UC (noise reduction)

The UC compander system (with "UC" derived from Universal Compatible[1][2][3][4][5] or Universal Compander[6]) is a noise reduction system for vinyl records, aiming at highest playback compatibility even without corresponding UC expander.

Overview

The UC compander system was developed in the 1980s by VEB Zentrum Wissenschaft und Technik (ZWT) of VEB Kombinat Rundfunk und Fernsehen (RFT) in the former German Democratic Republic (GDR).[1] The system was based on the observation that the dynamic range of typical audio source material almost always needs to be reduced in the vinyl mastering process and that very similar system parameters are commonly applied in the process either by the sound engineer or through the hardware.[7][1][2][8][3][nb 1] The idea was to develop a compander system loosely emulating this process and to formally standardize on its characteristics.[1][2][3] By emulating the typical characteristics of this compression,[2] UC compressed records would not produce acoustical artifacts which would not have been present in similar form on the produced disk anyway, and that thereby they would remain virtually unrecognizable,[1] so that consumption would remain acoustically pleasing and compatible even if records were later played back without UC expander.[1][2][3][9][nb 2] Initial experiments with a compression factor of 2:1:2 were found to still cause too many artifacts to maintain this compatibility,[1][2] which led the UC developers to implement a broadband compander utilizing an adaptive compression factor between 1.33:1:1.33[1][2][8] (or 1.67:1:1.67[4]) (at 0 dB) and 1:1 (at −20 dB).[2][4] In contrast to earlier vinyl disk noise reduction systems such as dbx disc, High-Com II or CX 20, the system deliberately limited the reduced disk noise by about 10 to 12 dB(A) only,[1][2][10] an amount similar to what could be achieved by other compander systems where only the receiving side of the medium was exposed to users and therefore the system had to remain playback compatible with a large installed base of devices without corresponding decoder[2] (such as Dolby FM or High Com FM in radio broadcasting[11][12]).

In fact, the results were found so good that,[1][2] especially for records produced with Direct Metal Mastering (DMM) (but not exclusively),[1][2][8][5] the system was undocumentedly introduced into the market by the East-German VEB Deutsche Schallplatten through record labels such as Amiga,[4] Eterna[1][5] and Nova[nb 3] since 1983/1984,[1][4][nb 4][nb 3] with UC-encoded records only identifiable by a shy extra "U" engraving in the disk's silent inner groove area.[2][8][13][5][nb 5][nb 3] Up to 1990, over 500 UC-encoded titles were produced.[4]

The economical necessities in the former GDR, however, made it impossible to introduce a suitable UC decoder at the same time.[4] Prototypes of a HMK-D100-based tape recorder with digital counter and UC expander seem to have existed in 1987.[14] Finally, a UC expander[5] was built into the Ziphona HMK-PA2223,[6] a tangential arm direct drive turntable manufactured by VEB Phonotechnik Pirna/Zittau[6] in limited zero batch quantities only around 1989. The expander was based on a RFT/HFO A274[D],[2][15][16][17][18] the East-German equivalent to the voltage-controlled electronic potentiometer IC Valvo/Philips TCA740[A].[19][20][21][22][23]

The German reunification and the advances in digital home audio equipment put an end to the further introduction of the system in 1990.[4]

Given the revival of vinyl records, the re-introduction of UC and the development of corresponding compander hardware based on modern semiconductors has been considered several times around 1994/1995[4][24] and 2009/2010.[25][26][27]

A software decoder for UC has been implemented.[28][5]

