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ドルビーノイズリダクションシステム（ドルビーNR ）は、ドルビーラボラトリーズがアナログオーディオテープ録音用に開発した一連のノイズリダクションシステムの1つです。 [ 1 ]最初のものは、1965年に初めてデモされた録音スタジオ向けのプロフェッショナルな広帯域ノイズリダクションシステムであるドルビーAですが、最もよく知られているのは、比較的ノイズの多いテープサイズと速度を使用していたカセットテープで高忠実度を実用化するのに役立った、コンシューマー市場向けのスライディングバンドシステムであるドルビーB （1968年に導入）です。これは、現在でも高忠実度ステレオテーププレーヤーやレコーダーで一般的です。ノイズリダクションシステムのうち、ドルビーAとドルビーSRはプロフェッショナル用に開発されました。ドルビーB、C、Sはコンシューマー市場向けに設計されました。ドルビーHXを除いて、すべてのドルビーバリアントは、録音中にサウンドのダイナミックレンジを圧縮し、再生中にそれを拡張するコンパンディングによって機能します。
磁気テープに信号を録音する際、背景にはヒスノイズと呼ばれる低レベルのノイズが混入します。このノイズを目立たなくする方法の一つは、録音音量を上げてヒスノイズが気にならない程度にすることです。しかし、音楽の静かな部分ではヒスノイズが再び目立つようになるため、この方法は問題解決にはなりません。また、音量を均一に上げると、録音の音量が大きい部分がテープの容量を超えてしまい、「クリッピング」と呼ばれる現象が発生することがあります。
後者の問題は、より幅の広いテープを使用するか、より高速で再生することにより、より広いテープ領域に音声を録音することで解決できます。リール・トゥ・リール・テープ・システムは、幅0.25インチ（6.4 mm）のテープを標準としていました。ヒスノイズを解消し、より広いダイナミックレンジを提供するために、より高忠実度の録音には7 + 1/2インチ/秒（19 cm/秒）または15インチ/秒（38 cm/秒）の異なる速度で再生でき、長時間の録音が必要な場合は3 + 3/4インチ/秒（9.5 cm/秒）に速度を落とすことができました。ユーザーは、特定の録音のニーズに応じて、総録音時間容量と品質のトレードオフを行うことができました。
カセットテープは、当初から使いやすさと携帯性を重視して設計され、幅0.15インチ（3.8mm ）の薄いテープを使用し、 1 + 7 ⁄ 8インチ/秒（4.8cm /秒）という低速で動作しました。そのため、ヒスノイズが目立つようになりましたが、音声録音フォーマットとしての設計上、これは問題になりませんでした。しかし、小型で速度も1種類しかないため、音楽などの高音質録音に使用する場合、ユーザーがヒスノイズを簡単に解消する方法はありませんでした。1960年代後半から「低ノイズ」酸化物が使用されるようになり状況は改善されましたが、ヒスノイズはカセットテープの大きな問題として残り、音楽録音での使用を制限しました。
ドルビーノイズリダクションは、録音の音量を動的に変化させることで、ヒスノイズの問題を解決します。音量の小さい部分はヒスノイズを隠すために音量を上げる必要がありますが、音量の大きい部分は上げすぎると問題になるため、ドルビーノイズリダクションの基本概念は、録音の現在の音量に基づいて音量を動的に調整することです。音量の小さい部分は音量を上げ、音量の大きい部分は上げません。その結果、元の録音よりも音量が均一になり、音量の小さい部分が音量を上げてヒスノイズを隠す「圧縮」された録音が得られます。この一般的な概念は、ダイナミックプリエンファシスとして知られています。再生時には、音量範囲が元の音量に戻ります。このプロセスは、デエンファシスとして知られています。プリエンファシスとデエンファシスを使用する概念は、コンパンディングとして知られています。
この基本的な圧縮処理の概念に加え、ドルビーノイズリダクションシステムはさらに改良を加えています。これは、テープノイズが主に1,000Hz以上の周波数で発生するという事実を考慮に入れたもの です。ドラムのビートのように、低周波の音はしばしば大きく聞こえるため、特定の周波数にのみ圧縮処理を適用することで、元の信号の歪みの総量を減らし、問題のある周波数のみに焦点を当てることができます。ドルビー製品の違いは、主に使用する周波数の具体的なセットと、各周波数帯域に適用される元の信号音量の変更量にあります。
