Как спешка в борьбе с Dolby C заставила Technics упаковать в деку RS-M270X плату на 43 транзисторах

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Статья | Аудио и звук

Приборные замеры на клеммах линейного выхода кассетной деки Technics RS-M270X фиксируют отношение сигнал/шум на уровне 92 дБ при динамическом диапазоне тракта до 110 дБ. Для магнитофона 1981 года на стандартной компакт-кассете с собственным шумом ленты минус 52 дБ это аномальный параметр, сопоставимый с характеристиками студийных катушечников на скорости 38 см/с. Обеспечивает эти паспорта отдельная экранированная плата, на которой смонтированы 43 дискретных транзистора, 9 специализированных интегральных микросхем и 12 подстроечных резисторов. Инженеры Matsushita пошли на такое усложнение двухканального тракта не случайно: это было вынужденное решение в схемотехнике, продиктованное жестким графиком вывода модели на рынок.

В начале 1981 года лаборатория Рэя Долби передала ведущим японским производителям спецификации на двухдиапазонный компандер Dolby C. Новая схема обеспечивала подавление высокочастотного шума ленты на 20 дБ и стремительно готовилась к монополизации рынка бытовой магнитной записи. Корпорация Matsushita, продвигавшая аудиотехнику под маркой Technics, не собиралась уступать первенство прямому конкуренту и решила перекрыть его параметры встречным ходом: внедрить лицензионный американский студийный алгоритм dbx Type II с коэффициентом сжатия 2:1. Сроки поджимали: специализированный однокристальный чип для этой задачи еще находился на стадии проектирования кремниевой структуры, а производственный план требовал выкатить готовую серийную аппаратуру на прилавки немедленно.

Автор: Retired electrician / CC0 1.0 Источник: commons.wikimedia.org

Архитектура аналогового цейтнота

Вместо ожидания завершения полупроводниковых тестов заводской конвейер запустил сборку магнитофона RS-M270X с узлом dbx, собранным по временной дискретно-гибридной схеме. Под верхней крышкой стального корпуса габаритами 430 x 98 x 375 мм и массой 7,3 кг этот вспомогательный модуль занял почти 40% полезного внутреннего объема шасси, превзойдя по площади материнскую плату усилителя записи-воспроизведения. Двухголовочный тракт деки с головкой SX (Sendust Extra) и прямым приводом Direct Drive с детонацией не более 0,035% не требовал сквозного контроля. Однако для реализации логарифмического сжатия инженерам пришлось распаять на каждый канал многокомпонентный каскад: детектор истинного среднеквадратичного значения (RMS) на микросхеме Rohm BA651, управляемый напряжением усилитель (VCA) и сложную цепь термокомпенсации на согласованных парах кремниевых транзисторов.

Принцип действия компандера dbx Type II кардинально отличается от алгоритмов Dolby: он не делит звуковой диапазон на полосы и не следит за порогом громкости, а сжимает весь динамический диапазон строго вдвое при записи и расширяет его вдвое при воспроизведении. Чтобы схема не реагировала на инфранизкие колебания от коробления кассеты и паразитные наводки питающей сети 50 Гц, в цепь управления детектора включили полосовой фильтр с полосой пропускания от 27 Гц до 10 кГц со спадом 18 дБ на октаву.

Автор: Retired electrician / CC0 1.0 Источник: commons.wikimedia.org

Физика p-n переходов кремния накладывает жесткое ограничение: температурный дрейф напряжения база-эмиттер составляет порядка минус 2 мВ/°C. В замкнутом пространстве корпуса с силовым трансформатором мощностью 18 Вт и стабилизаторами питания любой нагрев приводил к рассогласованию передачи детектора. Если на входе возникала ошибка даже в 1 дБ, после логарифмического экспандера на выходе она превращалась в 2 дБ искажений амплитудно-частотной характеристики. Именно поэтому на субплате выстроили батарею из 43 транзисторов, задействованных в дифференциальных каскадах и цепях взаимной термокомпенсации.

Ситуация напоминала установку тяжелого судового дизеля в моторный отсек легкового седана исключительно ради того, чтобы опередить соперника по крутящему моменту на ближайшей выставке, пока легкий серийный мотор проходит заводские испытания. На сборочном конвейере Technics каждый экземпляр RS-M270X требовал трудоемкой регулировки. Инженер-настройщик с генератором сигналов и милливольтметром балансировал ноль логарифмического преобразователя по 12 подстроечным резисторам, контролируя совпадение характеристик каналов в контрольных точках на частотах 100 Гц, 1 кГц и 10 кГц.