See also

Notes
  1. At this time VEB Deutsche Schallplatten often used an EMT 156 compander, and they observed that they frequently ended up with very similar compression settings being acoustically acceptable.[A]
  2. Given the similarities of the UC compression characteristics with that of the normal compression applied in the mastering, this also means that utilizing an UC expander on non-UC records will often lead to acoustically pleasing results as well.
  3. As of May 2021, the Discogs database lists vinyl records with "CU" in the runout code for Amiga (1983[B]–1987), Eterna (1983[B]–1988) and Nova (1985–1987). It also lists records marked "DU" for Eterna (1986–1990).[C]
  4. The Hohmuth (1987) source states that the UC system was introduced into the market in 1984, whereas the Wonneberg (2000) source states 1983 as the year of introduction. The Discogs database lists some UC compressed records with runout codes indicating disk mastering years starting 1983.[D]
  5. UC compressed records are indicated in the record's matrix code engraved in the silent inner groove area of the record. The last one or two letters following the catalog number block and date code can be either "C" (Kupferschnitt, for copper cutting), "U" (for UC compression being used) or "CU" (both).[E][F] (Discogs lists a number of other letters as well.) The letter combination "DU" (presumably for Direct Metal Mastering (DMM) or "digital recording" combined with UC compression) was used as well.[G] The general scheme used for the runout code between 1971 and 1990 is "c cc ccc - pv myy [s]s [x]x" (sometimes followed by some more letters or digits) with c = catalog code, p = record page, v = version, m = letter code for month, y = 2-digit year (for 19yy), s = staff?, x = properties (incomplete list of letter combinations: "N" = Neumann VMS/SX combination?, "NT" = Neumann with tracing generator?, "M" = ?, "MT" = ?, "C" = copper cut, "CU" = copper cut with UC compression, "D" = DMM or digital?, "DT" = DMM or digital with tracing generator?, "DU" = DMM or digital with UC compression, "U" or "□U" = UC compression). An example picture of a copper cut UC compressed record ("F85 EN CU") can be found in the Müller (2018) source.