各帯域内では、プリエンファシスの適用量は元の信号レベルによって異なります。例えば、ドルビーBでは、低レベルの信号は10dB 増幅されますが、「ドルビーレベル」である+ 3VUの信号には信号変更は一切行われません。この2つのレベルの間では、プリエンファシスのレベルは変化します。再生時には、1kHz以上の相対的な信号成分に基づいて、逆の処理が適用されます。つまり、この周波数帯域の振幅が減少するにつれて、高周波成分は徐々に減衰され、テープ上の一定のバックグラウンドノイズも、最も目立つ場所とタイミングでレベルが低下します。
プリエンファシスとディエンファシスの2つの処理は、録音された実際のプログラム素材に関しては互いに打ち消し合うように設計されています。再生時には、入力されるテープ外の信号とノイズに対してディエンファシスのみが適用されます。再生時のディエンファシスが完了すると、出力信号のノイズが低減されます。この処理は、バックグラウンドノイズの低減以外に、リスナーに気づかれるような他の影響を生じさせることはありません。しかし、ノイズリダクションを行わずに再生すると、高周波部分が強調されるため、明らかに明るい音になります。
録音・再生回路の正確なキャリブレーションは、オリジナル番組の内容を忠実に再現するために不可欠です。キャリブレーションは、テープの品質不良、録音・再生ヘッドの汚れや位置ずれ、テープの種類や録音・複製時のテープ速度に対するバイアスレベルや周波数の不適切な使用などによって容易に狂ってしまいます。その結果、再生音がこもって聞こえたり、信号の音量レベルの変化に伴ってノイズレベルが「呼吸」するように変動したりすることがあります。
一部のハイエンド民生機器には、ドルビーキャリブレーションコントロールが搭載されています。録音時には、ドルビーレベルの基準トーンを録音し、別のトランスポートで正確な再生レベルキャリブレーションを行うことができます。再生時には、録音された同じトーンが、 VUメーターの約+3 VUの位置にドルビーロゴマークが表示されることで示されるように、同一の出力を生成するはずです。民生機器では、ドルビーレベルは200 nWb/mと定義されており、適切なレベル設定を支援するためのキャリブレーションテープが販売されていました。3ヘッドテープデッキでの録音中にテープから正確なモニタリングを行うには、両方のプロセスを同時に使用する必要があり、これを実現するための回路が「ダブルドルビー」という名称で販売されています。
ドルビー A型ノイズリダクションは、ドルビー社が1965年に発表した最初のノイズリダクションシステムです。[ 2 ] [ 3 ]これはプロのレコーディングスタジオでの使用を想定しており、マルチトラック録音が標準になったのと同時に広く受け入れられるようになりました。入力信号は、1 オクターブあたり12dBの傾斜を持つ4つのフィルターによって周波数帯域に分割され、カットオフ周波数（3dB ダウンポイント）は次のようになります。80Hzのローパス 、80Hzから3kHzまでのバンドパス、 3kHzからのハイパス、そして9kHzのもう1つのハイパス。2つのハイパスバンドからの寄与を重ね合わせることで、高周波数帯域でのノイズリダクションが大きくなります。コンパンダー回路のしきい値は-40dBで、10dBの圧縮/拡張比は2:1です。レイ・ドルビーが執筆し、1967年10月にオーディオエンジニアリング協会[ 4 ] [ 5 ]、および1968年6月/7月にAudio誌[ 6 ] [ 7 ]に掲載された記事によると、これにより約10 dBのノイズ低減効果が得られ、15 kHzでは最大15 dBまで増加する可能性がある。
ドルビー Bタイプシステムと同様に、圧縮と拡張プロセスの適切なマッチングが重要です。磁気テープの拡張（復号）ユニットのキャリブレーションでは 、Ampexなどの業界標準キャリブレーションテープで使用されている185 nWb/mの磁束レベルを使用します。これは、 テープレコーダーの再生時に0 VU、ノイズリダクションユニットのドルビーレベルに設定されます。録音（圧縮またはエンコード）モードでは、ノイズリダクションユニット内部で生成される特性トーン（ドルビートーン）が、 テープレコーダーでは0 VU、 テープでは185 nWb/mに設定されます。
