ドルビーノイズリダクションシステム

ドルビー361 A型ノイズ低減モジュール
製品タイプ	オーディオ技術
所有者	ドルビーラボラトリーズ
国	イギリス アメリカ
紹介された	1965
関連ブランド	ドルビーステレオ（1976年以降） ドルビーデジタル（1986年以降）
市場	全世界
以前の所有者	レイ・ドルビー
Webサイト	ドルビー公式サイト

ドルビーノイズリダクションシステム（Dolby NR ）は、ドルビー研究所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つである。 ^[1]最初のものはドルビーAで、1965年に初めて実証されたレコーディングスタジオ向けの業務用広帯域ノイズリダクションシステムであったが、最もよく知られているのはドルビーB（1968年に導入）で、消費者市場向けのスライディングバンドシステムであり、比較的ノイズの多いテープサイズと速度を使用するカセットテープで高忠実度を実現するのに役立った。ドルビーは2016年現在、新しいカセットデッキへの技術のライセンス供与を中止しているが、今日まで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ある。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は業務用に開発された。ドルビーB、C、Sは消費者市場向けに設計された。 Dolby HX を除くすべての Dolby 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、再生中に拡張する コンパンディングによって動作します。

磁気テープに信号を録音する場合、バックグラウンドにヒスノイズのような低レベルのノイズが発生します。この問題の解決策の 1 つは、より多くの信号とより少ないノイズを記録する低ノイズテープを使用することです。他の解決策としては、テープを高速で再生するか、より幅の広いテープを使用することです。カセットテープは、もともと、非常に狭いテープを1 秒という非常に遅い速度で再生することで、忠実度を犠牲にして音声を録音する利便性を実現するように設計されました。+7 ⁄ 8 インチ/秒（4.8 cm/秒）のシンプルなプラスチックシェルに収納された15インチ/秒（38 cm/秒）または7+1 ⁄ 2 インチ/秒（19 cm/秒）のテープ速度は高忠実度用で、 3+3 ⁄ 4 インチ/秒 (9.5 cm/秒) では忠実度が低くなります。カセットテープはトラックが狭く速度が遅いため、テープ ヒスが非常に深刻な問題になります。

ドルビー ノイズ リダクションは、録音時に使用するダイナミックプリエンファシスの一種で、再生時に使用するダイナミックディエンファシスの一種です。これらは連携して動作し、信号対雑音比を改善します。信号対雑音比とは、単に音楽信号が、信号のないテープ ノイズの低レベルと比較してどの程度大きいかを示すものです。音楽が大音量のときは、バックグラウンドのヒス ノイズ レベルは目立ちませんが、音楽が小音量または静寂のときは、聞こえるもののほとんどまたはすべてがノイズです。録音レベルを調整して音楽が常に大音量になるようにすると、低レベルのノイズは聞こえなくなります。

この目的を達成するには、録音の音量を上げるだけでは不十分です。テープには録音できる最大音量があるため、すでに大きな音は歪んでしまいます。元の素材が大きくない場合にのみ録音の音量を上げ、再生時に同じ量だけ音量を下げて、信号が元の音量レベルに戻るようにするという考え方です。再生時に音量を下げると、ノイズ レベルも同じ量だけ下がります。音量を上げて固有のノイズを圧倒するというこの基本概念は、プリエンファシスと呼ばれ、多くの製品に採用されています。

この基本概念に加えて、ドルビー ノイズ リダクション システムには、さらにもう 1 つの改良点があります。これは、テープ ノイズが主に 1,000 Hz を超える周波数で聞こえるという事実を考慮したものです。ドラムのビートのように、低周波の音の方が大きく聞こえることが多いため、特定の周波数にのみ圧縮を適用することで、元の信号の歪みの総量を減らし、問題のある周波数にのみ焦点を当てることができます。さまざまなドルビー製品の違いは、使用する周波数の正確なセットと、各周波数帯域に適用される元の信号ボリュームの修正量に大きく表れています。

各バンド内で適用されるプリエンファシスの量は、元の信号ボリュームによって異なります。たとえば、ドルビー B では、低レベル信号は 10  dB増幅されますが、「ドルビー レベル」、+3  VUの信号はまったく信号変更を受けません。2 つの制限の間では、さまざまなレベルのプリエンファシスが適用されます。再生時には、1 kHz を超える相対信号成分に基づいて、反対のプロセス (デエンファシス) が適用されます。したがって、信号のこの部分の振幅が減少するにつれて、高周波数は次第に減衰され、テープ上の一定のバックグラウンド ノイズのレベルも、最も目立つ場所と場所で減少します。