References
  1. Hohmuth, Gerhard (May 1987). "Verbesserte Schallplattenwiedergabe durch UC-Kompressor". radio fernsehen elektronik (rfe) (in German). Vol. 36, no. 5. Berlin, Germany: VEB Verlag Technik. pp. 311–313. ISSN 0033-7900. Lizenz-Nr. 1109. AN (EDV) 67 816. (3 pages) (NB. Includes a description of the UC compander system.)
  2. Milde, Helmut (September 1987). Written at Dresden, Germany. "Das UC-Kompandersystem" (PDF). radio fernsehen elektronik (rfe) (in German). Vol. 36, no. 9. Berlin, Germany: VEB Verlag Technik. pp. 592–595. ISSN 0033-7900. Archived (PDF) from the original on 2021-05-05. Retrieved 2021-05-05. (4 pages) (NB. Includes a detailed description of the UC system characteristics and a reference schematic developed by Milde, similar to the circuitry used in the Ziphona HMK-PA2223. Equivalent semiconductors: B082 (2× BiFET OPA) → TL082; B084 (4× BiFET OPA) → TL084; A274 → TCA740; SC309 (80 V / 100 mA / 200 mW / >120 MHz / low-noise) → BC239/BC309 (also SCE309 (80 V / 100 mA / 200 mW / >120 MHz / low-noise) → BC849/BC859); B340D (array of 4× small-signal Si-NPN transistors) → ?; SAM45 (diode array with common cathode, 20 mA / 15 V / 300 mW / <65 ns) → 5× 1N4148 or similar; SAY30 (30 mA / 25 V / 150 mW / <65 ns) → 1N4148 or similar.)
  3. Schwenke, Paul; Leyh, Georg; Vorstius, Joris, eds. (1990). "(unknown)". Zentralblatt für Bibliothekswesen (in German). Bibliographisches Institut. 104: 415. ISSN 0044-4081. p. 415: […] mit einem sogenannten UC-Kompander (Abk. für Universal Compatible; Kompander = Zusammenfassung aus Kompressor und Expander) bearbeitet. Die im Original zu große Dynamik (d.h. das Verhältnis zwischen lautester und leisester Stelle der Aufnahme muß durch einen technischen Bearbeitungsvorgang verringert werden, damit die leisen Passagen nicht im Plattenrauschen untergehen. Dieser in jedem Fall durchgeführte Vorgang wird vom UC-Kompressor nach speziellen, genau definierten Vorschriften nahezu unhörbar vorgenommen. Wenn das Wiedergabegerät mit einem UC-Expander ausgerüstet ist, kann die Originaldynamik annähernd wiederhergestellt werden, indem der Bearbeitungsvorgang rückgängig gemacht wird. Hieraus resultiert eine Rauschminderung der Wiedergabe. […] {{cite journal}}: Cite uses generic title (help)
  4. Wonneberg, Frank [in German] (April 2000). Vinyl Lexikon - Wahrheit und Legende der Schallplatte - Fachbegriffe, Sammlerlatein und Praxistips (in German) (1 ed.). Berlin, Germany: Lexikon Imprint Verlag. pp. 169–170, 405 [170, 405]. ISBN 3-89602-226-1. ISBN 978-3-89602-226-4. p. 405: UC […] Vom VEB Deutsche Schallplatten und dem ZWT Rundfunk und Fernsehen der DDR entwickelter, breitbandiger Kompander zur Codierung von Schallplatten. Das UC-Kompandersystem (universal compatible) nutzt die Möglichkeit durch den Einsatz sogenannter Logarithmierer, den Verstärkungsvorgang fließend zu gestalten und ein abruptes Umschalten bei niedrigen Signalpegeln zu vermeiden. Durch einen sich kontinuierlich wandelnden Kompressionsgrad von 5:3 (0 dB) bis 1:1 (−20 dB) erzielt man eine effektive Störunterdrückung von 10 dB. Die Expansion erfolgt spiegelverkehrt. Auch ohne den Einsatz eines entsprechenden UC-Expanders bleiben durch das »fließende« Verfahren die Ein- und Ausklingvorgänge in ihrer Homogenität und auch die Raumabbildung der Tonaufzeichnung weitestgehend erhalten. Die gewinnbringende Nutzung des UC-Kompanderverfahrens stellt den Anwender vor ein kaum lösbares Problem, da die ökonomischen Rahmenbedingungen und die zentrale Planung der Geräteentwicklung in der DDR die Herstellung eines Serienproduktes untergruben. Letztlich existieren nur einige Labormuster in den Händen der an dem Verfahren beteiligten Entwickler. Ein Versuch nach 1990, mit dem Verfahren erneut Fuß zu fassen, scheiterte an der international bereits von