Die HiFi-Norm DIN 45.500 fordert für den Magnettonbetrieb einen entsprechend der Ohrkurve nach DIN 45.405 bewerteten und auf Vollaussteuerung des Bandes bezogenen Ruhegeräuschspannungsabstand von mindestens 50dB, entsprechend dem Faktor 310.

Diese Forderung besagt mit anderen Worten, daß bei Bandvollaussteuerung die Amplitude der Modulationsspannung etwa 310mal so groß sein muß wie die des Frequenzgemisches der bewerteten Störspannung. Unter diesen Voraussetzungen bleibt auf Grund der akustischen Gesetzmäßigkeiten (Verdeckungseffekt) der Störpegel unhörbar, wenn das Frequenzspektrum der Signal- und Störamplitude nicht sehr unterschiedlich ist.

Nun beträgt aber bei elektroakustischen Übertragungssystemen (Schallplatte, Tonband, Rundfunk, usw.) der Dynamikumfang, d. h. der Unterschied zwischen lautester und leisester Modulationspassage, maximal 40dB.

Bezeichnet man, wie z. B. bei der Heimmagnettontechnik üblich, den Wert der Vollaussteuerung mit 0dB, so beträgt der Pegel einer Piano- oder Pianissimopassage -40dB. Ihr Abstand zu dem nach der HiFi-Norm noch zulässigen Ruhegeräuschpegel hat sich somit auf nur 10dB, d. h. den Faktor 3,1 verringert.

Bei diesem geringen Störspannungsabstand ist in einem ruhigen Wiedergaberaum der Verdeckungseffekt nicht mehr wirksam, d. h., bei leisen Passagen wird gleichzeitig auch Rauschen hörbar.

Bei Voll- und Halbspuraufzeichnungen auf den 6,3 mm breiten Magnettonbändern bereitet es keine allzugroßen Schwierigkeiten, den Geräuschspannungsabstand gegenüber dem zulässigen Mindestwert um einige dB zu verbessern.

Schwieriger wird die Situation bereits, wenn auf einem 6,3 mm breiten Magnettonband 4 Tonspuren untergebracht werden sollen. Bei den immer mehr an Beliebtheit gewinnenden Kassetten-Tonbandgeräten weist das Tonband nur noch eine Gesamtbreite von 3,81 mm auf.

Dieses wesentlich schmalere Band beinhaltet aber ebenfalls vier, bei manchen amerikanischen oder japanischen Kassettengeräten sogar acht Tonspuren. Bei gegebenem Bandfluß für Vollaussteuerung und der bei Kassettengeräten außerordentlich kleinen Nutzbreite jeder Modulationsspur muß das Verhältnis von abgetasteter Hörkopf-Spannung zum Eigenrauschen des nachgeschalteten Wiedergabeverstärkers, also das optimal erreichbare Verhältnis von Nutz- zu Störpegel, zwangsläufig kleiner, d. h. schlechter werden.

Um auf der Tonträgerseite diese Gegebenheiten etwas zu verbessern, wurden von der Industrie neue Bandsorten entwickelt, die bei verringertem Eigenrauschen gleichzeitig eine höhere Aussteuerungsfähigkeit aufweisen.

Zu diesen Bandsorten gehören die HiFi-Low-Noise / High-Output-Bänder. Durch verbesserte Struktur ihrer Eisenoxydpartikel, deren magnetischer Orientierung und Größe in Verbindung mit einer noch glatteren Bandoberfläche läßt sich das am Eingang des Wiedergabeverstärkers stehende Bandrauschen verkleinern und damit der Störabstand um 2 bis 3dB verbessern.

Gleichzeitig weisen die vorerwähnten HiFi-Low-Noise-Bänder eine höhere Aussteuerungsfähigkeit gegenüber den früheren Bandsorten auf. Noch bessere Ergebnisse lassen sich mit den neu entwickelten Chromdioxydbändern erzielen.

Bei deren Verwendung darf aber nicht übersehen werden, daß der Aufnahmeteil des Magnettongerätes für dieses Band völlig neu eingemessen werden muß. Falls dieser nicht für die Verwendung von Eisenoxyd- und Chromdioxydbändern umschaltbar ist, kann nur mit der einen oder anderen Sorte gearbeitet werden.

