降噪电路简要原理

降噪电路

在录音卡座中，有两种形式的降噪电路：一是设在录音座中，专门用来处理磁带录音、放音过程中的噪声，对其他节目源不能进行降噪处理，目前一般采用集成化的杜比B型降噪电路。二是设在主功率放大器的输入电路中。它能降低各种节目源的噪声，此时一般采用非互补型降噪系统，例如动态降噪系统（DNR）。

音响中消除噪声的方式也有两种：一是消除夹在节目信号中的噪声，意在提高信噪比的消噪电路，即降噪电路；二是用来消除机器静态时的各种噪声，这一电路称之为静噪电路。静噪电路和降噪电路的具体电路很丰富，这里主要讨论降噪电路，并且是比较常见的用于磁带录放音过程中的杜比B型降噪电路。

一、磁带降噪系统简介

磁带降噪电路按照其降噪原理划分有两大类：一是互补型降噪系统，又称压缩扩展型。它要在录音过程和放音过程分别对信号进行处理，由于压缩和扩展的特性相反对称，在录音和放音后便能还原信号原来的频率特性，同时能降低噪声。这种降噪系统的优点是降噪效果好，最大的缺点是用这一降噪系统录制的磁带只能用该系统重放，否则不但不能降低噪声，反而使频响变异，这样影响了节目的互换性；二是非互补型降噪系统，它只在放音过程或在录音过程（通常是在放音过程）中对信号进行处理，以降低噪声，提高信噪比。这种降噪系统的优点是节目（磁带）互换性好，什么机器都可以进行重放，缺点是降噪效果不是很好。

降噪系统很多，应用最为广泛的是杜比降噪系统，而在家用音响设备中考虑到成本，以杜比B型降噪系统应用最普遍。杜比降噪系统先是由英国杜比（R．M．Dolby）博士于1966年发明的A型降噪系统；而在1969年杜比研究所又发明了杜比B型降噪系统；1980年杜比研究所又发明了杜比C型降噪系统。杜比降噪系统还有HX型等几种。1971年美国dB公司研制成功了dBxⅡ型降噪系统。目前，用得最多的是杜比B型、杜比C型和dBx型三种。

（1）杜比A型降噪系统。A型降噪系统的性能最为完善，它能在整个频带上获得约10dB 的降噪效果。它将音频信号的全频道分成四个频段分别处理，即80Hz低通，80Hz～3000Hz 带通；3000Hz～9000Hz带通，9000Hz高通，用四个12db/OCT的滤波器分割频段。

（2）杜比B型降噪系统。B型降噪系统是一个普及型降噪系统，它可以将磁带的“咝……”噪声降低10dB。它主要针对高频段噪声，不象A型降噪系统那样在音频全频段进行处理，由于磁带噪声主要分布在高频段，家用音响设备采用B型降噪系统已能获得较好的效果。

（3）杜比C型降噪系统。C型降噪系统是B型的改良型降噪系统，它在lkHz以上的降噪效果约为20dB。C型降噪系统从电路上看相当于两节B型降噪电路，所以通过开关转换很容易实现C型、B型的兼容。

（4）dBx降噪系统。dBx降噪系统是一种高精度的压缩扩展系统，能够大大扩大磁带录音机的动态范围，在整个音频范围内约有30dB的降噪效果。该系统的特点是不仅能对小信号处理（杜比降噪系统就是这样），而且对大信号也能进行处理，故能扩展动态范围。

二、杜比B型降噪系统基本原理

1．两个依据

杜比B型降噪电路根据两个现象的研究之后，决定了降噪电路的基本设计思想。一是

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人耳听觉的掩蔽效应，即当信号强度比噪声强度大到一定程度后，可以用信号声音掩没噪声的声音，换句话讲只要将信噪比提高到足够大的程度，便可以获得相当于消除噪声的效果。二是对磁带噪声的分布研究表明，噪声主要分布在中频段和高频段。而对音乐和语言信号能量分布的研究表明，能量主要集中在中频段，低频段和高频段较小，并且是高频段更小。这可以用如图6—42所示的示意图来表示噪声和信号的分布状态。

从图中可以看出，在中频段虽然磁带噪声较大，但由于信号能量为最大，所以能保持了足够的信噪比．利用掩蔽效应可克服中频段噪声。在低频殷，虽然信号能量不是很大，但磁带噪声却很小，这样仍有较大的信噪比，也可以通过掩蔽效应克服噪声。问题最严重的是高频段，信号能量又小，而磁带噪声又较大，这样信噪比较低。所以，在磁带录放音中的高频段噪声问题最为突出。杜比B型降噪电路就是要降噪高频段的噪声，这一降噪系统的降噪作用从500Hz频率开始，重点是1kHz以上，因为人耳对1kHz的高频噪声最为敏感。

2．压缩和扩展原理

杜比B型降噪电路是属于互补型降噪系统。在录音时，对高频段小信号进行提升（相当于压缩了录音信号的动态范围）。且信号愈小提升量愈大。在放音时，再对高频段信号进行衰减（相当于扩展了信号的动态范围），在衰减信号的同时也衰减了磁带噪声。可用如图6—43所示的示意图来说明杜比B型降噪系统的压缩、扩展过程。

图（a）所示是较小录音信号的频率特性，此时曲线是平坦的，表明低、中、高频段信号大小基本一样。（b）所示是磁带噪声中、高频段较大些。（c）所示是录音放大器的幅频特性曲线，从中可以看出对高频段信号进行了提升。录音放大器高频段的特性是可变的，并且是自动变换的，当录音高频段信号愈小，录音放大器的高频段提升量愈大。当录音信号中高频信号较大或很大时，则录音放大器的高频段提升量较小或根本不作提升。所以说录音放大器高频段特性是随录音信号高频段分量大小变化而自动变化的，普通录音放大器的高频段特性是固定不变的。（d）所示是录在磁带上后录音信号和噪声的频率特性，可见高频段信号由于受到提升而较大。通过采用杜比B型降噪系统录制后的磁带信号电平特性为（d）所示，这是录音过程中对录音信号的处理，实际上是对录音高频段信号的处理，可见高频段信噪比已较大了。（e）所示是具有杜比降噪特性的放音放大器的幅频特性曲线。它在高频段是下跌的，其特性曲线恰好与（c）所示录音放大器幅频特性曲线相反，以便还原信号的原来幅频特性。放音放大器的高频段幅频特性也是自动变化的，并且始终与录音时放大器的高频段幅频特性相反、对称。（f）所示是通过杜比B型放音放大器处理后的重放信号频率特性和噪声特性。由于放音放大器对高频段信号进行衰减，在衰减放音高频段信号的同时，磁带高频段噪声也被衰减。达到了降低磁带高频段噪声、提高放音信号高频段信噪比的目的。

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