Como Funciona O Dolby NR?

(Por Alfredo Manhães)

Há 51 anos surgia no mercado uma empresa de áudio que marcaria diversas gerações com seus produtos inovadores: a Dolby Laboratories (Dolby Labs). Fundada em maio de 1965 pelo engenheiro norte-americano e inventor Ray Milton Dolby (1933-2013), ela continua até os dias atuais desenvolvendo diversas tecnologias para áudio e vídeo.

Ray Dolby ainda era um adolescente em meados da década de 1940, quando conseguiu um emprego de meio período na Ampex Corporation durante o verão. Neste período o interesse pelo áudio começou a despontar, e assim teve oportunidade de trabalhar no projeto de seu primeiro gravador de áudio em 1949. Logo depois se tornou estudante de engenharia na Universidade de Stanford, mas continuou atuando na Ampex. Mesmo antes de concluir a graduação, Ray teve papel fundamental no desenvolvimento do protótipo do gravador de fita de vídeo Quadruplex, criado em 1956 e que logo depois entrou em produção. Veja o Quadruplex em funcionamento:

Após concluir a graduação Ray ainda atuou na Ampex, mas logo depois criou sua própria empresa, a Dolby Labs. O primeiro produto foi o Dolby Noise Reduction A301, um compander (compressor e expansor), que atua diretamente na relação sinal/ruído das fitas magnéticas, tratando os ruídos de menor intensidade (equivalentes à 3 dB).

O uso do produto ficou restrito às gravadoras, que por questões de custo e demanda estavam reduzindo a velocidade padrão de gravação de 30 ips (polegadas por segundo) para 15 ips. Essa redução provocava certa perda na qualidade do áudio e tornava o sinal mais suscetível à interferência do ruído natural da fita, o conhecido “hiss”, principalmente nos trechos mais silenciosos da música. Sendo assim, o redutor de ruído trouxe uma solução bastante razoável para o problema.

Uma década depois o Dolby NR começou a integrar sistemas  de áudio doméstico, inicialmente em máquinas de carretel aberto e depois nos decks K7, tecnologia apresentada ao mundo pela holandesa Philips em 1963. O formato K7 foi adotado como mídia de gravação magnética por diversos fabricantes da indústria do áudio. O padrão estabelecia a velocidade de 1 7/8 ips, com cabeças de gravação/reprodução num layout de quatro pistas divididas em dois canais estéreo, esquerdo e direito, com largura da fita de aproximadamente 1/8 de polegada.

Devido às características da fita K7, as gravações apresentavam um “hiss” considerável, que tornava as audições de música um pouco desagradáveis em certas passagens. O problema foi analisado pela Dolby, que propôs a integração de um módulo com o sistema Dolby NR nos decks K7. Essa prática foi gradualmente adotada pelos principais fabricantes, que inicialmente colocavam o NR apenas nos decks topo de linha, mas depois foram equipando também os modelos de entrada. Dificilmente se vê um deck K7 nos anos 80 sem esse recurso, mesmo os modelos mais simples.

De forma geral, os sistemas de redução de ruído propostos pela Dolby utilizam circuitos “pre-emphasis” e “de-emphasis”, conforme mostrado no esquema a seguir:

Na etapa de pre-emphasis as altas frequências passam por um reforço antes de serem gravadas na fita, tornando-se mais elevadas que o hiss. Após a gravação um filtro de-emphasis promove o processo inverso, restaurando as altas frequências ao nível adequado de audibilidade, porém mantendo o hiss em nível bem mais baixo.

É importante lembrar que os avanços nos sistemas de redução de ruído tiveram estreita relação com as tecnologias utilizadas na produção das fitas magnéticas, sejam as de rolo ou K7. Basicamente, uma fita magnética é constituída por um material plástico flexível (poliéster) revestido por uma fina camada responsável por armazenar magneticamente o sinal a ser gravado, e posteriormente reproduzido. Inicialmente essa camada utilizava o óxido de ferro (Fe2O3), mas outros materiais foram propostos como forma de melhorar os resultados das gravações. Com o tempo surgiu uma classificação para as fitas, com base na camada magnética:

• IEC Type I – Óxido de ferro.
• IEC Type II – Dióxido de cromo.
• IEC Type III – Ferrocromo (camada dupla combinando óxido de ferro e dióxido de cromo).
• IEC Type IV – Ferro puro ou Metal.

Essa classificação é visível nos painéis dos decks onde há ajuste de Bias. Como cada tipo de fita tem impacto direto na relação sinal/ruído, a Dolby procurou acompanhar de perto esse mercado.

Com o passar dos anos vários tipos de sistemas redutores de ruído foram desenvolvidos e colocados no mercado pela Dolby Labs. De forma resumida, estes foram os produtos em ordem cronológica (informações do fabricante):

• 1965 – Dolby A: é um compander (compressor e expansor) de quatro bandas separadas e que promove uma atenuação de ruído da ordem de 14 dB. Foi utilizado em gravadores de rolo multipista de alta velocidade (30 ips e 15 ips).
• 1968 – Dolby B: versão bastante difundida nos anos 1970, tanto em decks de rolo quanto em decks K7 mais populares. Utiliza uma única faixa de compressão e produz cerca de 10 dB de atenuação nos ruídos.
• 1970 – Dolby FM: sistema desenvolvido para redução de ruído em transmissões de FM, tendo por base o Dolby B modificado no circuito de pre-emphasis. Pode ser visto em alguns receivers e tuners, como é o caso do Gradiente T-I, da linha System One.
• 1980 – Dolby C: sistema um pouco mais refinado e complexo que os anteriores,  é equivalente a um par de circuitos Dolby B em série, ou seja, um compander duplo. Sua faixa de atenuação de ruído é da ordem de 20 dB.
• 1981 – Dolby HX/HX Pro (Headroom eXtension): criado por Jørgen Selmer Jensen (Bang & Olufsen) e licenciado para a Dolby Laboratories, foi anunciado como NR mas não deve ser considerado um redutor de ruídos. O que ele faz realmente é ajustar o nível de polarização (bias) do sinal de saída em altas frequências e com isso melhorar o headroom do sistema de áudio com um todo.
• 1986 – Dolby SR (Spectral Recording): desenvolvido para uso profissional ele utiliza uma série de filtros que atuam ativamente de acordo com o sinal de entrada. Embora tenha um circuito mais complexo que os anteriroes e seja bem mais caro de implementar, pode fornecer atenuação de ruído da ordem de 25 dB.
• 1989 – Dolby S (Standard): sistema profissional de redução de ruído proposto para utilização em fitas K7 pré-gravadas no final dos anos 1980. Lançado numa época em que os gravadores e reprodutores de CDs já eram uma realidade de mercado, e as fitas K7 perdiam espaço, consistia em uma adaptação refinada do SR, atuando não somente em altas frequências, com atenuação de ruído da ordem de 24 db, mas também em baixas frequências, com atenuação de ruído da ordem de 10 db.

Assista no vídeo a seguir as demonstrações dos diversos sistemas para redução de ruído propostos pela Dolby Labs.

Ray Dolby faleceu em 2013 aos 80 anos. Sem sombra de dúvida, ele deixou um grande legado para todos aqueles que vivenciam o universo das gravações magnéticas, e utilizam ainda hoje os produtos que saíram das mentes criativas de todos da Dolby Laboratories.

Além do Dolby NR há outros sistemas para redução de ruído, como é o caso do ANRS (JVC), DBX etc, além de módulos para atuação em tempo real , como o NR800 da Cygnus, mas isso fica para outra matéria, ok?

Até a próxima!