ограничитель

Ограничитель динамического диапазона

Описание

Система limiter object™ выполняет динамический диапазон кирпичной стены, ограничивающий независимо через каждый входной канал. Ограничение динамического диапазона подавляет объем громких звуков, которые пересекают данный порог. Это использует заданные времена нападения и релиза, чтобы достигнуть сглаженной прикладной кривой усиления. Свойства Системного объекта limiter задают тип ограничения динамического диапазона.

Выполнять ограничение динамического диапазона:

Создайте объект limiter и установите его свойства.
Вызовите объект с аргументами, как будто это была функция.

Чтобы узнать больше, как Системные объекты работают, смотрите то, Что Системные объекты? MATLAB.

Создание

Синтаксис

dRL = limiter

dRL = limiter(thresholdValue)

dRL = limiter(___,Name,Value)

Описание

dRL = limiter создает Системный объект, dRL, который выполняет динамический диапазон кирпичной стены, ограничивающий независимо через каждый входной канал.

dRL = limiter(thresholdValue) устанавливает свойство Threshold на thresholdValue.

dRL = limiter(___,Name,Value) наборы каждое свойство Name к заданному Value. Незаданные свойства имеют значения по умолчанию.

Пример: dRL = limiter('AttackTime',0.01,'SampleRate',16000) создает Системный объект, dRL, со временем атаки на 10 мс и частотой дискретизации 16 кГц.

Свойства

развернуть все

Если в противном случае не обозначено, свойства являются ненастраиваемыми, что означает, что вы не можете изменить их значения после вызова объекта. Объекты блокируют, когда вы вызываете их, и функция release разблокировала их.

Если свойство является настраиваемым, можно изменить его значение в любое время.

Для получения дополнительной информации об изменении значений свойств смотрите Разработку системы в MATLAB Используя Системные объекты (MATLAB).

`'Порог'` Порог операции (дБ)
`–10` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

Порог операции в дБ, заданном как действительный скаляр.

Operation threshold является уровнем, выше которого усиление применяется к входному сигналу.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`KneeWidth` — Ширина колена (дБ)
`0` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

Ширина колена в дБ, заданном как действительный скаляр, больше, чем или равный 0.

Knee width является областью перехода в характеристике ограничителя.

Для мягких характеристик колена область перехода задана отношением

$y = x - \frac{{(x - T + \frac{W}{2})}^{2}}{(2 \times W)}$

для области значений $(2 \times | x - T |) \leq W$ .

y является уровнем на выходе в дБ.
x является уровнем на входе в дБ.
T является порогом в дБ.
W является шириной колена в дБ.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`AttackTime` — Время (время) атаки
`0` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

Время атаки в секундах, заданных как действительный скаляр, больше, чем или равный 0.

Attack time является временем, это берет усиление ограничителя, чтобы повыситься с 10% до 90% его окончательного значения, когда вход выходит за предел порога.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`ReleaseTime` — Выпустите время (времена)
`0.2` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

Выпустите время в секундах, заданных как действительный скаляр, больше, чем или равный 0.

Release time является временем, которое он берет усиление ограничителя, чтобы пропустить с 90% до 10% его окончательного значения, когда вход понижается порог.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`MakeUpGainMode` — Режим усиления состава
`'Property'` (значение по умолчанию) | `'Auto'`

Режим усиления состава, заданный как 'Auto' или 'Property'.

'auto' Усиление состава применяется при выводе ограничителя динамического диапазона, таким образом, что установившийся вход на 0 дБ имеет вывод на 0 дБ.
Свойство Усиление состава установлено в значение, заданное в свойстве MakeUpGain.

Настраиваемый: нет

Типы данных: char | string

`MakeUpGain` — Усиление состава (дБ)
`0` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

Усиление состава в дБ, заданном как действительный скаляр.

Make-up gain компенсирует усиление, потерянное во время ограничения. Это применяется при выводе ограничителя динамического диапазона.

Настраиваемый: да

Зависимости

Чтобы включить это свойство, установите MakeUpGainMode на 'Property'.