Außerdem ist der Preis für Chromdioxydbänder zur Zeit noch deutlich höher als der Eisenoxyd benutzenden HiFi-Low-Noise / High-Output-Bänder. Beide vorgenannten Bandarten besitzen gegenüber den einfachen Eisenoxyd- Tonbändern eine höhere Aussteuerungsfähigkeit.

Da die Dynamik der Modulation, wie bereits erwähnt, maximal 40dB beträgt, ist dies gleichbedeutend damit, daß nicht nur die lauten, sondern ebenso die leisesten Modulationspassagen mit einem höheren Pegel aufgezeichnet werden können. Damit wächst aber auch zwangsläufig deren Abstand zum Rauschpegel des Bandes und Verstärkereinganges. Die gleiche Grundidee, nämlich den Pegel des Nutzsignales gegenüber dem Störpegel anzuheben, wird auch bei allen Kompandersystemen angewandt.

Soll bei Erhaltung des Dynamikumfanges von 40dB der Pegelabstand zwischen dem vorgegebenen Rauschen und der ebenfalls festliegenden Aussteuerungsgrenze eines Aufnahmegerätes deutlich vergrößert werden, so bedeutet dies zwangsläufig, daß durch Erhöhung und gleichzeitige Begrenzung der Modulationsamplitude am Eingang des Aufnahmegerätes die Dynamik zunächst eingeengt und am Ausgang des Wiedergabeteiles durch eine entsprechende Dämpfung spiegelbildlich um genau den gleichen Betrag wieder erweitert werden muß.

Störspannungen wie Brummen, Rauschen, Knacken usw., die innerhalb des Aufnahmegerätes entstehen, werden bei der Wiedergabe, entsprechend der für die Entzerrung erforderlichen Dämpfung ebenfalls unterdrückt. Man nennt diese Arbeitsweise komplementär. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die in der Schallplatten- und UKW-Rundfunktechnik übliche Höhenanhebung während der Schallplattenaufnahme bzw. beim UKW-Sender (Preemphasis) und deren spiegelbildliche Absenkung bei der Wiedergabe (Deemphasis). Diese Maßnahme dient ebenfalls zur Verbesserung des Signal-Rauschspannungsabstandes.

Die klassischen Kompander werden von ihrer Ausgangsspannung gesteuert. Bild 1 zeigt, daß bei ihnen die Regelautomatik erst dann anspricht und die Aussteuerungskurve verflacht, also komprimiert, wenn sich die Nutz-
Spannung dem Vollaussteuerungswert nähert bzw. diesen bei Modulationsspitzen sogar überschreitet.

Diese ,,Überschwinger" verursachen wegen der endlichen Ansprechzeit des Regelkreises eine mehr oder weniger deutlich wahrnehmbare Klirrverzerrung, also eine Qualitätsminderung. Wollte man die Ansprechzeitkonstante des Regelkreises so klein wählen, daß die von den Übersteuerungsspitzen ausgelösten Verzerrungen gehörmäßig nicht wahrgenommen werden können, so würde die Verstärkungsregelung im Bereich der Tiefen nicht mehr träge genug arbeiten.

Infolge der nicht ausreichenden Siebung der tieffrequenten Modulation würde bei dieser neben starken Klirrverzerrungen auch ein Schwanken der Modulationsamplitude entstehen.

Der erst bei hohem Signalpegel erfolgende und frequenzunabhängige Regeleinsatz kann außerdem dann ein hörbares und zugleich störendes An- und Abschwellen der Geräuschspannung verursachen, wenn zwischen dem Tonfrequenzspektrum der Nutzmodulation und dem Störgeräusch, z. B. Rauschen, ein großer Frequenzunterschied besteht. Unter diesen Voraussetzungen entsteht im menschlichen Ohr kein Verdeckungseffekt mehr. Überdies sind die klassischen Kompandersysteme empfindlich gegenüber nicht genauer Einpegelung sowie Verstärkungsschwankungen des Aufnahme-Wiedergabeweges.

Die grundsätzliche Arbeitsweise und damit das Blockschaltbild der für den Heimgebrauch entwickelten Dolby-Kompander (DOLBY-B-System) entspricht dem des für die kommerzielle Nutzung bestimmten A-Systems.