ドルビーAタイプシステムは、映画の光学サウンド におけるノイズ低減方法としても一部使用されました。2004年、ドルビーAタイプのノイズ低減は、オーディオ技術の発展に永続的な影響を与えた製品やイノベーションに贈られる栄誉であるTECnology Hall of Fameに殿堂入りしました。 [ 8 ]
ドルビー Bタイプのノイズリダクションは、ドルビー Aの後に開発され、1968年に導入されました。これは、主にカセットテープ で使用するために、約9dBのノイズリダクション（A特性）を提供する単一のスライディングバンドシステムで構成されていました。ドルビーAよりもはるかにシンプルだったため、民生品への実装コストははるかに低くなりました。ドルビーB録音は、安価なポータブルカセットプレーヤーやカーカセットプレーヤーなど、ドルビーBデコーダーを搭載していない機器で再生しても問題ありません。デコーダーのディエンファシス効果がないため、高周波が強調され、音が明るく聞こえます。これは、安価な機器の「鈍い」高周波応答を補うために使用できます。ただし、ドルビーBは、一般的に3dB以上、ドルビーAよりもノイズリダクション効果が低くなります。
ドルビー Bシステムは、約 1kHz以上の周波数帯域で効果を発揮します。ノイズ低減量は、 600Hz で3dB 、 1.2kHz で6dB 、 2.4kHzで8dB 、 5kHz で10dBです 。ノイズ低減帯域の幅は可変で、信号の振幅と周波数分布の両方に反応するように設計されています。そのため、信号によるノイズの可聴変調（「ブリージング」）を引き起こすことなく、かなり低い周波数まで大幅なノイズ低減を実現できます。[ 9 ]
1970年代半ばから、ドルビー Bは市販の音楽カセットテープの標準規格となった。ただし、一部の低価格機器にはデコード回路が搭載されていなかった。現在、ほとんどの録音済みカセットテープはこの規格を採用している。VHSビデオレコーダーは、 リニアステレオ音声トラックにドルビーBを使用していた。
後に一般消費者向け規格（ドルビーCが最初）が導入される以前は、ドルビー Bに対応したカセット機器や、ドルビーBでエンコードされたカセットテープには、単に「ドルビーシステム」「ドルビー NR」と表記されるか、ドルビーのシンボルマークのみが表示されていた。この表記方法は、ドルビーCが導入された後も 、新しい規格がまだあまり知られていなかった時期には、一部のレコード会社や機器メーカーで継続されていた。
JVCのANRS [ 10 ] システムは、初期のJVCカセットデッキでドルビーBの代わりに使われていましたが、ドルビー Bと互換性があるとされています。JVCは最終的にANRS規格を廃止し、公式にドルビー Bをサポートするようになりました。一部のJVCデッキには、ノイズリダクションの切り替えスイッチに「ANRS / ドルビー B」の設定が組み合わされています。競合するコマンドシステムとしてdbxがありましたが、ドルビーシステムと互換性がなく、市場ではあまり受け入れられませんでした。
ドルビー Bに完全対応したコンパンダーが開発され、 1980年代に旧東ドイツで多くのテープレコーダーに使用されました。これはRMS（ Rauschminderungssystem 、英語:「ノイズ低減システム」）と呼ばれていました。[ 11 ]
1970年代初頭、FMラジオ 放送でドルビーNRが標準になると予想する人もおり、デコード回路を搭載したチューナーやアンプが製造された。また、ドルビーBの「パススルー」モードを備えたテープレコーダーもあった。1971年、WFMTはドルビーNRを使用した番組の送信を開始し[ 12 ]、すぐに約17局がノイズリダクションを使用して放送したが、1974年までにはすでに衰退し始めていた[ 13 ] 。ドルビーFMはドルビーBをベースにしていたが[ 14 ] 、 25μsのプリエンファシス時定数[ 15 ]と周波数選択コンパンディング方式を使用してノイズを低減した。
