적응 바이어스

Adaptive biasing

자기테이프 기록에서 적응 바이어스는 고주파 오디오 신호의 수준에 따라 기록 헤드에 대한 바이어스 전류를 연속적으로 변화시키는 기술이다.어댑티브 바이어싱의 경우 고주파 오디오 신호가 높으면 피드포워드 또는 바람직하게는 음의 피드백 제어 시스템을 사용하여 바이어스 전류가 비례적으로 감소합니다.고정 바이어스 전류 사용에 비해 적응형 바이어스는 가청 스펙트럼의 상단에서 더 높은 최대 출력 레벨과 더 낮은 범위의 중간 주파수에서 더 높은 동적 범위를 제공합니다.어댑티브 바이어싱의 효과는 소형 카세트와 저속 릴 투 릴 미디어에서 가장 두드러집니다.최초의 상용 구현인 피드포워드 시스템 Dolby HX는 1979년까지 Dolby Laboratories에 의해 개발되었지만 업계에서 거부되었습니다.이후의 네거티브 피드백 시스템인 Dolby HX Pro는 Bang & Olufsen에 의해 개발되고 Dolby에 의해 판매되었으며, 1980년대 중반 소비자용 하이피드백 산업의 사실상의 표준이 되었습니다.

고정 및 적응형 바이어스

어댑티브 바이어스 [1]원리에 대한 간단한 그래픽 설명표시된 자화 곡선(위)과 바이어스 제어 곡선(아래)은 고배 주파수에서만 유효합니다.중단점과 경사의 정확한 값은 [2]빈도에 따라 달라집니다.

테이프 바이어스는 테이프 자기 [3]코팅에 포함된 자분의 비선형 응답을 보다 선형적으로 만들기 위해 오디오 신호와 함께 테이프 기록 헤드에 공급되는 강한 고주파 교류 전류입니다.소비자 카세트 덱의 바이어스 신호 주파수는 일반적으로 80~100kHz 사이에서 고정됩니다.바이어스 신호의 품질은 노이즈, 험 및 바이어스 내 직류가 오디오의 [4]충실도를 심각하게 저하시키기 때문에 매우 중요합니다.바이어스 신호의 레벨은 결과 자화 [5]곡선의 기울기와 모양을 정의합니다.

각 테이프 구성의 최적의 바이어스 레벨은 최대 출력 레벨, 노이즈, 왜곡 및 주파수 [6][7]응답 사이의 타협입니다.10kHz에서 최대 감도 및/또는 최대 출력에 해당하는 공칭 바이어스는 중간 범위 주파수에서 덜 바람직합니다.오버바이어스는 미드레인지 및 저주파수에 적합합니다만, 고주파수에서는 테이프 감도가 저하해, 신호 대 잡음비가 [8][9][10]저하합니다.한편, 최적의 바이어스는 테이프 드롭아웃에 대한 응답을 향상시킵니다.이는 보다 강한 자기장이 자기 [8][9][10]코팅에 더 깊이 침투하기 때문입니다.저바이어스는 과도한 왜곡과 변조 노이즈를 일으키고 드롭아웃의 영향을 받기 쉽기 때문에 [4][10]바람직하지 않습니다.실제로 테이프는 항상 약간 치우쳐 있습니다.최적의 바이어스 전류는 공칭값보다 2~[8][9][11][10]3데시벨(dB) 높게 설정됩니다.이 최적의 설정은 미드레인지 주파수에서 선형성을 향상시키지만 동적 범위를 줄이고 고주파 응답의 저하를 유발하며, 이는 기록 [9][11]체인에서 사전 강조로 상쇄됩니다.

4.76 cm/s(1.87 in/s) 및 9.53 cm/s(3.75 in/s)의 테이프 속도로 매우 낮은 파장을 기록하는 것은 또 다른 [12][4]과제가 됩니다.기록된 신호의 가청 고주파 성분은 바이어스 전류로 작용하여 특히 채도 [4][10]레벨이 낮은 저품질 테이프에 녹음을 할 때 동적 범위 압축 및 고주파에서 포화의 조기 발생을 나타내는 과도한 편중이 발생합니다.1970년대에, 일반적으로 비닐 레코드로 출판되거나 FM 라디오로 전송되는 음악은 고주파 에너지를 많이 포함하지 않았고 테이프를 [11]포화 상태로 만들 수 없었다.그러나 1970년대 후반과 1980년대 초반의 디지털 마스터된 다이렉트 투 디스크(Direct-to-Disc) 및 디스코 레코딩에는 테이프 [11]과부하를 유발하기에 충분한 고주파 정보, 즉 "핫" 트레블이 포함되어 있는 경우가 많습니다.