der Industrie vollzogenen, umfassenden Digitalisierung der Heimwiedergabe. Vom VEB Deutsche Schallplatten wurden in den Jahren 1983 bis 1990 weit mehr als 500 verschiedene UC-codierte Schallplatten der Marken Eterna und Amiga veröffentlicht. Alle entsprechend aufgezeichneten Schallplatten tragen im Spiegel der Auslaufrille zusätzlich zur Matrizengravur ein U. Auf eine äußere, gut sichtbare Kennzeichnung wurde, im Sinne der hervorragenden Kompatibilität des Verfahrens bei einer konventionellen Wiedergabe und in Ermangelung verfügbarer UC-Expander für den Heimgebrauch, verzichtet. (448 pages)
  5. Müller, Claus (2018) [2017]. "UC-Expander" (in German). Archived from the original on 2021-05-05. Retrieved 2021-05-05. p. 4: […] In den 1980er Jahren wurden in der DDR vom VEB Deutsche Schallplatten unter dem Label ETERNA viele sehr gute Aufnahmen klassischer Musik veröffentlicht. Diese Platten wurden, nicht wie sonst üblich, in Lackfolie sondern direkt in eine Metallscheibe geschnitten (DMM - Direkt Metal Mastering). Das ersparte zwei Zwischenkopien im Produktionsablauf, was nicht nur schneller ging, sondern auch zu einer erheblich besseren Qualität führte. Zur weiteren Steigerung der Klangqualität wurde das UC-Kompandersystem (UC - Universal Compatible) eingesetzt. Damit wurden beim Schneiden der Platte die leisen Töne etwas lauter und die lauten entsprechend leiser überspielt. Wendet man bei der Wiedergabe das umgekehrte Verfahren an, werden mit den leisen Tönen auch die Störungen abgeschwächt und die lauten Stellen verzerren nicht und nutzen sich weniger ab. All das geschah so vorsichtig, dass man die Platte auch ohne Expander bei der Wiedergabe noch genussvoll anhören konnte. Zum Glück, denn es hätte sowieso nur einen Plattenspieler gegeben, der über eine entsprechende Schaltung verfügte und der war sehr teuer. Vermutlich aus diesem Grund hat man auf eine weithin sichtbare Kennzeichnung der mit diesem Verfahren aufgenommenen Platten verzichtet. Nur in der Gravur zwischen den Auslaufrillen kann man am angehängten U den Einsatz des Kompressors erkennen […] Das vorliegende Programm erfüllt die Aufgabe eines UC-Expanders, mit dem Sie eine im wav-format digitalisierte Schallplattenaufnahme bearbeiten können, um nun endlich den Klang genießen zu können, den Sie damals erworben haben. Bis dahin gibt es aber noch eine Schwierigkeit. Zur richtigen Einstellung des Programmes benötigen Sie eine Schallplatte, auf der ein Bezugspegelton aufgezeichnet ist, wie das bei den, dem Plattenspieler beiliegenen, Testplatten der Fall war. […] (NB. Describes a software implementation of an UC expander as a program "UCExpander.exe" for Microsoft Windows. Also shows a picture of the "U" engraving in the silent inner groove of a record indicating a UC encoded vinyl disk.)
  6. Seiffert, Michael; Renz, Martin, eds. (2013-02-24) [2013-02-22]. "Ziphona HMK-PA2223". Hifi-Museum (in German). Archived from the original on 2021-05-06. Retrieved 2021-05-06. (NB. Has pictures of a VEB Phonotechnik Pirna/Zittau Ziphona HMK-PA2223, a tangential arm direct drive turntable with built-in UC expander, with the frontpanel showing a "UC" logo (for "Universal Compander").)
  7. Hohmuth, Gerhard (August 1984). "Dynamik in elektroakustischen Übertragungssystemen". radio fernsehen elektronik (rfe) (in German). Vol. 33, no. 8. Berlin, Germany: VEB Verlag Technik. pp. 515–516, 538. ISSN 0033-7900.
  8. Milde, Helmut (1988). "Der UC-Kompander - Ein Kompandersystem zur Dynamikanpassung und Rauschverminderung bei der Schallplattenübertragung" [The UC Compander - A Compander System for Volume Matching and Noise Reduction in Gramophone Record Transmission]. Bild und Ton - Wissenschaftliche Zeitschrift für visuelle und auditive Medien (in German). Vol. 41, no. 3. Leipzig, Germany: VEB Fotokinoverlag. pp. 88, 89–93, 95–96 [89–93]. ISSN 0006-2383. OCLC 631727755. CODEN BITOA. (NB. Includes a detailed description of the UC system characteristics and a reference schematic developed by Milde; see also: Milde (1987).)
