Müratasandi

Müratasandi on seade kasulikule elektrisignaalile sidekanalis või salvestuse taasesitamisel liituva mürasignaali nõrgestamiseks (müra taseme alandamiseks, mürasignaali tasemaks muutmiseks ehk summutamiseks).

Helile vastava elektrilise signaali ehk audiosignaali edastamisel või salvestamisel ja taasesitamisel analoogkujul lisandub salvestatud signaalile selle vastuvõtmisel või taasesitamisel paratamatult teataval määral müra, mis on tajutav kahina, sahina, visina või muu sedalaadi ebasoovitava heli komponendi kujul. Kuigi sellise müra tase jääb üldjuhul kasuliku signaali nominaalsest tasemest oluliselt madalamaks, võib see osutuda sedavõrd kõrgeks, et hakkab kuulajat häirima.

Kasulikule signaalile lisanduva (aditiivse) müra vähendamine oli eriti aktuaalne just heli magnetsalvestuse seadmete puhul, kuna magnetlindi müra (kahina) tase taasesitamisel jääb ka parimate magnetofonide puhul –70 dB suurusjärku signaali nominaalnivoo ehk 0 dB suhtes. Väikeste lindikiiruste puhul, nagu kassettmagnetofonides kasutatav 4,76 cm/s, ei pruugi müra tase teatud magnetlindi tüüpide puhul olla isegi madalam kui –50 dB ja selle juures jääb müra suures osas sagedusalasse, kus inimkõrva tundlikkus on suhteliselt suur (1000...5000 Hz).

Et saavutada Hi-Fi kvaliteedinõuetele vastavat mürataset heli taasesituse süsteemis, tuli enamikus magnetofonides seetõttu kasutusele võtta müra nõrgestamise (summutamise, taseme alandamise, tas(as)emaks või vaiksemaks muutmise ehk vaigistamise) vahendid. Kuid müratasandid on leidnud kasutamist ka muudes analoog-tüüpi helisalvestus- ja taasesitusseadmetes, näiteks heliplaatide puhul.

Liigitus

Müratasandeid võib talitluspõhimõtte poolest jaotada kahepoolseteks ja ühepoolseteks ning toime poolest signaali dünaamikat ja/või spektrit muutvateks ja mittemuutvateks.

Kahepoolsete süsteemide puhul muudetakse salvestamisel või signaali edastamisel signaalitrakti amplituud-sageduskarakteristikut sobival viisil. Seda nimetatakse sageduslikuks ehk spektraalseks eelkorrektsiooniks (pre-distortion). Taasesitamisel või signaali vastuvõtu juures kompenseeritakse tekitatud sageduslik eelmoonutus sellele vastupidise järelkorrektsiooniga (post-correction). Nii on tehtud näiteks FM-ringhäälingus ja heliplaatide puhul.

Ühepoolsetes süsteemides rakendatakse signaalikorrektsiooni kas ainult signaali salvestamise või saatmise juures, või siis ainult taasesitamisel või vastuvõtmisel. Kasutatava korrektsiooni iseloom (toime) võib olla seatud sõltuma signaali spektraalomadustest.

Põhivariandid

Seega saab müratasanduse süsteeme moodustada neljas põhivariandis:

1. Ühepoolsed süsteemid, mis signaali dünaamilist diapasooni ei mõjuta, on signaali kõrgeid osiseid vähendavad kõlaregulaatorid või neid summutavad ("maha lõikavad") nn kahinafiltrid. Need muudavad heli kõlapildi originaalheliga võrreldes tuhmimaks (on kasutusel olnud 78 p/m šellakplaatide kuulamise puhul). Siia kuuluvad ka madalaid sagedusi summutavad filtrid, näiteks võrguhäiringuid või plaadimängija vibratsioonihäiringu summutamiseks kasutatavad filtrid.
2. Kahepoolsed süsteemid, mis signaali dünaamilist diapasooni ei mõjuta, on süsteemid, kus eelkorrektsioonina (pre-emphasis) toimub signaali kõrgemasageduslike spektriosiste nivoo tõstmine, et signaali kõrgsageduslikumad osised salvestuks või edastataks suurematena kui nad originaalses signaalis on. Teatavasti analoogsignaali salvestamisel või edastamisel esinevad piirangud just signaali kõrgemasagedusliku osa puhul või see nõrgeneb (heli tuhmub), mistõttu lisanduv müra (sahin) kipub selle kuulamisel oluliselt häirima. Järelkorrektsioon (de-emphasis) toimub signaali taasesitamisel või vastuvõtul (nagu see on, näiteks, teostatud FM-raadioringhäälingus, heliplaatidel ja mingil määral ka magnetofonides).
3. Ühepoolsed süsteemid, mis muudavad signaali dünaamilist diapasooni, on dünaamilised müratasandid ehk dünaamilised mürapiirikud (DNL-süsteemid, ka DNF-süsteemid, Inglise keelest – Dynamic Noise Limiter, Dynamic Noise Filter(ing)), mis asetatakse ainult normaalsel ehk teisendamata kujul signaali taasesitava ahela lõppu (taasesitusvõimendi järele).
4. Kahepoolsed süsteemid, mis muudavad dünaamikat, on mitmesugused kompandersüsteemid (dünaamikaahendi salvestamisel ja dünaamikaavardi taasesitamisel, kompressor-ekspandrid). Siia kuuluvad kõrge kvaliteediga magnetofonid ja raadioringhäälingus kasutatavad seadmed. Sellised süsteemid on näiteks Dolby müratasandid (DNR), ANRS, HX, High-Com, ADRES ja dbx-süsteem jt.