1970년대 후반, 음반업계는 이 [13]문제에 대한 세 가지 해결책을 제시했다.금속 입자 테이프는 최대 출력 레벨과 3배 포화 레벨이 매우 높았지만 대부분의 가정 사용자에게는 [13]엄청나게 비쌌습니다.초기 금속 테이프는 절대음 수치가 높았고 금속 테이프가 빠르게[13] 열화될 것이라는 우려가 있었지만 이러한 일은 일어나지 않았습니다.두 번째 솔루션은 Tandberg와 Akai에 의해 독립적으로 개발되었으며 기록 수준을 [13]제한하는 데 의존했습니다.특허받은 Tandberg Dyneq 및 Akai ADRS 회로는 테이프가 [13]과부하되기 전에 신호를 전자적으로 압축했습니다.1979년, 돌비 연구소의 케네스 제임스 건드리(Kenneth James Gundry)는 세 번째 대안을 제안했습니다. 즉, 바이어스 전류를 [13][11]소스 신호의 3배 함량에 맞춥니다.테이프를 효과적으로 과대 바이어스하는 고주파 에너지의 증가는 바이어스 [13]발생기의 출력의 상호 감소로 보상될 것입니다.

이러한 보정의 효과는 일반적인 자화 [2]곡선에서 명백하다.기본적으로 소스 신호의 고배 에너지가 낮을 때 레코더는 고정 최적 바이어스 전류b.opt. I(파란색 곡선)[2]에서 작동합니다.초기 오버바이어싱은 선형성은 좋지만 민감도는 낮고 포화도는 낮습니다.[2]I의b.red. 바이어스 전류 값이 감소하면 높은 감도(빨간색 곡선)[2][10]를 사용하더라도 더 높은 입력 및 출력 레벨에서 작동할 수 있습니다.잘 설계된 적응 바이어스 회로는 감도의 증가가 포화 [2]효과를 보상하도록 바이어스 전류를 점진적으로 감소시켜야 합니다.새로운 적응형 자화 곡선은 최대 기록 전류af.1 [2]I에 대해 직선(녹색 점선)을 유지합니다.자기 바이어스 효과로 인해 중간 주파수에서의 왜곡은 낮게 유지되고 상호변조는 [13]감소합니다.

제어곡선상의 브레이크포인트af.o I의 위치와 그 하이레벨 세그먼트의 기울기는 입력 신호의 주파수, 테이프와 기록 [2]헤드의 에너지 손실 메커니즘에 따라 달라집니다.실용적인 적응 바이어싱 시스템은 특정 [9]레코더의 최상의 성능을 얻기 위해 고음 주파수에서 경험적 무게를 사용해야 합니다.제철 [9]테이프의 경우 테이프 제형 변경의 효과는 미미합니다.테이프마다 최적의 바이어스 설정이 달라야 하지만 모든 [9]제철 테이프에 대해 바이어스 제어 곡선이 동일할 수 있습니다.

돌비 HX

Dolby Laboratories를 위해 Gundry가 설계한 오리지널 Dolby HX('헤드룸 eXtension'용)는 Dolby B 노이즈 리덕션 인코더의 애드온으로 동작했습니다.돌비 B 집적회로(IC)는 소스 신호의 중주파 및 고음 성분의 엔벨로프를 추출하여 사이드 [13]채널의 게인을 변조하는 데 사용합니다.HX 회로는 양쪽 스테레오 [13]채널의 엔벨로프 신호를 혼합합니다.복합 엔벨로프는 공통 소거/바이어스 [13]발생기에 전원을 공급하는 전압 소스의 출력을 변조하여 바이어스 전류를 변화시킵니다.동시에 동일한 엔벨로프가 2개의 기록채널의 [13]고주파 프리엠파시스 레벨을 변조한다.좌우 스테레오 신호 간의 상관관계가 높고 [14]소비자가 이용할 수 있는 기존 아날로그 소스의 채널 분리가 낮기 때문에 단일 바이어스 변조기로 양쪽 스테레오 채널을 제어하는 것은 허용되는 것으로 간주되었습니다.소거와 바이어스 전류를 동시에 제어하면 소거 효과의 급격한 저하를 일으킬 수 있지만, 이는 고음 함량이 많은 가장 큰 통로에서만 발생했으며, 이는 소거되지 않은 잔류 신호보다 충분히 높았기 때문에 들리지 [15]않게 되었다.