Es bedarf wohl keiner näheren Erklärung, daß unter anderem die Aufteilung des gesamten Hörbereiches in vier sich sauber überlappende Frequenzbänder einen beachtlichen Aufwand bedeutet, der sich zwangsläufig auch im Gerätepreis auswirkt. Derartige Zusatzkosten sind aber weder bei den preisgünstigen Heimtonbandgeräten und noch weniger bei den Kassettenrecordern für den Heimgebrauch unterzubringen.

Insbesondere bei den Kassettenrecordern ist es zumeist das Bandrauschen, das den Signal- Störpegelabstand, selbst bei Verwendung der hierbei üblichen Low-Noise/High-Output-Bändern unter den wünschenswerten Mindestwert absinken läßt.

Wie bei dem bereits weiter oben erklärten A-System sorgt auch beim Dolby B-System ein Schwellwertbegrenzer dafür, daß nur Modulation mit einem gegenüber der Vollaussteuerung kleinen Pegel den Kompressor bzw. Expander durchlaufen kann.

Um auch beim B-System, trotz fehlender Aufteilung des Gesamtübertragungsbereiches in vier Frequenzbänder, einerseits eine gute Rauschunterdrückung zu gewährleisten und andererseits zu vermeiden, daß die Signalspannung im unteren Frequenzbereich eine ungewollte und zugleich störende Modulation der Rauschamplitude verursacht, muß die Signalspannung sowohl am Kompressor- wie auch am Expandereingang zunächst ein Hochpaßfilter mit der Grenzfrequenz 1,5 kHz passieren.

Hinter diesem gelangt die in ihrem Frequenzumfang nunmehr eingeengte Modulation zu einem weiteren Hochpaßfilter. Dessen Grenzfrequenz ist jedoch variabel. Sie wird von dem Schwellwertbegrenzer und der mit ihm gekoppelten Differenzierschaltung derart verändert, daß sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Signalamplitude und dem Frequenzgemisch der Eingangsmodulation, also unter Nutzung des Verdeckungseffektes, automatisch die optimale Rauschunterdrückung einstellt.

Für das Dolby B-System werden folgende Rauschunterdrückungswerte genannt:

1. Bei 600 Hz = 3dB,
2. bei 1,2 kHz = 6dB,
3. bei 2,4 kHz = 8dB und
4. bei bzw. oberhalb 5 kHz = 10dB.

Wie beim kommerziellen Dolby-Kompander steht auch am Ende einer nach dem B-System gestretchten Aufnahme plus Wiedergabe die Eingangsmodulation ohne hörbare Verschlechterung des originalen Signal-Störspannungsabstandes mit ihrem vollen Dynamik- und Frequenzumfang wieder zur Verfügung.

Das Dolby-System meidet grundsätzlich alle Maßnahmen, die bei der Signalbearbeitung eine Qualitätsminderung der Originalmodulation verursachen könnten. Im Gegensatz zu der klassischen Kompandertechnik, bei welcher der Einsatz der Regelautomatik erst im Bereich der Vollaussteuerung erfolgt, spricht die Regelschaltung des Dolby-Kompanders nur auf kleine bis mittlere Pegel an. Größere Modulationsspannungen umgehen die Regelautomatik mittels Weiche. Daher können kompressionsbedingte „Überschwinger", deren Amplituden beim Dolby-System aus physikalischen Gründen kleiner sind als beim klassischen Kompander, keine Übersteuerungen und damit keine nichtlinearen Verzerrungen auslösen. Wegen des geringen Regelhubes lassen sich auch Ein- und Ausschwingvorgänge ohne weiteres derart unterdrücken, daß sie mit Sicherheit unhörbar bleiben.

Der Kompander und Expander weist die gleiche Schaltung auf. Da der Kurvenverlauf dieser beiden Regelnetzwerke innerhalb relativ enger Grenzen gleich, aber spiegelbildlich versetzt ist, also als Pre- und Deemphasis gegenläufig arbeiten, müssen sich die im Dolby-Kompander entstehenden Dynamik-, Frequenzgang- und Phasenbeeinflussungen wieder gegenseitig aufheben.

Die Steuerung der Regelautomatik erfolgt beim Dolby A-und B-System in Abhängigkeit von der Amplitude und dem Frequenzspektrum der Signal- und Geräuschspannung auf optimalen Nutz-Störpegelabstand.