2 つのプロセス (プリエンファシスとデエンファシス) は、実際に録音されたプログラム素材に関する限り、互いに打ち消し合うことを目的としています。再生中は、オフテープ信号とノイズに対してデエンファシスのみが適用されます。再生デエンファシスが完了すると、出力信号の明らかなノイズが低減されます。このプロセスでは、バックグラウンド ノイズの低減以外に、リスナーが気付くような効果は発生しません。ただし、ノイズ低減なしで再生すると、明らかに明るいサウンドが生成されます。

録音および再生回路の正しい調整は、元のプログラム コンテンツを忠実に再生するために不可欠です。テープ品質の悪さ、録音/再生ヘッドの汚れや位置ずれ、テープ構成に対する不適切なバイアスレベル/周波数の使用、録音または複製時のテープ速度などにより、調整が簡単に狂う可能性があります。このため、再生時に音がこもったり、信号の音量レベルが変化するとノイズ レベルが 「ブリージング」したりすることがあります。

一部のハイエンドの民生機器には、ドルビー キャリブレーション コントロールが含まれています。録音時には、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ために、ドルビー レベルの基準トーンを録音できます。再生時には、同じ録音トーンから同一の出力が生成されます。これは、VU メーターの約 +3 VU にドルビー ロゴ マークで示されます。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、正しいレベル設定を行うためのキャリブレーション テープが用意されています。3 ヘッド テープ デッキで録音中にテープから離れた場所で正確にモニタリングするには、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は「ダブル ドルビー」というラベルで販売されています。

ドルビーAタイプ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した。^{[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たもので、}マルチトラック録音が標準となったのと同時に広く受け入れられ、一般的になりました。入力信号は、12 dB/オクターブの傾斜を持つ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（3 dBダウンポイント）は次のとおりです。80 Hzのローパス、80 Hzから3 kHzのバンドパス、3 kHzのハイパス、9 kHzの別のハイパス。（2つのハイパスバンドからの寄与を積み重ねることで、高周波数でのノイズを大幅に低減できます。）コンパンダー回路のしきい値は-40 dBで、圧縮/伸長比は2:1で、10 dBです。レイ・ドルビーが執筆し、オーディオエンジニアリング協会（1967年10月）^{[4] [5]}およびオーディオ（1968年6月/7月）^{[6] [7]に掲載された記事によると、これにより約10dBのノイズ低減が得られ、15kHzでは最大15dBの低減が可能になるとのことです。}

Dolby B タイプ システムと同様に、圧縮プロセスと拡張プロセスの正確なマッチングが重要です。磁気テープの拡張 (デコード) ユニットのキャリブレーションでは、Ampex などの業界キャリブレーション テープで使用されるレベルである 185 nWb/m のフラックス レベルが使用されます。これは、テープ レコーダーの再生時には 0 VU に、ノイズ リダクション ユニットでは Dolby 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 ユニット内で生成される特徴的なトーン (Dolby Tone) が、テープ レコーダーでは 0 VU に、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、映画の光学音響におけるノイズ低減法としても使われました。2004年、ドルビーAタイプノイズ低減は、オーディオ技術の発展に永続的な影響を与えた製品と革新に与えられる名誉であるTECnologyの殿堂入りを果たしました。^[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 9 dB 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 よりもはるかに単純で、そのため消費者向け製品に実装するコストがはるかに低く抑えられました。ドルビー B 録音は、多くの安価なポータブル 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。デコーダーのデエンファシス効果がなければ、高周波数が強調されるのでサウンドは明るく聞こえ、安価な機器の「鈍い」高周波応答を相殺するために使用できます。ただし、ドルビー B のノイズ リダクションはドルビー A よりも効果が低く、通常は 3 dB 以上です。

ドルビー B システムは、約 1 kHz から上まで有効です。提供されるノイズ低減は、600 Hz で 3 dB、1.2 kHz で 6 dB、2.4 kHz で 8 dB、5 kHz で 10 dB です。ノイズ低減帯域の幅は、信号の振幅と周波数分布の両方に応答するように設計されているため、可変です。したがって、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、非常に低い周波数までかなりの量のノイズ低減を実現できます。^[9]