High Com FMと呼ばれる同様のシステムは、1979 年 7 月から 1981 年 12 月にかけてIRTによってドイツで評価され[ 16 ]、 1984 年までフィールド トライアルが行われました。これはTelefunken High Com広帯域コンパンダー システムに基づいていましたが、FM 放送で商業的に導入されることはありませんでした[ 17 ] 。もう 1 つの競合システムは、 CXに基づいていたFMXでした。
ドルビー Cタイプのノイズリダクションシステムは1980年に開発されました。[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]このシステムは、耳の感度が高く、テープヒスノイズの大部分が集中する2kHzから8kHzの領域で、約15dB のノイズリダクション（A特性）を提供します。そのノイズリダクション効果は、直列接続されたコンプレッサーとエキスパンダーの2段階（高レベルステージと低レベルステージで構成）の千鳥配置によるもので、ドルビーBよりも低周波数まで拡張されています。ドルビーBと同様に、「スライディングバンド」技術（動作周波数が信号レベルに応じて変化する）は、他のノイズリダクション技術で問題となることが多い不要なブリージングを抑制するのに役立ちます。
追加の信号処理が行われるため、ドルビー Cタイプの録音は、必要なドルビーCデコード回路を備えていない機器で再生すると、音が歪んで聞こえます 。この歪みは、再生時にドルビーBを使用することで軽減できます。ドルビーBは高周波の強度を弱める働きをするからです。
ドルビー Cタイプの処理では、心理音響的に均一なノイズフロアを維持するために、ノイズリダクションは周波数を2オクターブ下げたところから開始されます。 人間の耳がノイズに敏感でない8kHz以上の領域では、特殊なスペクトルスキューイング回路とアンチサチュレーション回路が作動します。これらの回路は、低周波と高周波の相互変調を防ぎ、大きな信号過渡現象が発生した場合のテープの飽和を抑制し、カセットテープシステムの有効ヘッドルームを拡大します。その結果、録音はよりクリアで鮮明になり、カセットメディアではこれまで欠けていた高周波特性が大幅に改善されました。高品質のテープを使用すれば、ドルビーCの特性は0dB録音レベルで20kHz までフラットになり、これは従来達成不可能だった結果です。録音が難しい箇所でも、不要な「ブリージング」効果のない、A特性72dB （400Hzで3% THD ）の信号対雑音比を実現できました。
ドルビー Cは1980年代にハイエンドのカセットデッキに初めて搭載されました。ドルビー Cを搭載した最初の市販カセットデッキはNAD 6150Cで、1981年頃に発売されました。ドルビーCは、ベータカムやUmatic SP ビデオカセットフォーマットのオーディオトラック用の業務用ビデオ機器にも使用されました。日本では、ドルビーCを搭載した最初のカセットデッキはアイワのAD-FF5でした。ドルビーC搭載カセットデッキには下位互換性のためにドルビーBも搭載されており、通常は「ドルビーBC NR」と表示されていました。
1986年に導入されたDolby SR（Spectral Recording）システムは、同社が開発した2番目のプロフェッショナル向けノイズリダクションシステムです。Dolby Aよりもはるかに積極的なノイズリダクション方式を採用しており、入力信号に応じて変化する複雑な一連のフィルターを使用して、常に録音信号を最大化しようとします。そのため、Dolby SRはDolby BやCよりも実装コストがはるかに高くなりますが、高周波帯域で 最大25 dBのノイズリダクションを実現できます。プロフェッショナル向け録音機器にのみ搭載されています。 [ 1 ] [ 21 ]
映画業界において、映画の配給用プリントに関して言えば、ドルビーAとSRのマークはドルビーサラウンド を指し、これは単なるノイズ低減方法ではなく、より重要なことに、標準の光デジタルサウンドトラックに2つの追加オーディオチャンネルをエンコードし、左、中央、右、サラウンドを提供します。
SRプリントは、旧型のドルビーA機器との互換性がかなり高い 。ドルビーSR-Dという表記は、1つのプリントにアナログのドルビーSRとデジタルのドルビーデジタル両方のサウンドトラックが収録されていることを意味する。
