expander

Расширитель динамического диапазона

Описание

expander Система object™ выполняет расширение динамического диапазона независимо через каждый входной канал. Расширение динамического диапазона ослабляет объем тихих звуков ниже данного порога. Это использует заданное нападение, релиз, и содержите времена, чтобы достигнуть сглаженной прикладной кривой усиления. Свойства expander Системный объект задает тип расширения динамического диапазона.

Выполнять расширение динамического диапазона:

Создайте expander объект и набор 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

dRE = expander

dRE = expander(thresholdValue)

dRE = expander(thresholdValue,ratioValue)

dRE = expander(___,Name,Value)

Описание

dRE = expander создает Системный объект, dRE, это выполняет расширение динамического диапазона независимо через каждый входной канал.

dRE = expander(thresholdValue) устанавливает свойство Threshold на thresholdValue.

dRE = expander(thresholdValue,ratioValue) устанавливает свойство Ratio на ratioValue.

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

Пример: dRE = expander('AttackTime',0.01,'SampleRate',16000) создает Системный объект, dRE, с 0,01 вторым временем атаки и частотой дискретизации на 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 release функция 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).

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

Порог операции в дБ, заданном как действительный скаляр.

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

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`Ratio` — Коэффициент расширения
5 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

Коэффициент расширения, заданный как действительный скаляр, больше, чем или равный 1.

Expansion ratio является отношением ввода/вывода для сигналов, которые недостаточно поднимаются порог операции.

Принятие твердой характеристики колена и установившегося входа, таким образом, что x [n] дБ <thresholdValue, коэффициент расширения задан как $R = \frac{(y [n] - T)}{(x [n] - T)}$ .

R является коэффициентом расширения.
y [n] является выходным сигналом в дБ.
x [n] является входным сигналом в дБ.
T является порогом в дБ.

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 расширения.

Для мягких характеристик колена область перехода задана отношением

$y = x + \frac{(1 - R) \times {(x - T - \frac{W}{2})}^{2}}{(2 \times W)}$

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

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

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`AttackTime` — Время (время) атаки
0.05 (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 расширителя, чтобы повыситься с 10% до 90% его окончательного значения, когда вход понижается порог.

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 расширителя, чтобы пропустить с 90% до 10% его окончательного значения, когда вход выходит за предел порога.

Настраиваемый: да

Типы данных: single | double

`HoldTime` — Время (времена) задержки
0.05 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

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

Hold time является периодом, в который прикладное усиление считается постоянное, прежде чем это начнет перемещаться к его установившемуся значению. Время задержки начинается, когда уровень на входе пересекает порог операции.

Настраиваемый: да

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

Синтаксис

audioOut = dRE(audioIn)

[audioOut,gain] = dRE(audioIn)

Описание

пример

audioOut = dRE(audioIn) выполняет расширение динамического диапазона на входном сигнале, audioIn, и возвращает расширенный сигнал, audioOut. Тип расширения динамического диапазона задан алгоритмом и свойствами expander Системный объект, dRE.

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

Входные параметры

развернуть все

`audioIn` — Аудиовход к расширителю
матрица

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

Типы данных: single | double

Выходные аргументы

развернуть все

`audioOut` — Аудиовыход от расширителя
матрица

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

Типы данных: single | double

`gain` — Усиление применяется расширителем (дБ)
матрица

Усиление применяется расширителем, 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 расширителя

`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 configureMIDI функции сопоставляют настраиваемые свойства expander Системный объект к стоящим с пользователем параметрам:

Свойство	Область значений	Отображение	Модуль
`Threshold`	[–140, 0]	линейный	дБ
`Ratio`	[1, 50]	линейный	'none'
`KneeWidth`	[0, 20]	линейный	дБ
`AttackTime`	[0, 4]	линейный	секунды
`ReleaseTime`	[0, 4]	линейный	секунды
`HoldTime`	[0, 4]	линейный	секунды

Примеры

развернуть все

Расширьте звуковой сигнал

Скрипт Open Live Script

Используйте расширение динамического диапазона, чтобы ослабить фоновый шум от звукового сигнала.