1970 年代半ばから、一部の低価格機器にはデコード回路がなかったにもかかわらず、ドルビー B は市販の録音済み音楽カセットの標準になりました。ただし、そのような機器でも問題なく再生できます。ほとんどの録音済みカセットは、このバリエーションを使用しています。VHSビデオ レコーダーは、リニア ステレオ オーディオ トラックでドルビー B を使用していました。

後の消費者向けバージョン (最初のバージョンは Dolby C) が導入される前は、Dolby B をサポートするカセット ハードウェアと、Dolby B でエンコードされたカセットには、単に「Dolby System」、「Dolby NR」、または Dolby シンボルのみのラベルが付けられていました。これは、Dolby C が導入された後も、この新しい標準が比較的あまり知られていなかった時期に、一部のレコード レーベルとハードウェア メーカーで継続されました。

JVCのANRS  [ja] ^[10]システムは、初期のJVCカセットデッキでドルビーBの代わりに使用されており、ドルビーBと互換性があると考えられています。JVCは最終的にANRS規格を放棄し、公式のドルビーBサポートを採用しました。一部のJVCデッキには、ノイズ低減トグルに「ANRS / ドルビーB」設定を組み合わせたものがあります。

1970年代初頭、 FMラジオ放送ではドルビー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いくつか製造された。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年にWFMTはドルビーNRで番組の放送を開始し^[11]、すぐに17局ほどがノイズリダクションで放送したが、1974年までにはすでに衰退していた^[12] 。ドルビーFMはドルビーBをベースとしていたが^[13] 、ノイズを減らすために改良された25μsのプリエンファシス時間定数^[14]と周波数選択性コンパンディング配置を採用した。

同様のシステムであるHigh Com FMは、1979年7月から1981年12月にかけてドイツでIRTによって評価され、^[15] 1984年まで実地試験が行われた。このシステムはTelefunken High Comの広帯域コンパンダーシステムをベースとしていたが、FM放送で商業的に導入されることはなかった。^[16]もう一つの競合システムはCXをベースにしたFMXであった。

1980年代に旧東ドイツでドルビーBに完全互換のコンパンダーが開発され、多くのテープレコーダーに使用された。これはRMS（ Rauschminderungssystem、英語では「ノイズ低減システム」）と呼ばれていた。^[17]

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、テープヒスノイズが最も集中する2kHzから8kHzの領域で、約15dBのノイズ低減（A特性）を実現します。このノイズ低減効果は、直列接続されたコンプレッサーとエキスパンダーのデュアルレベル（高レベルステージと低レベルステージで構成）のスタッガードアクション配置によって得られ、ドルビーBよりも低い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（動作周波数は信号レベルに応じて変化します）は、他のノイズ低減技術でしばしば問題となる望ましくない呼吸音を抑制するのに役立ちます。

追加の信号処理の結果、ドルビー C タイプの録音は、必要なドルビー C デコード回路を持たない機器で再生すると歪んだ音になります。この耳障りな音は、再生時にドルビー B を使用して高周波の強度を弱めると、ある程度緩和できます。

Dolby 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、2 オクターブ低い周波数からノイズ低減が始まります。耳がノイズにあまり敏感でない 8 kHz 以上の領域では、特別なスペクトル スキューイングおよびアンチサチュレーション ネットワークが機能します。これらの回路は、低周波数と高周波数のクロス モジュレーションを防ぎ、大きな信号トランジェントが存在する場合にテープのサチュレーションを抑え、カセット テープ システムの有効なヘッドルームを増やします。その結果、録音はよりクリーンで鮮明になり、カセット メディアがこれまで欠いていた高周波応答が大幅に改善されます。高品質のテープを使用すると、Dolby C 応答は 0 dB 録音レベルで 20 kHz まで平坦になりますが、これはこれまでは達成できなかった結果です。録音が難しい部分でも、不要な「ブリージング」効果がなく、A 加重信号対雑音比 72 dB (400 Hz で 3% THD の場合) を実現できました。

ドルビー C は、1980 年代に高級カセット デッキに初めて登場しました。ドルビー C を搭載した最初の市販カセット デッキは、1981 年頃に発売されたNAD 6150C でした。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 トラック用のプロ用ビデオ機器にも使用されていました。日本でドルビー 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 を搭載したカセット デッキには、下位互換性のためにドルビー B も含まれており、通常は「ドルビー BC NR」と表示されていました。