  9. Zander, Horst (2009). PC-gestützte Restaurierung von Audiosignalen (in German) (1 ed.). Fachverlag Schiele & Schön. p. 176. ISBN 978-3-79490778-6. ISBN 978-3-79490778-6. Archived from the original on 2021-05-08. Retrieved 2021-05-07. p. 176: […] UC aus der ehemaligen DDR. […] Das UC-System gleicht im Arbeitsprinzip dem CX-System, denn es hatte die gleiche Zielsetzung: eine Verbesserung des Dynamikbereichs bei der Schallplatte. […]
  10. Ahnert, Wolfgang; Steffen, Frank (2000). "5.2.3 Dynamic range". Sound Reinforcement Engineering: Fundamentals and Practice (illustrated ed.). CRC Press. pp. 176–179 [178: Table 5.2]. ISBN 0-41523870-6. ISBN 978-0-41523870-0. Retrieved 2021-05-06. p. 178: […] Gramophone record 40–50 dB […] Gramophone record with compander (CX, UC) 50–60 dB […]
  11. Reuber, Claus (March 1983). "Hörfunk in Zukunft - Erst High-Com, dann digital" (PDF). Aktuelle Grundsatzfragen. Funk-Technik - Fachzeitschrift für Funk-Elektroniker und Radio-Fernseh-Techniker - Offizielles Mitteilungsblatt der Bundesfachgruppe Radio- und Fernsehtechnik (in German). Vol. 38, no. 3. Heidelberg, Germany: Dr. Alfred Hüthig Verlag GmbH. pp. 98–100 [98–99]. ISSN 0016-2825. Archived (PDF) from the original on 2021-04-25. Retrieved 2021-04-25. p. 98: […] UKW-FM mit High-Com […] Dafür wird dann High-Com-FM die Dynamik auf Werte zwischen 70 dB und 80 dB erweitern […] Um einen möglichst guten kompatiblen Empfang - Empfang komprimierter Sendungen mit Geräten ohne Expander - zu garantieren, wird die Kompression bei High-Com-FM auf 10 dB beschränkt. […]
  12. Shorter, Geoffrey (November 1983). "German radio show - The International Audio and Video Fair, also known as the German radio exhibition or Funkausstellung, continues to be held in Berlin" (PDF). Electronics & Wireless World. Vol. 89, no. 1574. Business Press International Ltd. pp. 73–75 [74–75]. ISSN 0043-6062. Archived (PDF) from the original on 2021-03-09. Retrieved 2021-04-25. p. 75: […] Telefunken's High Com […] for the last two or three years they have been experimenting with a version for f.m. radio to improve noise performance […] Because it is essential in this application that the encoded signal is received by conventional sets compatibly, the amount of noise reduction has needed to be reduced: starting with 9 dB, they went up to 15 - with adverse effects - and then down through 12 to 10 dB. Encoded broadcasts by Westdeutscher Rundfunk have not produced any complaints so far, so compatibility seems proven, say Telefunken. […]
  13. Wonneberg, Frank [in German] (2008). Labelkunde Vinyl: Schallplattenfirmen, Etikettenstammbäume, Matrizenschlüssel, Qualitätsparameter (in German) (1 ed.). Schwarzkopf & Schwarzkopf Verlag. ISBN 978-3-89602371-1. ISBN 978-3-89602371-1. Retrieved 2021-05-13. […] UC - Kompander […] (541 pages)
  14. M., Andreas "Andi" (2007-05-05) [2007-05-03]. "HMK-D100 mit Digitalzählwerk" (in German). Archived from the original on 2021-05-06. Retrieved 2021-05-09. […] D100 mit digitalem Zählwerk […] Wofür die UC Expandertaste ist, weiß ich nicht. Hinter dieser Taste verbirgt sich die Memorytaste samt der Standardschaltung. […] gebaut wurde es jedenfalls Mitte - Ende 1987 […]
  15. Edelmann, Peter; Jahn, Helmut (1981-03-15). "4. Funktionsbeschreibung des Höhen- und Tiefeneinstellers A 274 D". In Dornfeld, Hermann; Schulz, Heinz; Grunow, Peter; Buttgereit, Dieter; Richter, Wolfgang (eds.). Integrierte Lautstärke/Balance und Bass/Diskant Einstell-Schaltkreise - A273D A274D - Gleichspannungsgesteuerte NF-Stereo-Einstellschaltkreise A273D und A274D. Mikroelektronik: Information - Applikation (in German). Vol. 7 (1 ed.). Frankfurt (Oder), Germany: VEB Halbleiterwerk Frankfurt (Oder) (HFO) of VEB Kombinat Mikroelektronik Erfurt (RFT/KME) & Kammer der Technik (KdT). pp. 30–49 [44]. OCLC 76713850. I-6-1 NF Ffo. 3348-1182 GG 10/82. (75+5 pages)