독립 테스트에 따르면 돌비 HX는 10–12 kHz에서 10 [13]dB까지 포화 수준을 높일 수 있었다.Dolby에 따르면, 이러한 개선은 고품질, 높은 강압성 테이프 배합으로 가장 두드러졌다.품질이 낮은 테이프는 적응형 바이어싱에 [16]크게 반응하지 않았습니다.

돌비 연구소는 1979년 [17]6월 소비자가전전시회에서 돌비 HX를 출시했다.이 시스템은 기존 Dolby B 라이센스 계약자에게 추가 [17]요금 없이 제공되었습니다.1980-1981년, 아이와, 하만 카돈, TEAC는[18] 돌비 HX를 카세트 덱에 통합했지만,[19] 다른 제조사는 이를 따르지 않았다.Dolby HX는 호의적인 평가에도 불구하고 마케팅과 엔지니어링의 [19]실패였습니다.그것은 [19]오디오 엔지니어들에 의해 테스트되고 거부되었습니다.대부분의 결과는 공개되지 않았지만, Willi Studer는 Dolby [19]HX의 채택에 대해 공개적으로 반대했습니다.Studer에 따르면 Dolby HX의 단점은 의도한 [19]장점보다 훨씬 많았다.돌비의 1981년 독일 시장용 보도 자료는 간접적으로 이 시스템의 실패를 업계의 보수주의 탓으로 돌렸다.Dolby에 따르면, Dolby HX는 "레코더 개발에 매우 깊이 관여하고 있으며 단순히 기존 전자제품에 추가할 수 없습니다.그러나 Dolby는 [20]Dolby HX가 "테이프 속도 2.4cm/[21]s의 미래 마이크로 카세트 레코더로 고품질 품질을 실현하기 때문에" 받아들여질 것이라고 기대했다.후자의 약속도 실현되지 않았다.

Dolby HX의 주요 단점은 피드포워드 제어로서 소스에서는 신호를 감시하지만 기록 [14][22]헤드에 도달하는 신호는 무시한다는 것입니다.기록 체인의 게인 또는 주파수 응답의 변화는 바이어스 제어 [14]곡선을 방해했습니다.조정 가능한 사전 강조 하위 회로는 소비자 [14]산업에 불필요하게 복잡하고 비용이 많이 들었다.Dolby B 엔벨로프 검출기는 설계상 매우 느렸기 때문에 빠른 [14]과도현상을 신뢰성 있게 추적할 수 없었다.하드웨어 수준에서 노이즈 감소와 함께 적응형 바이어싱을 번들링하는 것은 모든 [14]단점 중 최악이었습니다.사용자가 Dolby B 디코더를 끄지 못하고 [23]녹음 중에 Dolby HX를 계속 사용할 수 없습니다.이로 인해 보다 효과적인 dbx 노이즈 [23]감소의 사용이 권장되지 않았습니다.dbx가 제공하는 신호 대 잡음비가 30dB 증가했기 때문에 Dolby HX는 사실상 [23]불필요했습니다.

돌비 HX 프로

1989년에 제조된 NEC μPC1297을 중심으로 구축된 완전한 Dolby HX 회로.표시된 실장은 사용자가 접근할 수 있는 온/오프 스위치로 제어되는 패배 가능한 HX Pro의 드문 예입니다.

1980년에 Bang & Olufsen(B&O)[24]의 Yörgen Selmer Jensen에 의해 적응 바이어싱의 대체 구현이 특허 취득되었습니다.피드포워드 Dolby HX와 달리 B&O 회로는 피드백 [22]시스템이었다.특허에 따르면, 그것은 기록 헤드의 "핫" 끝에서 고주파 전압을 모니터링하여 바이어스와 고배율 오디오 [24][22]신호의 결합 엔벨로프를 추출했다.오차증폭기는 엔벨로프를 미리 설정된 기준레벨과 연속적으로 비교하여 저항광 절연체를 [24]통해 기록헤드에[22] 공급되는 바이어스 전류를 조정한다.[a] 모노럴 회로는 스테레오 및 멀티트랙 녹음을 위해 쉽게 확장 가능하며, 일반 바이어스 [24]수준을 쉽게 조정할 수 있습니다.