Настройте dsp.AudioFileReader и audioDeviceWriter Системные объекты.

frameLength = 1024;
fileReader = dsp.AudioFileReader( ...
    'Filename','Counting-16-44p1-mono-15secs.wav', ...
    'SamplesPerFrame',frameLength);
deviceWriter = audioDeviceWriter( ...
    'SampleRate',fileReader.SampleRate);

Повредите звуковой сигнал с Гауссовым шумом. Проигрывайте аудио.

while ~isDone(fileReader)
    x = fileReader();
    xCorrupted = x + (1e-2/4)*randn(frameLength,1);
    deviceWriter(xCorrupted);
end

release(fileReader)

Настройте расширитель с порогом-40 дБ, отношением 10, временем атаки 0,01 секунд, временем релиза 0,02 секунд и временем задержки 0 секунд. Используйте частоту дискретизации своего читателя звукового файла.

dRE = expander(-40,10, ...
    'AttackTime',0.01, ...
    'ReleaseTime',0.02, ...
    'HoldTime',0, ...
    'SampleRate',fileReader.SampleRate);

Настройте осциллограф, чтобы визуализировать сигнал до и после расширения динамического диапазона.

scope = dsp.TimeScope( ...
    'SampleRate',fileReader.SampleRate, ...
    'TimeSpanOverrunAction','Scroll', ...
    'TimeSpan',16, ...
    'BufferLength',1.5e6, ...
    'YLimits',[-1 1], ...
    'ShowGrid',true, ...
    'ShowLegend',true, ...
    'Title','Corrupted vs. Expanded Audio');

Проигрывайте обработанное аудио и визуализируйте его на осциллографе.

while ~isDone(fileReader)
    x = fileReader();
    xCorrupted = x + (1e-2/4)*randn(frameLength,1);
    y = dRE(xCorrupted);
    deviceWriter(y);
    scope([xCorrupted,y])
end

release(fileReader)
release(dRE)
release(deviceWriter)
release(scope)

Примените полосу разделения De-Эссинг

Скрипт Open Live Script

De-Эссинг является процессом уменьшения свистящих звуков в звуковом сигнале. Шипение относится к s, z, и звукам sh в речи, которая может быть непропорционально подчеркнута во время записи. звуки es подпадают под категорию неречевой речи со всеми согласными и имеют более высокую частоту, чем речевая речь. В этом примере вы применяете полосу разделения de-Эссинг к речевому сигналу путем разделения сигнала на высокие частоты и низкие частоты, применения расширителя, чтобы уменьшить свистящие частоты, и затем делания ремикс каналов.

Создайте dsp.AudioFileReader возразите и audioDeviceWriter возразите, чтобы читать из звукового файла и записать в аудио устройство. Слушайте необработанный сигнал. Затем выпустите средство записи устройства и средство чтения файлов.

fileReader = dsp.AudioFileReader( ...
    fullfile(matlabroot,'examples','audio','Sibilance.wav'));
deviceWriter = audioDeviceWriter;

while ~isDone(fileReader)
    audioIn = fileReader();
    deviceWriter(audioIn);
end

release(deviceWriter)
release(fileReader)

Создайте expander Системный объект к de-эс звуковой сигнал. Установите частоту дискретизации расширителя к частоте дискретизации звукового файла. Создайте фильтр перекрестного соединения 2D полосы с перекрестным соединением 3 000 Гц. Шипение обычно находится в этой области значений. Установите перекрестный наклон на 12. Постройте частотную характеристику перекрестного фильтра, чтобы подтвердить ваш проект визуально.

dRExpander = expander( ...
    'Threshold',-50, ...
    'AttackTime', 0.05, ...
    'ReleaseTime',0.05, ...
    'HoldTime',0.005, ...
    'SampleRate',fileReader.SampleRate);

crossFilt = crossoverFilter( ...
    'NumCrossovers',1, ...
    'CrossoverFrequencies',3000, ...
    'CrossoverSlopes',12);
visualize(crossFilt)

Создайте dsp.TimeScope Системный объект, чтобы визуализировать исходные и обработанные звуковые сигналы.

scope = dsp.TimeScope( ...
    'SampleRate',fileReader.SampleRate, ...
    'TimeSpanOverrunAction','Scroll', ...
    'TimeSpan',4, ...
    'BufferLength',fileReader.SampleRate*8, ...
    'YLimits',[-1,1], ...
    'ShowGrid',true, ...
    'ShowLegend',true, ...
    'ChannelNames',{'Original','Processed'});

В цикле аудиопотока:

Читайте в системе координат звукового файла.
Разделите звуковой сигнал в две полосы.
Примените расширение динамического диапазона на верхнюю полосу.
Сделайте ремикс каналов.
Запишите обработанный звуковой сигнал в свое аудио устройство для слушания.
Визуализируйте обработанные и необработанные сигналы на осциллографе времени.