Однокристальный финал и расплата за несовместимость

Эта схема продержалась на сборочных линиях меньше года. Уже к концу 1982 года полупроводниковое подразделение Matsushita отладило технологию и запустило массовое производство однокристальной микросхемы Panasonic AN6291. Один кремниевый корпус заменил собой все 9 микросхем, 43 дискретных транзистора и внушительный массив пассивных RC-цепей. Следующее поколение дек — Technics RS-M226 и RS-M240X — получило блок шумопонижения размером со спичечный коробок с двумя подстроечниками вместо двенадцати. Трудоемкость сборки снизилась в разы, а гигантская субплата модели M270X моментально перешла в разряд технических курьезов.

Автор: Retired electrician / CC0 1.0 Источник: commons.wikimedia.org

Основное эксплуатационное ограничение аппарата заключалось не в габаритах узла, а в практической несовместимости полученных 110 дБ динамического диапазона с парком портативной и автомобильной аппаратуры. На измерительном стенде при работе на ленте Type IV Metal (диапазон 20 Гц — 20 кГц) дека демонстрировала полное отсутствие слышимого шума в паузах. Но стоило вставить кассету, записанную с dbx, в автомобильный проигрыватель или носимый плеер без специального экспандера, как слушатель получал искаженную фонограмму. Сжатый вдвое сигнал звучал с резким подъемом средних частот и сдавленным диапазоном, делая запись непригодной для прослушивания.

Компакт-кассета строилась на концепции глобальной совместимости, где компрессия 2:1 оказалась уязвимым местом. Если магнитная головка со временем минимально загрязнялась частицами ферролака и отдача на частоте 10 кГц падала всего на 2 дБ, то при воспроизведении экспандер удваивал эту погрешность до 4 дБ. В моменты резких переходов от тишины к громким пассажам взвешивающий детектор запаздывал на доли миллисекунды, порождая характерный скачок уровня шума ленты, известный специалистам как эффект «дыхания».

Рэй Долби спроектировал систему Dolby C с более щадящей нелинейной коррекцией, что позволяло прослушивать записи даже на аппаратах без декодера лишь с умеренным подъемом высоких частот. Дека Technics RS-M270X осталась свидетельством жесткой производственной гонки: аппаратом, чья схема на 43 транзисторах доказала превосходство на стрелочных индикаторах, но уступила требованиям массового рынка.

Изображение в превью:
Автор: Retired electrician / CC0 1.0
Источник: commons.wikimedia.org
Другое
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

8 комментариев

Добавить комментарий

Im2
И по традиции нет ни одного фото с этим курьёзом инженерной мысли.
F
Зато есть криво посаженый транс 🤓
i
Что за бред накатал уважаемый Джон скарлетсон? Лучше бы он свои изыскания по азовскому осетру продолжил....
Зачем сжимать а потом декодировать сигнал в 2 раза (это 3дб выигрыша) — если есть тракт на -92дб по шуму? При источнике на 40дб хуже?
Ну даже если это характеристика напряжения, а вторая мощности — 4 кратное улучшение меркнет с уже имеющимся в запасе преимуществом в 10 000 раз...
Потом — чем дальше в лес, тем толще партизаны… Если компрессор частотно-независимый — как ошибка в 1 дб может вызвать изменение частотной характеристики? На 2Дб, 5 или 20?
Идея про совместимость скомпандированной записи с бытовыми магнитофонами без этой фичи — это глюк нейросети — или самого Джона?
Или у него появилась подписка на машину времени — он мотнулся 80е, в R&D Мацушиты — и выведал там главный маркетинговый козырь? Имхо — в отличии от условно-досрочно освобожденного профессора Петрика — японские инженеры всё же уважали законы физики.
И своих покупателей...
За что собственно гики и простые юзеры тех лет ценили японскую технику.
...
Дорогой Джон. Всем форумом слезно умоляем — прекратите гнать свой искусственный разум по напряжению и частоте. Глюки получаются уж совсем невыносимые.
По крайней мере для людей, которые усвоили в школе курс физики в обьеме советских 10 классов.
Или давайте не выбираться за пределы блога «Кино и сериалы», где Вы мастер 5 дана…
k
А что не так, например, с НЕсовместимостью?
Написано так, как оно было — слушать запись dbx на обычной технике без dbx было невозможно. Естественно потребители были не очень довольны данным фактом. Собственно у Dolby C было то же самое, только в легкой форме — там можно было регуляторами тембра хоть как-то вытянуть.
В СССР был свой зоопарк таких систем с аналогичными проблемами. Нажав магическую кнопочку на одном кассетнике, можно было получить запись, весьма своеобразно звучащую на другом.
Михаил Швалёв
Читая Вашу статью понял, что я физику ВСЮ прокурил за школой)))
m
внедрить лицензионный американский студийный алгоритм dbx Type II