ドルビー Sは1989年に導入されました。ドルビーSは、1970年代の ドルビーBと同様に、市販の録音済み音楽カセットの標準規格となることを意図していましたが、コンパクトカセットがコンパクトディスクに取って代わられ、大衆向け音楽フォーマットの主流になりつつあった時期に市場に登場しました。ドルビーラボは、一般の人々のほとんどはCDとドルビーSでエンコードされたカセットの音を区別できないと主張しました。ドルビーSは主にハイエンドオーディオ機器に搭載され、広く普及することはありませんでしたが、1990年代半ばから後半にかけて製造されたいくつかの中級モデルにも搭載されました。
Dolby S は、テープ搬送機構からのノイズによる再生問題に対して、Dolby C よりもはるかに耐性があります。同様に、Dolby S は、Dolby B との再生互換性も主張されており、 Dolby S で録音した音源を古い Dolby B 機器で再生すると、ある程度のメリットが得られます。基本的には、カセット録音用に最適化された Dolby SR の短縮版であり、同じノイズ低減技術を多数使用しています。Dolby S は、低周波数で 10 dB、高周波数で最大 24 dB のノイズ低減が可能です。[ 23 ]
ドルビーCと同様に、これは単なるノイズリダクションシステムではありません。ドルビーCと同じアンチサチュレーションおよびスペクトルスキューイング技術を採用しており、テープの飽和の影響を軽減し、高録音レベルにおける高周波性能を向上させます。
磁気テープは、磁性材料のヒステリシス特性により、本質的に非線形です。アナログ信号を磁気テープに直接記録すると、この非線形性のために再生が著しく歪んでしまいます。これを克服するために、バイアスと呼ばれる高周波信号が記録信号に混合され、信号のエンベロープを線形領域に「押し込む」役割を果たします。オーディオ信号に強い高周波成分（特にハイハットシンバルなどの打楽器）が含まれている場合、これが一定のバイアスに加わり、テープの磁気飽和を引き起こします。ダイナミックバイアス、またはアダプティブバイアスは、強い高周波信号が存在する場合にバイアス信号を自動的に低減し、より高い信号レベルでの記録を可能にします。
オリジナルの Dolby HX ( HX はHeadroom eXtensionの略) は、1979 年に Dolby Laboratories の Kenneth Gundry によって発明されましたが、その固有の欠陥のために業界から拒否されました。Bang & Olufsen は同じ方向で研究を続け、その結果、1981 年に Jørgen Selmer Jensen による特許 (EP 0046410) を取得しました。[ 24 ] Bang & Olufsen はすぐに HX-Pro を Dolby Laboratories にライセンス供与し、自社の Beocord 9000 カセット テープ デッキを保護するために、消費者向け製品での使用について数年間の優先期間を規定しました。[ 25 ] [ 26 ] 1980 年代半ばまでに、Bang & Olufsen のシステムは、Dolby Laboratories を通じて販売され、Dolby HX Pro という名前で業界標準となりました。
HX-Proは録音プロセス中にのみ適用されます。信号対雑音比の向上は、テープを再生するテープデッキの種類に関係なく得られるため、HX-Proはドルビー A、B、C、Sのようなノイズリダクションシステムとは異なりますが、テープの非線形性を低減することでノイズリダクションのエンコード/デコード時のトラッキング精度向上に役立ちます。一部のレコード会社は、1980年代後半から1990年代初頭にかけて、HX-Pro対応の録音済みカセットテープを発売しました。
プロフェッショナル用途およびコンシューマー用途におけるデジタルオーディオの普及（例：コンパクトディスク、音楽ダウンロード、音楽ストリーミング）により、アナログオーディオ制作は以前ほど一般的ではなくなり、そのためドルビーはドルビービジョンに注力するようになったが、ドルビーのアナログノイズリダクションシステムは、ニッチなアナログ制作環境では依然として広く使用されている。
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