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  17. A 274 D - Höhen- und Tiefeneinsteller (Stereo) - Integrierter Schaltkreis zur Höhen- und Tiefeneinstellung von Stereo-NF-Verstärkern (PDF) (in German). Archived (PDF) from the original on 2021-05-14. Retrieved 2021-05-14. (5 pages)
  18. Elsner, Mathias W. (2016). "PreAmp mit A274 - Schaltung eines PreAmp mit dem RFT-IC A 274". Matzes Blog (in German). Markkleeberg, Germany. Archived from the original on 2021-05-05. Retrieved 2021-05-07.
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  24. Wonneberg, Frank [in German] (2004-11-30) [1995]. Lehmann, Norbert (ed.). ""DDR"-Produkte". Analog-Forum (in German). Cologne, Germany. Archived from the original on 2021-05-06. Retrieved 2021-05-07. […] Man hat sich in der DDR auch ziemlich ausgefuchste Gedanken über eine analoge Rauschunterdrückung gemacht. Der UC-Kompander war ein […] Kompressor, der bei Nichtvorhandensein eines Expanders auf der Wiedergabeseite wegen der vorsichtigen Signalbehandlung prinzipiell praktisch nicht unangenehm auffiel und bei exakter Einmessung mit einem Gegenstück das Rillenrauschen sehr weit absenkte. […] Diese Informationen erhielt ich vor etlichen Jahren von Frank Wonneberg, dem Autor des Vinyllexikons, damals noch Herausgeber der Zeitschrift "Living Vinyl" […] Es ging zu der Zeit um eine eventuelle Serienproduktion, aus der dann nichts wurde […] (NB. "Living Vinyl" was published by AVA Berlin in 1994/1995.)
  25. Wunderwald, Klaus (2005-07-08). Wölfel, Christian (ed.). "Klangtuning am RFT Tangential-Dreher …". Analog-Forum (in German). Archived from the original on 2021-05-07. Retrieved 2021-05-07. Der Hardware-Entwickler Helmut Milde wohnt übrigens in Dresden und er sagte mir, er hat noch eine bessere Schaltung mit moderneren ICs, was die Schaltung vereinfacht. Er muss es jedoch noch raussuchen, kommt aber erst im Herbst dazu.
  26. Wunderwald, Klaus (2009). "(unknown)". analog (in German). No. 3. Oberhausen, Germany: Analogue Audio Association e.V. (AAA). p. 17. ISSN 1868-2650. {{cite magazine}}: Cite uses generic title (help) (NB. Project to build a UC expander based on modern ICs, assisted by original developer Helmut Milde.)
  27. Wunderwald, Klaus (2010-01-13). "Datenblatt des IC VCA1001 von Aphex". Analog-Forum (in German). Archived from the original on 2021-05-07. Retrieved 2021-05-08. Das ist […] ein […] sehr guter […] VCA (Voltage Control Amplifier) […] Jedenfalls würde er sich für ein Projekt eignen, welches ich in der analog 3/09, S. 17 vorgestellt hatte. Nämlich einen "UC-Expander" mit heute verfügbaren Bauteilen zu bauen unter Mithilfe des damaligen Entwicklers Helmut Milde. […] Der VCA1001 ist einzeln […] verfügbar, kostet […] an die 10 EUR […]
  28. Müller, Claus (2017-06-10). Müller, Walter (ed.). "UC-Expander". µsikus (in German). Archived from the original on 2017-06-29. Retrieved 2021-05-05. […] In den 1980er Jahren wurden in der DDR vom VEB Deutsche Schallplatten unter dem Label ETERNA viele sehr gute Aufnahmen klassischer Musik veröffentlicht, welche mit der DMM-Technik hergestellt wurden und zur weiteren Steigerung der Übertragungsqualität das UC-Kompandersystem zum Einsatz kam. Der vorliegende UC-Expander ermöglicht es, nachdem sie richtig digitalisiert wurden, diese Aufnahmen in ihrer vorgesehenen Qualität anzuhören. Voraussetzung dafür sind das Vorhandensein einer Schallplatte mit einem aufgezeichnetem Bezugspegelton (10 cm/s bei 1 kHz) […]

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