B&O에 따르면 이 시스템은 Dolby [14]HX보다 훨씬 적은 3~5dB의 포화도를 보장했다.B&O 시스템은 Dolby IC에 의존하지 않았으며 소음 감소 시스템 [14]유무에 관계없이 사용할 수 있었다.음성 피드백은 기록 체인의 게인 및 주파수 응답 변화를 보상하여 돌비 HX의 주요 [14]단점을 제거했습니다.또, B&O 시스템은 릴 투 릴 [14][25]레코더에도 효과적이었다.

Dolby Laboratories는 B&O 특허에 대한 권리를 획득하여 전 세계 [22]유일의 유통업체가 되었다.새로운 시스템은 Dolby HX Professional로 명명되었으며, 나중에 Dolby HX Pro로 단축되었다.B&O는 Dolby HX Pro를 자사 제품에 사용할 권리를 보유했으며 Selmer와 제휴한 소식통에 따르면 향후 라이센스 수익의 몫을 받았다.[26]

Dolby는 출시 당시 HX Pro를 프로페셔널 [14]마켓을 타깃으로 삼았다.1982년 8월 산업용 테이프 복제기 제조업체 Electro Sound는 HX Pro를 카세트 복제기 [27]카탈로그에 도입했습니다.워너 레코드는 대량 [28]복제를 위해 HX Pro를 채택한 최초의 주요 음반사가 되었다.1983년 2월까지 Dolby에 따르면, 이 회사는 가정용 오디오 산업에 두 명의 라이센스 계약자, 즉 Aiwa와 Harman [29]Kardon을 갖게 되었다.1995년 전용 IC인 NEC μPC1297이 도입되기 전까지 [30]얼리어답터는 범용 연산 증폭기와 트랜스컨덕턴스 증폭기를 갖춘 Dolby HX Pro 회로를 구축해야 했습니다.이 새로운 제안은 업계에서 큰 호응을 얻었으며 1986년에는 Dolby HX Pro가 소비자 카세트 [28]덱의 상위 세그먼트에 표준 기능이 되었습니다.그 후, Dolby HX Pro는 엔트리 레벨의 소비자 세그먼트로 이행해, 컨슈머 하이파이의 사실상의 표준 기기가 되었습니다.또, 전문적인 릴 투 릴 [25]레코더에도 통합되었습니다.

후속 개발

1983년에 적응 바이어싱은 소련에서 인기를 얻었다.니콜라이 수호프가 발표한 최초의 구현은 돌비 HX 프로 이후에 개발되었습니다.HX Pro(피드백 제어)와 Dolby HX의 요소를 혼합하여 공통 소거/바이어스 발생기에 대한 공급 전압을 변화시키고 마모된 LP [14]레코드에서 기록할 때 발생하는 일반적인 문제인 과도 과부하 방지 장치를 추가했습니다.새로운 정밀 정류기 IC를 사용한 개정된 디자인은 [9]1987년에 발표되었다.

카세트보다 릴 투 릴 테이프를 선호하는 가정용 오디오 커뮤니티의 취향에 따라 1987년 버전은 카세트 덱과 릴 투 릴 [9]덱을 대상으로 했습니다.적응형 바이어스 방식으로는 표준 릴 투 릴 레코더에서 19.5 cm/s 이상의 속도로 작동하는 1/4 인치(0.64 cm) 테이프의 성능을 크게 향상시킬 수 없습니다.포화도는 음악 신호에 적합합니다.그러나 적응 바이어싱은 표준 50μs에서 10μs로 [9]고배 균등화를 감소시킬 수 있다.시간 상수의 5배 감소는 중간 주파수 및 3배 주파수에서 겉보기 노이즈 바닥의 5배 감소에 해당합니다.Sukhov에 따르면, 그의 시스템은 노이즈 [9]감소 없이 80dB 이상의 실제 신호 대 잡음 비를 가능하게 합니다.Sukhov의 디자인은 1984년부터 1989년 사이에 발표된 5개의 특허의 주제였으며, 모두 이전의 Selmer 특허를 선행 [31][32][33][34][35]기술로 언급했다.