1986年に導入されたドルビーSR（スペクトラルレコーディング）システムは、同社の2番目のプロ用ノイズ低減システムでした。これはドルビーAよりもはるかに積極的なノイズ低減アプローチです。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、録音された信号を常に最大化しようとします。その結果、ドルビーSRはドルビーBやCよりも実装コストがはるかに高くなりますが、ドルビーSRは高周波範囲で最大25dBのノイズ低減を提供できます。これはプロ用レコーディング機器にのみ搭載されています。^{[1] [21]}

映画業界では、映画の配給プリントに関する限り、ドルビー A および SR マークはドルビーサラウンドを指します。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、標準の光サウンドトラックに 2 つの追加オーディオ チャネルをエンコードして、左、中央、右、サラウンドを実現します。

SR プリントは、古い Dolby A 機器とかなり下位互換性があります。Dolby SR-D マークは、1 つのプリントにアナログDolby SRとデジタルDolby Digital の両方のサウンドトラックが含まれていることを意味します。

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となることが意図されていましたが、市場に登場したのは、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、主流のマス マーケット音楽フォーマットとなった時期でした。ドルビー ラボは、一般の人々のほとんどは CD の音とドルビー 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 は主にハイエンドのオーディオ機器に搭載され、広く使用されることはありませんでした。

ドルビーSは、テープトランスポート機構からのノイズによる再生の問題に対して、ドルビーCよりもずっと耐性があります。同様に、ドルビーSはドルビーBとの再生互換性があるとも主張されており、ドルビーSの録音は古いドルビーB機器で再生でき、ある程度のメリットが実現されています。これは基本的にドルビーSRの縮小版であり、同じノイズ低減技術を多く使用しています。ドルビーSは、低周波数で10 dBのノイズ低減、高周波数で最大24 dBのノイズ低減が可能です。^[23]

磁気テープは、磁性体のヒステリシスにより、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、この非線形性により再生が極端に歪んでしまいます。これを克服するために、バイアスと呼ばれる高周波信号を記録信号に混ぜ、信号のエンベロープを線形領域に「押し込む」のです。オーディオ信号に強い高周波成分が含まれている場合 (特にハイハットシンバルなどの打楽器)、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。動的バイアスまたは適応型バイアスは、強い高周波信号があ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。

オリジナルのドルビーHX（HXはヘッドルーム拡張の略）は、1979年にドルビー研究所のケネス・ガンドリー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に拒否されました。バング＆オルフセンは同じ方向で研究を続け、1981年にヨルゲン・セルマー・ジェンセンによる特許（EP 0046410）が取得されました。^[24]バング＆オルフセンは、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数年間の優先期間を規定して、すぐにHX-Proをドルビー研究所にライセンス供与しました。^{[25] [26]} 1980年代半ばまでに、ドルビー研究所を通じて販売されたバング＆オルフセンシステムは、ドルビーHX Proという名前で業界標準になりました。

HX-Pro は録音プロセス中にのみ適用されます。改善された信号対雑音比は、テープがどのテープ デッキで再生されるかに関係なく利用できます。したがって、HX-Pro は Dolby A、B、C、および S と同じ方法でのノイズ低減システムではありませんが、テープの非線形性を低減することでノイズ低減エンコード/デコード トラッキング精度を向上させるのに役立ちます。一部のレコード会社は、1980 年代後半から 1990 年代前半にかけて、HX-Pro 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およびコンシューマーアプリケーション（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）でのデジタルオーディオの広範な普及により、アナログオーディオ制作は普及しなくなり、ドルビーはドルビービジョンに重点を置くようになりましたが、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今でも広く使用されています。^[要出典]

• ダイナミックノイズリミッターは、ドルビーと混同されやすい再生専用のノイズ低減システムです。
• 競合システムであるdbx（ノイズ低減）
• 競合システムであるHigh Com

• ドルビーラボラトリーズ株式会社
• アナログテープのあまり知られていない側面 - Dolby-HX/HX-Pro について、AES 1990 年 3 月、Arndt Klingelnberg
• ドルビーおよびその他のノイズ低減システムの概要、リチャード・ヘス

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