Типы данных: single | double

`SampleRate` — Введите частоту дискретизации (Гц)
`44100` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Введите частоту дискретизации в Гц, заданном как положительная скалярная величина.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

Использование

Для версий ранее, чем R2016b, используйте функцию step, чтобы запустить алгоритм Системного объекта. Аргументы к step являются объектом, который вы создали, сопровождаемый аргументами, показанными в этом разделе.

Например, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполняют эквивалентные операции.

Синтаксис

audioOut = dRL(audioIn)

[audioOut,gain] = dRL(audioIn)

Описание

пример

audioOut = dRL(audioIn)выполняет ограничение динамического диапазона на входном сигнале, audioIn, и возвращает ограниченный сигнал, audioOut. Тип ограничения динамического диапазона задан алгоритмом и свойствами Системного объекта limiter, dRL.

пример

[audioOut,gain] = dRL(audioIn)также возвращает прикладное усиление, в дБ, на каждой входной выборке.

Входные параметры

развернуть все

`audioIn` — Аудиовход к ограничителю
матрица

Аудиовход к ограничителю, заданному как матрица. Столбцы матрицы обработаны как независимые звуковые каналы.

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

развернуть все

`audioOut` — Аудиовыход от ограничителя
матрица

Аудиовыход от ограничителя, возвращенного как матрица тот же размер как audioIn.

Типы данных: single | double

`gain` — Усиление применяется ограничителем (дБ)
матрица

Усиление применяется ограничителем, возвращенным как матрица тот же размер как audioIn.

Типы данных: single | double

Функции объекта

Чтобы использовать объектную функцию, задайте Системный объект как первый входной параметр. Например, чтобы выпустить системные ресурсы Системного объекта под названием obj, используйте этот синтаксис:

release(obj)

развернуть все

Характерный для limiter

`visualize`	Визуализируйте статическую характеристику контроллера динамического диапазона
`createAudioPluginClass`	Создайте аудио сменный класс, который реализует функциональность Системного объекта
`parameterTuner`	Настройте параметры объекта при потоковой передаче

MIDI

`configureMIDI`	Сконфигурируйте связи MIDI между аудио объектным и MIDI-контроллером
`disconnectMIDI`	Отключите средства управления MIDI от аудио объекта
`getMIDIConnections`	Получите связи MIDI аудио объекта

Характерный для всех системных объектов

`clone`	Создайте объект дублированной системы
`isLocked`	Определите, используется ли Системный объект
`release`	Высвободите средства и позвольте изменения в значениях свойств Системного объекта и введите характеристики
`reset`	Сбросьте внутренние состояния Системного объекта
`step`	Запустите алгоритм Системного объекта

createAudioPluginClass и функции configureMIDI сопоставляют настраиваемые свойства Системного объекта limiter к стоящим с пользователем параметрам:

Свойство	Область значений	Отображение	Модуль
`Threshold`	[–50, 0]	линейный	дБ
`KneeWidth`	[0, 20]	линейный	дБ
`AttackTime`	[0, 4]	линейный	секунды
`ReleaseTime`	[0, 4]	линейный	секунды
`MakeUpGain` (доступный, когда вы устанавливаете `MakeUpGainMode` на `'Property'`),	[–10, 24]	линейный	дБ

Примеры

развернуть все

Ограничьте звуковой сигнал

Скрипт Open Live Script

Используйте ограничение динамического диапазона, чтобы подавить объем громких звуков.

Настройте dsp.AudioFileReader и Систему audioDeviceWriter objects™.

frameLength = 1024;
fileReader = dsp.AudioFileReader( ...
    'Filename','RockDrums-44p1-stereo-11secs.mp3', ...
    'SamplesPerFrame',frameLength);
deviceWriter = audioDeviceWriter( ...
    'SampleRate',fileReader.SampleRate);

Настройте limiter, чтобы иметь порог-15 дБ, время атаки 0,005 секунд и время релиза 0,1 секунд. Установите усиление состава на 0 дБ (значение по умолчанию). Чтобы задать это значение, установите режим усиления состава на 'Property', но не задавайте свойство MakeUpGain. Используйте частоту дискретизации своего читателя звукового файла.