각주

  1. ^ 실제 적용에서 후자는 예를 들어 LM13700 트랜스컨덕턴스 [22]앰프 주변에 구축된 가변 이득 증폭기로 대체되었습니다.

메모들

  1. ^ 수호프 1987, 40페이지, 그림 1-2
  2. ^ a b c d e f g h 수호프 1987, 39-40페이지
  3. ^ 왓킨슨 1998, 310페이지
  4. ^ a b c d 왓킨슨 1998년 페이지 312
  5. ^ 왓킨슨 1998, 페이지 310–312.
  6. ^ 왓킨슨 1998, 312–313페이지.
  7. ^ 돌비 1981, 페이지 270
  8. ^ a b c 왓킨슨 1998, 313페이지
  9. ^ a b c d e f g h i j k 수호프 1987, 페이지 40
  10. ^ a b c d e f 돌비 1981, 페이지 269
  11. ^ a b c d e Stark, Craig (1982). "The Dolby HX System" (PDF) (Tape Recording and Buying Guide): 18. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  12. ^ 수호프 1983, 페이지 36
  13. ^ a b c d e f g h i j k l m 수호프 1983, 페이지 37
  14. ^ a b c d e f g h i j k l 수호프 1983, 페이지 38
  15. ^ 수호프 1983, 페이지 39
  16. ^ 돌비 1981, 271페이지: "슐렉테 벤더 블라이벤 슐레히트"
  17. ^ a b "Engineers sound off to high frequencies". New Scientist (21 Jun): 999. 1979.
  18. ^ "Teac decks and test tapes" (PDF). Modern Recording and Music (9): 31. 1980.
  19. ^ a b c d e 수호프 1983, 페이지 40
  20. ^ Dolby 1981, 페이지 269: "Eine technische Begrür die Spériche Verbreitung des HX-Systems ist darin zu seen, das es sehr weit in die Recorderentwicklung eingreft, and sich nich tichtinfach zu vorhanden lekten lektu lüren üren üren ür.Dolby-HX erfordert eine neuentlegende Neuentwicklung der Aufnahmeverstérker.
  21. ^ Dolby 1981, 페이지 269: "Dennoch die Chancen für das HX-System nicht schlecht, weil es bei den kommenden (Mikro)-Cassettenrecordern mit 2,4cm/s Bandgeschwindigkeit Hi-Qualtéröglicht."
  22. ^ a b c d e f 셀프 2020, 페이지 56
  23. ^ a b c Burstein, H. (1983). "Tape guide: Doubling in NR" (PDF). Audio (USA) (February): 26.
  24. ^ a b c d EP 0046410, Jensen, Jorgen Selmer, 1982-02-24 발행, Bang & Olufsen A/S에 할당
  25. ^ a b 후드 1999, 페이지 45
  26. ^ "Jørgen Selmer Jensen". 2013. Archived from the original on 14 September 2013.
  27. ^ "New Products / Dolby HX". Billboard. 1982-08-28. p. 31.
  28. ^ a b Shea, T. (1986). "Rx for tapes: HX Pro". Popular Mechanics (August): 34–35.
  29. ^ Dolby Laboratories (1983). "Dolby HX Professional" (PDF). Audio (USA) (February): 7.
  30. ^ "NEC IC Expands Bias in Audio Tape Heads". Journal of Electronic Engineering. 22: 19. 1985.
  31. ^ SU 1448356, 수호프, Nikolaj Evgenyevich, "다이나믹 자기화가 있는 자기 기록 장치", 1988-12-30 출판
  32. ^ SU 1448357, 수호프, Nikolaj Evgenyevich, "다이나믹 자화를 이용한 자기 기록 방법", 1988-12-30 출판
  33. ^ SU 1531134, Sukhov, Nikolaj Evgenyevich, "동적 바이어싱으로 자기 기록을 위한 장치", 1989-12-23 출판
  34. ^ SU 1539830, 수호브, Nikolaj Evgenyevich, "적응 자화를 이용한 자기 기록 장치", 1990-01-30 출판
  35. ^ SU 1610487, 수호프, Nikolaj Evgenyevich, "동적 편향에 의한 자기 기록 장치", 1990-11-30 출판

레퍼런스

영어에서

독일어

러시아어

  • Sukhov, N. (1983). "Динамическое подмагничивание" [Dynamic biasing]. Радио (5): 36–40.
  • Sukhov, N. (1987). "СДП-2" [SDP-2]. Радио (1): 39–42.