحسّنة خصيصًا لتسجيل الكاسيت، ويستخدم العديد من تقنيات تقليل التشويش نفسها.  يتميز دولبي إس بقدرته على  تقليل التشويش بمقدار 10 ديسيبل عند الترددات المنخفضة، وما يصل إلى 24  ديسيبل عند الترددات العالية. ^{[ 23 ]}

كما هو الحال مع تقنية دولبي سي، فهي ليست مجرد نظام لتقليل الضوضاء. فهي تستخدم نفس تقنيات مكافحة التشبع وتشويه الطيف المستخدمة في دولبي سي، مما يقلل من تأثيرات تشبع الشريط ويسمح بتحسين أداء الترددات العالية عند مستويات التسجيل العالية.

الشريط المغناطيسي غير خطي بطبيعته بسبب التخلف المغناطيسي للمادة المغناطيسية. إذا سُجِّلَت إشارة تناظرية مباشرةً على شريط مغناطيسي، فسيكون إعادة إنتاجها مشوهًا للغاية بسبب هذه اللاخطية . وللتغلب على ذلك، تُضاف إشارة عالية التردد، تُعرف باسم الانحياز، إلى الإشارة المسجلة، مما يدفع غلاف الإشارة إلى المنطقة الخطية. إذا احتوت الإشارة الصوتية على محتوى قوي عالي التردد (خاصةً من آلات الإيقاع مثل الصنج )، فإن هذا يزيد من الانحياز الثابت، مما يُسبب تشبعًا مغناطيسيًا على الشريط. يعمل الانحياز الديناميكي، أو التكيفي، على تقليل إشارة الانحياز تلقائيًا في وجود إشارات عالية التردد قوية، مما يُتيح التسجيل بمستوى إشارة أعلى.

تم اختراع نظام دولبي إتش إكس الأصلي، حيث يرمز إتش إكس إلى "توسيع نطاق الصوت" ، عام 1979 على يد كينيث غوندري من مختبرات دولبي، إلا أنه رُفض من قِبل الصناعة بسبب عيوبه الجوهرية. واصلت شركة بانغ آند أولفسن العمل في الاتجاه نفسه، مما أسفر عن حصول يورغن سيلمر جنسن على براءة اختراع عام 1981 (EP 0046410). ^{[ 24 ]} قامت بانغ آند أولفسن على الفور بترخيص نظام إتش إكس برو لمختبرات دولبي، مع تحديد فترة أولوية تمتد لعدة سنوات لاستخدامه في المنتجات الاستهلاكية، وذلك لحماية جهاز تسجيل أشرطة الكاسيت الخاص بها، بيوكورد 9000. ^{[ 25 ] [ 26 ]} وبحلول منتصف ثمانينيات القرن العشرين، أصبح نظام بانغ آند أولفسن، الذي تم تسويقه من خلال مختبرات دولبي، معيارًا صناعيًا تحت اسم دولبي إتش إكس برو.

لا يُطبّق نظام HX-Pro إلا أثناء عملية التسجيل. وتتوفر نسبة الإشارة إلى الضوضاء المحسّنة بغض النظر عن جهاز تشغيل الشريط، ولذلك لا يُعدّ HX-Pro نظامًا لتقليل الضوضاء بنفس طريقة أنظمة Dolby  A وB وC وS، مع أنه يُسهم في تحسين دقة تتبع ترميز/فك ترميز تقليل الضوضاء عن طريق الحدّ من عدم خطية الشريط. وقد أصدرت بعض شركات التسجيل أشرطة كاسيت مُسجّلة مسبقًا بنظام HX-Pro خلال أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات.

أدى الانتشار الواسع للصوت الرقمي في التطبيقات المهنية والاستهلاكية (مثل الأقراص المدمجة، وتنزيل الموسيقى ، وبث الموسيقى) إلى جعل إنتاج الصوت التناظري أقل انتشارًا، وبالتالي غيّر تركيز دولبي على تقنية دولبي فيجن ، ولكن أنظمة دولبي لتقليل الضوضاء التناظرية لا تزال تستخدم على نطاق واسع في بيئات الإنتاج التناظرية المتخصصة.

• محدد الضوضاء الديناميكي ، وهو نظام لتقليل الضوضاء خاص بالتشغيل فقط، وغالبًا ما يتم الخلط بينه وبين تقنية دولبي.
• نظام dbx (تقليل الضوضاء) ، وهو نظام منافس
• نظام هاي كوم المنافس

• شركة دولبي لابوراتوريز
• بعض الجوانب غير المعروفة جيدًا للشريط التناظري - فيما يتعلق بتقنية Dolby-HX/HX-Pro ، مؤتمر AES مارس 1990، بقلم أرندت كلينجلنبرغ
• نظرة عامة على نظام دولبي وأنظمة الحد من الضوضاء الأخرى، بقلم ريتشارد هيس