dRL = limiter(-15, ...
    'AttackTime',0.005, ...
    'ReleaseTime',0.1, ...
    'MakeUpGainMode','Property', ...
    'SampleRate',fileReader.SampleRate);

Визуализируйте статическую характеристику limiter.

visualize(dRL)

Настройте осциллограф времени, чтобы визуализировать исходный сигнал и ограниченный сигнал.

scope = dsp.TimeScope( ...
    'SampleRate',fileReader.SampleRate, ...
    'TimeSpanOverrunAction','Scroll', ...
    'TimeSpan',1, ...
    'BufferLength',44100*4, ...
    'YLimits',[-1 1], ...
    'ShowGrid',true, ...
    'LayoutDimensions',[2,1], ...
    'NumInputPorts',2, ...
    'ShowLegend',true, ...
    'Title',['Original vs. Limited Audio (top)' ...
    ' and Limiter Gain in dB (bottom)']);

Проигрывайте обработанное аудио и визуализируйте его на осциллографе.

while ~isDone(fileReader)
    x = fileReader();
    [y,g] = dRL(x);
    deviceWriter(y);
    x1 = x(:,1);
    y1 = y(:,1);
    g1 = g(:,1);
    scope([x1,y1],g1);
end

release(fileReader)
release(dRL)
release(deviceWriter)
release(scope)

Сравните ограничитель динамического диапазона и компрессор

Скрипт Open Live Script

Ограничитель динамического диапазона является специальным типом компрессора динамического диапазона. В ограничителях трудно ограничивается уровень выше операционного порога. В самой простой реализации ограничителя эффект эквивалентен аудио усечению. В компрессорах уровень выше операционного порога понижен с помощью заданного коэффициента сжатия. Используя коэффициент сжатия приводит к более сглаженному обработанному сигналу.

Сравните ограничитель и компрессор, примененный синусоида

Создайте Систему limiter object™ и Системный объект compressor. Установите свойства AttackTime и ReleaseTime обоих объектов обнулить. Создайте Системный объект audioOscillator, чтобы сгенерировать синусоиду с набором Frequency к 5 и набором Amplitude к 0.1.

dRL = limiter('AttackTime',0,'ReleaseTime',0);
dRC = compressor('AttackTime',0,'ReleaseTime',0);

osc = audioOscillator('Frequency',5,'Amplitude',0.1);

Создайте осциллограф времени, чтобы визуализировать сгенерированную синусоиду и обработанную синусоиду.

scope = dsp.TimeScope( ...
    'SampleRate',osc.SampleRate, ...
    'TimeSpan',2, ...
    'BufferLength',osc.SampleRate*4, ...
    'YLimits',[-1 1], ...
    'TimeSpanOverrunAction','Scroll', ...
    'ShowGrid',true, ...
    'LayoutDimensions',[2 1], ...
    'NumInputPorts',2, ...
    'Title', ...
    'Original Signal vs. Limited Signal (top) and Compressed Signal (bottom)');

В цикле аудиопотока визуализируйте исходную синусоиду и синусоиду, обработанную ограничителем и компрессором. Постепенно увеличьте амплитуду исходной синусоиды, чтобы проиллюстрировать эффект.

while osc.Amplitude < 0.75
    x = osc();
    
    xLimited    = dRL(x);
    xCompressed = dRC(x);
    
    scope([x xLimited],[x xCompressed]);
    
    osc.Amplitude = osc.Amplitude + 0.0002;
end
release(scope)
release(dRL)
release(dRC)
release(osc)

Сравните ограничитель и компрессор, примененный звуковой сигнал

Сравните эффект ограничителей динамического диапазона и компрессоров на дорожке ударных. Создайте Системный объект dsp.AudioFileReader и Системный объект audioDeviceWriter, чтобы считать аудио из файла и записать в ваше устройство аудиовыхода. Чтобы подчеркнуть эффект управления динамическим диапазоном, установите операционный порог ограничителя и компрессора к-20 дБ.