Durch Verwendung geeigneter Filter in Verbindung mit entsprechenden Siebgliedern wird außerdem das Entstehen von Verzerrungen bei tiefen Frequenzen sowie ein hörbares und damit störendes Atmen des Rauschpegels vermieden. Ein weiterer Vorteil des Dolby-Systems ist darin zu sehen, daß es im Gegensatz zu den klassischen Kompandern gegenüber Pegelfehlern zwischen Kompressor und Expander nur wenig empfindlich ist.

Es ist erstaunlich, wie stark sich der durch einen Dolby-Stretcher zusätzlich erzielbare Gewinn an Signal-Fremdspannungsabstand in Höhe von 10-15dB in der Praxis auswirkt.

Während man bei der Wiedergabe konventionell aufgenommener Tonbänder bei Mezzoforte- und insbesondere bei Pianopassagen noch ein leichtes Modulations- und Bandrauschen hören kann, fehlt dieses bei der Benutzung eines Dolby-Stretchers. Selbst kritischste Modulation steht, völlig unabhängig von ihrem Pegel, absolut klar und durchsichtig sowie ohne jegliche Rauhigkeit im Raum.

Auch die feinsten Obertöne mit ihren geringen Amplituden werden nicht mehr vom Bandrauschen verdeckt. Bei Benutzung eines guten HiFi-Tonbandgerätes kann selbst bei Pianopassagen während der pegelgleichen Vor-Überband- Abhörkontrolle nicht mehr der geringste Unterschied zwischen der Original- und der auf Band aufgezeichneten Modulation festgestellt werden.

Dieser harte Qualitätsvergleich beweist, daß das Dolby-System eine wesentliche Verbesserung des Signal-Geräuschspannungsabstandes sowie Unterdrückung der übrigen Störpegel ermöglicht, die innerhalb eines Magnettongerätes oder Übertragungssystemes entstehen können. Einbußen bei anderen Qualitätsmerkmalen wie Übertragungsbereich, Klirrfaktor usw. entstehen bei Benutzung des Dolby-Systems nicht.

• Anmerkung : Das alles gilt für die in 1972 verfügbaren Bandgeräte und Kassettengeräte. In den Jahren danach hat man schon deutliche Unterschiede bei Aufnahmen mit und ohne DOLBY festgestellt. Auch die Entwicklung der Abhörlautsprecher sowie der Kopfhörer hat deutliche Fortschritte gebracht, um diese Unterschiede zu hören.

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Die vorstehenden genannten Verbesserungen entstehen natürlich nur dann, wenn dieses System für Aufnahme plus Wiedergabe verwendet wird. Spielt man dagegen die gestretchte Bandaufnahme z. B. einer Sinfonie mit ihren großen Dynamikunterschieden ohne die Zwischenschaltung eines Expanders ab, so entstehen u. a. ebenso starke wie störende Dynamikverzerrungen.

Daraus ergibt sich gleichzeitig, daß - soweit keine besonderen Effekte erwünscht sind - beim Zusammensetzen eines Tonbandes aus einzelnen Passagen keine gestretchten und ungestretchten Teile zusammengeklebt werden sollten.

Andererseits können gestretchte Bandaufnahmen ohne vorherige Rückentzerrung auf ein anderes Band überspielt, d. h. kopiert werden. Da überdies zwischenzeitlich eine Festlegung über den Verlauf der Entzerrerkurven beim Dolby-System erfolgte, ist auch ein Bandaustausch derart gestretchter Aufnahmen ohne weiteres möglich.

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1. Ray M. Dolby: An audio noise reduction System. Audio Engineering Society Nr. 4/1967
2. Ray M. Dolby: Audio-noise reduction: Some practi-cal aspects. Audio Nr. 6 und 7/1968
3. Ray M. Dolby: A noise reduction System for consu-mertape recording. Audio Engineering Society, paper of Convention 71 in Cologne/Germany
4. K. Bertram: Dynamikverbesserung mit dem Dolby-stretcher. Fernseh- und Kinotechnik Nr. 4/1970
5. Ela-Telefunken-Studiotechnik S/N-Stretcher, Dolby System.

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