Денойзеры

Этот процесс и является именно шумоподавлением в его исходном смысле, т. е. применяется для удаления шумов с уже готовых фонограмм, записанных давно и без специальных приемов удаления шумов.

При этом сигнал обрабатывается как бы «с одной стороны», а именно – при его воспроизведении. По принятой терминологии такие шумоподавители именно так и называются – single-ended, «односторонние».

Самым первым был простейший noise-gate, блокировавший прохождение сигналов в паузах фонограммы. Он действовал как простой выключатель – либо полностью пропускал входной сигнал на выход, либо полностью же его подавлял.

Однако, несмотря на свою полезность во многих случаях, реального подавления шумов он не осуществлял. А иногда даже наоборот, делал их субъективно более заметными – когда после достигнутой его усилиями абсолютной тишины начинало звучать тихое место фонограммы, на котором шумы как раз наиболее заметны.

По мере развития схемотехники конструкции гейтов (ключей) постепенно усложнялись, появилась возможность плавного их открытия и закрытия, но полностью устранить указанное явление тем не менее не удалось, и в настоящее время гейты для целей уменьшения шумов практически не применяются.

Чтобы избавиться от описанного эффекта и получить более приятное на слух уменьшение шумов, многими фирмами были разработаны самые различные системы шумоподавления, в основном для прослушивания записей с магнитофонов, такие как, например, DNL (Dynamic Noise Limiter), и многие другие.

Однако, несмотря на различные названия, все они работали примерно одинаково – происходило ослабление ВЧ-составляющих обрабатываемого сигнала в том случае, если само устройство обработки решало, что их уровень в исходном сигнале достаточно мал, и ими можно пренебречь.

По сути, это был самый обычный ВЧ-регулятор тембра, но работающий только на ослабление, по принципу «если высоких частот много, то их не трогаем, а если мало – то делаем ещё меньше».

Для прослушивания записей это давало приемлемый эффект. Таким образом, описанные выше устройства хоть и обеспечивали в ряде случаев б о льший комфорт для слушателей, но, тем не менее, проблему реального уменьшения шумов не решали.

Реальный прорыв в этой области был достигнут после изобретения первого настоящего шумоподавителя, в котором для уменьшения шумов применялся скользящий адаптивный фильтр, который изменял полосу своего пропускания в зависимости от спектра обрабатываемого сигнала.

Наиболее известное отечественное устройство такого рода – это динамический фильтр «Маяк», которым оснащались некоторые советские магнитофоны. К сожалению, из-за ряда конструктивных недоработок эти фильтры часто существенно портили звучание обрабатываемого сигнала, хотя при правильной настройке и регулировке они могут прекрасно работать. Это доказали западные производители, начавшие массовый выпуск таких устройств уже лет 20 тому назад, и не прекращающие его даже сейчас, в компьютерную эпоху.

Это связано с громоздкостью компьютеров и тем, что большинство программ просто не работают в реальном времени или не приспособлены для непосредственной обработки входящего сигнала и подачи его на выход без существенной задержки.

Как уже сказано, сердцем денойзера является особый фильтр, изменяющий полосу своего пропускания в зависимости от спектра обрабатываемого сигнала. Управляющая этим фильтром электронная схема постоянно анализирует входной сигнал, и на основе этого анализа перестраивает параметры фильтра таким образом, чтобы обеспечить максимально благоприятные условия для передачи полезных составляющих сигнала, и одновременно – максимально ослабить его мешающие, шумовые компоненты.

Практически все серийно выпускаемые денойзеры в качестве самого фильтра применяют только один фильтр – фильтр низких частот (ФНЧ, или Lo-Pass). Он обрезает все высокочастотные помехи, которые лежат за пределами полосы частот, занимаемой полезным сигналом, и не маскируются им.