Type II бытовой, студийный — Type I.
Уже к концу 1982 года полупроводниковое подразделение Matsushita отладило технологию и запустило массовое производство однокристальной микросхемы Panasonic AN6291. Один кремниевый корпус заменил собой все 9 микросхем, 43 дискретных транзистора и внушительный массив пассивных RC-цепей.

Глобально — нет, не заменил из-за плохого соотношения сигнал/шум, эта микросхема вообще под батарейное питание в плеерах была разработана. В дорогих деках использовался чипсет NEC.
Adapt0id
В юности 'допиливал' до совершенства магнитофон Маяк 232 и надо сказать что шумопонижение на 157хп3 весьма достойно работало, но только после того, как перед ней поставил 157ун10 +регулировка тембра на/вч уровнем напряжения, для тех, кто не в курсе) и надо сказать, что «эффект дыхания» был сведён до минимума такого, что «ухом» не слышно было уже😉 во всём этом 'великолепии' участвовала цепочка обратной связи по ВЧ, которая позволяла мгновенно 'прижать' ВЧ при отсутствии ВЧ звуков и при малейшем появлении тут-же 'открыть' и 'открыть' столько сколько нужно чтобы воспроизвести звук ложным образом! А не «как под подушкой»))>, а 157ХП3 (с завода установленные в Маяк232) корректировали сигнал на выходе (с меньшим порогом) и «эффект дыхания» становился весьма короче и незаметнее при прослушивании….
n
Но вроде как СШП «Маяк» резал частоты верхние… или я не прав?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

45 секунд над волнами без единого вдоха: как морская рыба побила мировой рекорд полета и чем за это заплатила

Секундомер видеомонтажного пульта японского телеканала NHK зафиксировал ровно 45 с непрерывного парения рыбы над гребнями волн на скорости около 50 км/ч. Для наглядности: первый в истории...

Портативный ЦАП/усилитель MUSE HiFi U3: с интегрированым USB-C коннектором и дискретными операционными усилителями

Представленный в обзоре бюджетный портативный ЦАП/усилитель MUSE HiFi U3 обладает балансным и обычным аудиовыходами, двойным дискретным усилителем, а так же встроенным USB-C коннектором....

В реке стерлядь нерестится раз в три года, а на фермах — каждые 9 месяцев: за счет чего сжали цикл

Ровно 1,4 кг веса и сформированная черная икра внутри: в дикой Волге самка стерляди доходит до этого состояния только к 7-8 г. жизни. На закрытых рыбных фермах точно такой же результат...

Какую форму для льда выбрать: силиконовую или пластиковую?

Разница между силиконовыми и пластиковыми формами для льда — это не просто вопрос вкуса, а выбор между практичностью, долговечностью и гигиеной. У каждого материала есть преданные...

Kiwi Ears Allegro BAL — обзор ЦАПа/усилителя для наушников с двумя балансными выходами

Компания Kiwi Ears продолжает свою линейку Allegro новой моделью ЦАПа с приставкой BAL. Эта приставка означает, что в ЦАПе реализован балансный разъем 4,4 мм, но теперь, в отличие от предыдущих...

Как выглядела Формула-1, когда проходила последняя гонка в Малайзии: вспоминаем 2017 год

  • Тематическая подборка
  • Спорт
Впервые за 9 лет Формула-1 приехала в Малайзию, где вынужденно организован Гран-при Бахрейна. В 2017 году, когда на трассе «Сепанг» проходили последние заезды Королевы автоспорта, гоночный...