Tehniline teostus

Lihtsamad müratasandamiseks kasutatavad filtrid, nagu need on kasutusel FM-raadiovastuvõtjates ja grammofonides, on realiseeritavad mõne passiivkomponendi abil teostatava filtreeriva ahela kujul. Aga näiteks šellakheliplaatide puhul võidakse plaadikahina nõrgestamiseks kasutada ka kõrget järku LC-filtreid, šunditud T-silda, TT-silda või kõrget järku aktiivfiltreid.

Keerukamate müra nõrgestamise funktsioonide teostamiseks on vajalik kasutada aktiivelemente. Lihtsamad lülitused põhinevad vaid mõne transistori kasutamisel. Mõnel juhul on otstarbekas kasutada operatsioonvõimendil põhinevaid lülitusi. Sellised suhteliselt keerukamad müra nõrgestamiseks kasutatavad elektroonikalülitused on reeglina realiseeritud täisfunktsionaalsete mikrolülitustena.

Kasulik efekt

Reaalselt on lihtsamate müra nõrgestamise vahendite kasutamise korral (DNL, Dolby-B) saavutatud mürataseme alanemine suurusjärgus 10 dB. Keerukamate müra nõrgestamise vahendite korral (Dolby-A professionaalses helisalvestustehnikas) on saadud ka mürataseme alanemine 20 dB võrra ja rohkem, ehk siis ligi –90 dB tasemele (mis vastab 16 bitile digitaalses esituses)

Magnetofonides võidakse müranõrgestamise süsteem ühitada kõrgsageduslike signaaliosiste ületüürimise vältimiseks lisatava süsteemiga (Dolby HX – Headroom eXtension), mis toimib kompandrina suure (nominaalnivoo lähedase) amplituudiga kõrgsageduslike signaaliosiste puhul.

Probleemid

Ajas dünaamiliselt (kiiresti) muutuvate helide puhul ilmneb keerukamate müra nõrgestamise süsteemide puhul nende inertsus. Teatavasti ei saa sellised süsteemid olla väga kiired. Mingiks kiiretoimelisuse piiri hinnanguks on signaali perioodilise komponendi perioodi kestus, mis tihti piirsagedusena võetava 1 kHz puhul on 1 ms. Reaalselt vajatakse signaali hetkeseisu analüüsiks aga rohkem aega, mistõttu mürasummutussüsteemi siirdeajaks kujuneb mõnikümmend millisekundit. Kiiresti muutuvate helide korral on selline "hiljaksjäämine" tihti kuulaja poolt tajutav.

Üsna ebameeldivaks võib kujuneda ka mürataseme tajutav kõikumine heli kõrgsageduslike komponentide toimel (kõnekeeles "müra pumpamine"), Juhtahelates kasutatavate filtrite piiratud selektiivsuse tõttu võivad seda esile kutsuda ka helisignaali kõrgemapoolse sagedusega ja suure kuid muutliku amplituudiga madalsageduslikud osised.

Ja seda kõike vaatamata asjaolule, et enamik müra nõrgestamise süsteeme on mõeldud toimima signaali osistele, mille suurus on tasemel alla –40 dB (alla 1%) nominaalsest. Siinjuures tuleb muidugi arvestada ka taasesituse helitugevuse tegeliku tasemega. Näiteks, kui –60 dB müratasemega signaali taasesitatakse nominaalse (100% ehk 0 dB) helitugevusel tasemega 100 dB kuuldeläve suhtes, on näiliselt väga madalal –60 dB tasemel olev müra tegelikult 40 dB (ehk 100 korda) üle kuuldeläve (ehk vaikse kõnega võrreldaval tasemel).

Lisaks on kahepoolsete süsteemide puhul taasesitatava helipildi reaalsus sõltuv signaali nominaalnivoo vastavusest etteantule (standardsele). See nõuab mürasummutuse süsteemis vajalikke ümberseadistamisi, mis lihtsamal juhul seisneb referentsnivoo(de) ümberlülitamises või seadistamises vastavalt kasutatud magnetlindi tüübile. Enamikus kassettmagnetofonides toimub see automaatselt kasseti korpusel paiknevate linditüübile vastavate sälkude toimel.