Суть процесса маскировки поясняется рис. 8.1. На этом рисунке приведены несколько колоколообразных кривых, показывающих величины маскировки в зависимости от величины тестового сигнала. В качестве него используется синусоидальный тон частотой 1000 Гц, а цифры на кривых – обозначают уровень тестового сигнала.

Рис. 8.1. Процесс маскировки

Рассмотрим для примера одну из кривых – например, ту, которая соответствует уровню тестового сигнала в 80 дБ, это вторая кривая сверху. Она показывает, что в описанных условиях все сигналы, лежащие ниже этой кривой, слухом не воспринимаются. Таким образом, сигнал помехи с частотой около 2 кГц и уровнем порядка 40 дБ, находящийся близко к тестовому, как бы «попадает в его тень» (полосу маскировки), и слухом не воспринимается. Если же сигнал помехи имеет частоту около 8 кГц и уровень всего в 10 дБ, то он уже не попадает в полосу маскировки, и будет вполне отчётливо восприниматься слухом.

Однако при уровне полезного сигнала в 80 дБ приведённый выше сигнал помехи будет меньше него на целых 70 дБ. (Если изложить это в терминах искажений – то величина будет составлять всего 0, 03 %)

Вполне очевидно, что столь малой величиной можно достаточно спокойно пренебречь. Таким образом, если в описанных условиях вместе с полезным сигналом будет присутствовать шум с уровнем порядка 10 дБ, и такой суммарный сигнал будет пропущен сквозь обрезной фильтр с граничной частотой около 6 кГц, то, как следует из графика, шумы будут вообще не слышны.

При таком подходе добавление второго перестраиваемого фильтра для удаления НЧ-составляющих шума для повышения эффективности шумоподавителя не имеет смысла.

Во-первых, кривые маскировки для частот, лежащих ниже полезной (на графике – они левее частоты тестового сигнала), имеют гораздо более резкий спад. На практике это означает, что частота среза фильтра, который ограничивал бы полосу пропускания снизу, должна быть гораздо ближе к частоте полезного сигнала, чем в ранее рассмотренном примере. Это влечёт за собой неизбежное увеличение сложности управляющей схемы. Казалось бы, само по себе и не очень страшно, если не считать существенного удорожания прибора.

Но, кроме точности управления фильтром по частоте, необходимо ещё обеспечить и достаточное быстродействие, чтобы при быстро возникающем низкочастотном звуке его начальная часть (атака) не была бы «съедена» прибором. А вот это уже попросту невозможно, т. к. при большой скорости изменения АЧХ фильтра он будет сам вносить искажения в сигнал, поскольку скорость его перестройки становится уже сопоставимой со скоростью изменения низкочастотного сигнала, точнее – с его периодом.

Все вышеизложенные причины и привели к тому, что во всех денойзерах отдельного фильтра для обрезки НЧ-шумов нет.

Таким образом, АЧХ денойзера имеет вид АЧХ НЧ-фильтра, частота среза которого изменяется от некоторого начального значения до полной полосы частот всего звукового диапазона. Она тем шире, чем больше уровень входного сигнала, и чем выше наивысшая частота, присутствующая во входном сигнале. Это иллюстрирует рис. 8.2, на котором сплошной линией изображена АЧХ денойзера в отсутствие сигнала, либо при наличии только слабых низкочастотных сигналов.

Рис. 8.2. АЧХ денойзера

Пунктирными линиями здесь же изображены те АЧХ, которые будут иметь место при более сильных или более широкополосных сигналах, а стрелкой – направление изменения АЧХ при увеличении уровня и/или расширении спектра входного сигнала.

Для обеспечения возможности успешно работать с самыми различными звуковыми сигналами в хороших приборах, помимо автоматики, предусматриваются и некоторые ручные регулировки.

Обычно их три:

1) начальная частота среза фильтра при отсутствии сигнала Cut-off,

2) скорость закрывания фильтра Release;

3) регулятор чувствительности Threshold.

Иногда ещё к ним добавляется возможность изменения жёсткости порога срабатывания – переключатель Soft/Hard.