dRL.Threshold = -20;
dRC.Threshold = -20;

fileReader = dsp.AudioFileReader('FunkyDrums-44p1-stereo-25secs.mp3');
deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fileReader.SampleRate);

Считайте последовательные кадры из звукового файла в цикле. Слушайте и сравните эффект ограничения динамического диапазона и сжатия динамического диапазона на звуковом сигнале.

numFrames = 300;

fprintf('Now playing original signal...\n')
for i = 1:numFrames
    x = fileReader();
    deviceWriter(x);
end
reset(fileReader);

fprintf('Now playing limited signal...\n')
for i = 1:numFrames
    x = fileReader();
    xLimited = dRL(x);
    deviceWriter(xLimited);
end
reset(fileReader);

fprintf('Now playing compressed signal...\n')
for i = 1:numFrames
    x = fileReader();
    xCompressed = dRC(x);
    deviceWriter(xCompressed);
end
    
release(fileReader)
release(deviceWriter)
release(dRC)
release(dRL)

Настройте параметры ограничителя

Открыть скрипт

Создайте dsp.AudioFileReader, чтобы читать в покадровом аудио. Создайте audioDeviceWriter, чтобы записать аудио в вашу звуковую карту. Создайте limiter, чтобы обработать аудиоданные.

frameLength = 1024;
fileReader = dsp.AudioFileReader('RockDrums-44p1-stereo-11secs.mp3', ...
    'SamplesPerFrame',frameLength);
deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fileReader.SampleRate);

dRL = limiter('SampleRate',fileReader.SampleRate);

Вызовите parameterTuner, чтобы открыть пользовательский интерфейс для настроек параметров ограничителя при потоковой передаче.

parameterTuner(dRL)

В цикле аудиопотока:

Читайте в кадре аудио из файла.
Примените ограничение динамического диапазона.
Запишите кадр аудио к вашему аудио устройству для слушания.

В то время как потоковая передача, настройки параметров ограничителя динамического диапазона и слушает эффект.

while ~isDone(fileReader)
    audioIn = fileReader();
    audioOut = dRL(audioIn);
    deviceWriter(audioOut);
    drawnow limitrate % required to update parameter
end

Как лучшая практика, выпустите свои объекты, однажды сделанные.

release(deviceWriter)
release(fileReader)
release(dRL)

Алгоритмы

развернуть все

Системный объект limiter обрабатывает кадр сигнала кадром и поэлементно.

Преобразуйте Входной сигнал в дБ

N - сигнал точки, x [n], преобразован в децибелы:

$x_{дБ} [n] = 20 \times {журнал}_{10} | x [n] |$

Получите компьютер

_ДБ x [n] проходит через компьютер усиления. Компьютер усиления использует свойства статической характеристики ограничителя динамического диапазона к усилению кирпичной стены, которое является выше порога.

Если вы задали мягкое колено, компьютер усиления имеет следующую статическую характеристику:

$x_{кв/см} (x_{дБ}) = {\begin{matrix} x_{дБ} & x_{дБ} < (T - \frac{W}{2}) \\ x_{дБ} - \frac{{(x_{дБ} - T + \frac{W}{2})}^{2}}{2 W} & \begin{matrix} \end{matrix} (T - \frac{W}{2}) \leq x_{дБ} \leq (T + \frac{W}{2}) \\ T & x_{дБ} > (T + \frac{W}{2}) \end{matrix},$

где T является порогом, и W является шириной колена.

Если вы задали твердое колено, компьютер усиления имеет следующую статическую характеристику:

$x_{кв/см} (x_{дБ}) = {\begin{matrix} x_{дБ} & x_{дБ} < T \\ T & x_{дБ} \geq T \end{matrix}$

Вычисленное усиление, g _c [n], вычисляется как

$g_{c} [n] = x_{кв/см} [n] - x_{дБ} [n] .$

Получите сглаживание

g _c [n] сглаживается с помощью заданного времени нападения и релиза:

$g_{s} [n] = {\begin{matrix} α_{A} g_{s} [n - 1] + (1 - α_{A}) g_{c} [n], & g_{c} [n] \leq g_{s} [n - 1] \\ α_{R} g_{s} [n - 1] + (1 - α_{R}) g_{c} [n], & g_{c} [n] > g_{s} [n - 1] \end{matrix}$

Коэффициент времени атаки, α _A , вычисляется как

$α_{A} = \exp (\frac{- журнал (9)}{F s \times T_{A}}) .$

Коэффициент времени релиза, α _R , вычисляется как

$α_{R} = \exp (\frac{- журнал (9)}{F s \times T_{R}}) .$

T _A является периодом времени атаки, заданным свойством AttackTime. T _R является периодом времени релиза, заданным свойством ReleaseTime. Fs является входным уровнем выборки, заданным свойством SampleRate.

Вычислите и примените усиление состава

Если MakeUpGainMode установлен в 'Auto' по умолчанию, усиление состава вычисляется как отрицание вычисленного усиления для входа на 0 дБ:

$M = {- x_{кв/см} |}_{x_{дБ} = 0}$

Учитывая установившийся вход 0 дБ, эта настройка достигает установившегося вывода 0 дБ. Усиление состава определяется свойствами Threshold и KneeWidth. Это не зависит от входного сигнала.

Усиление состава, M, добавляется к сглаживавшему усилению, g _s [n]:

$g_{m} [n] = g_{s} [n] + M$

Вычислите и примените линейное усиление

Расчетное усиление в дБ, g _m [n], переводится в линейную область:

$g_{lin} [n] = 10^{(\frac{g_{m} [n]}{20})} .$

Вывод ограничителя динамического диапазона дан как

$y [n] = x [n] \times g_{lin} [n] .$

Ссылки

[1] Giannoulis, Димитриос, Михаэль Массберг и Джошуа Д. Рейсс. "Цифровой Проект Компрессора Динамического диапазона – Пример и Анализ". Журнал Общества звукоинженеров. Издание 60, Выпуск 6, 2012, стр 399–408.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Указания и ограничения по применению:

Системные объекты в Генерации кода MATLAB (MATLAB Coder)

Документация

ограничитель

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

'Порог' Порог операции (дБ) –10 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

KneeWidth — Ширина колена (дБ) 0 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

AttackTime — Время (время) атаки 0 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

ReleaseTime — Выпустите время (времена) 0.2 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

MakeUpGainMode — Режим усиления состава 'Property' (значение по умолчанию) | 'Auto'

MakeUpGain — Усиление состава (дБ) 0 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

Зависимости

SampleRate — Введите частоту дискретизации (Гц) 44100 (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

audioIn — Аудиовход к ограничителю матрица

Выходные аргументы

audioOut — Аудиовыход от ограничителя матрица

gain — Усиление применяется ограничителем (дБ) матрица

Функции объекта

Примеры

Ограничьте звуковой сигнал

Сравните ограничитель динамического диапазона и компрессор

Настройте параметры ограничителя

Алгоритмы

Преобразуйте Входной сигнал в дБ

Получите компьютер

Получите сглаживание

Вычислите и примените усиление состава

Вычислите и примените линейное усиление

Ссылки

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++ Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

Блоки

Системные объекты

Темы

Введенный в R2016a

Документация Audio Toolbox

Поддержка

`'Порог'` Порог операции (дБ)
`–10` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

`KneeWidth` — Ширина колена (дБ)
`0` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

`AttackTime` — Время (время) атаки
`0` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

`ReleaseTime` — Выпустите время (времена)
`0.2` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

`MakeUpGainMode` — Режим усиления состава
`'Property'` (значение по умолчанию) | `'Auto'`

`MakeUpGain` — Усиление состава (дБ)
`0` (значение по умолчанию) | действительный скаляр

`SampleRate` — Введите частоту дискретизации (Гц)
`44100` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

`audioIn` — Аудиовход к ограничителю
матрица

`audioOut` — Аудиовыход от ограничителя
матрица

`gain` — Усиление применяется ограничителем (дБ)
матрица

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.