Как лучшая практика, выпустите свои объекты, однажды сделанные.

while ~isDone(fileReader)
    audioIn = fileReader();
    
    [band1,band2] = crossFilt(audioIn);
    
    band2processed = dRExpander(band2);
    
    procAudio  = band1 + band2processed;
    
    deviceWriter(procAudio);
    
    scope([audioIn procAudio]);
end

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

release(crossFilt)
release(dRExpander)

Настройте параметры расширителя

Скрипт Open Live Script

Создайте dsp.AudioFileReader читать в покадровом аудио. Создайте audioDeviceWriter записать аудио в вашу звуковую карту. Создайте expander обработать аудиоданные. Вызовите visualize построить статическую характеристику expander.

frameLength = 1024;
fileReader = dsp.AudioFileReader('Counting-16-44p1-mono-15secs.wav', ...
    'SamplesPerFrame',frameLength);
deviceWriter = audioDeviceWriter('SampleRate',fileReader.SampleRate);

dRE = expander(-40,10, ...
    'AttackTime',0.01, ...
    'ReleaseTime',0.02, ...
    'HoldTime',0, ...
    'SampleRate',fileReader.SampleRate);
visualize(dRE)

Создайте dsp.TimeScope визуализировать исходное и обработанное аудио.

scope = dsp.TimeScope( ...
    'SampleRate',fileReader.SampleRate, ...
    'TimeSpan',1, ...
    'BufferLength',fileReader.SampleRate*4, ...
    'YLimits',[-1,1], ...
    'TimeSpanOverrunAction','Scroll', ...
    'ShowGrid',true, ...
    'LayoutDimensions',[2,1], ...
    'NumInputPorts',2, ...
    'Title','Original vs. Processed Audio (top) and Applied Gain in dB (bottom)');
scope.ActiveDisplay = 2;
scope.YLimits = [-300,0];
scope.YLabel = 'Gain (dB)';

Вызовите parameterTuner открыть пользовательский интерфейс для настроек параметров расширителя при потоковой передаче.

parameterTuner(dRE)

В цикле аудиопотока:

Читайте в системе координат аудио из файла.
Примените расширение динамического диапазона.
Запишите систему координат аудио к вашему аудио устройству для слушания.
Визуализируйте исходное и обработанное аудио и примененное усиление.

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

while ~isDone(fileReader)
    audioIn = fileReader();
    [audioOut,g] = dRE(audioIn);
    deviceWriter(audioOut);
    scope([audioIn(:,1),audioOut(:,1)],g(:,1));
    drawnow limitrate % required to update parameter
end

Как лучшая практика, выпустите свои объекты, однажды сделанные.

release(deviceWriter)
release(fileReader)
release(dRE)
release(scope)

Алгоритмы

развернуть все

expander Системный объект обрабатывает кадр сигнала системой координат 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 расширителя динамического диапазона ослабить усиление, которое является ниже порога.

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

$x_{кв/см} (x_{дБ}) = {\begin{matrix} T + (x_{дБ} - T) \times R & x_{дБ} < (T - \frac{W}{2}) \\ x_{дБ} + \frac{(1 - R) {(x_{дБ} - T - \frac{W}{2})}^{2}}{2 W} & (T - \frac{W}{2}) \leq x_{дБ} \leq (T + \frac{W}{2}) \\ x_{дБ} & x_{дБ} > (T + \frac{W}{2}) \end{matrix},$

где T является порогом, R является отношением, и W является шириной колена.

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

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

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 нападения, релиза и свойств времени задержки:

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

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

C _A и C _R является счетчиками хранения для нападения и релиза, соответственно. Предел, T _H , определяется HoldTime свойство.

Вычислите и примените линейное усиление

Сглаживавшее усиление в дБ, g _s [n], переводится в линейную область:

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

Выход расширителя 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

expander

Описание

Создание

Синтаксис

Описание

Свойства

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

Ratio — Коэффициент расширения5 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

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

AttackTime — Время (время) атаки0.05 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

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

HoldTime — Время (времена) задержки0.05 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

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

Использование

Синтаксис

Описание

Входные параметры

audioIn — Аудиовход к расширителю матрица

Выходные аргументы

audioOut — Аудиовыход от расширителя матрица

gain — Усиление применяется расширителем (дБ) матрица

Функции объекта

Характерный для расширителя

MIDI

Характерный для всех системных объектов

Примеры

Расширьте звуковой сигнал

Примените полосу разделения De-Эссинг

Настройте параметры расширителя

Алгоритмы

Преобразуйте Входной сигнал в дБ

Получите компьютер

Получите сглаживание

Вычислите и примените линейное усиление

Ссылки

Расширенные возможности

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

Смотрите также

Темы

Введенный в R2016a

Документация Audio Toolbox

Поддержка

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

`Ratio` — Коэффициент расширения
5 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

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

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

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

`HoldTime` — Время (времена) задержки
0.05 (значение по умолчанию) | действительный скаляр

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

`audioIn` — Аудиовход к расширителю
матрица

`audioOut` — Аудиовыход от расширителя
матрица

`gain` — Усиление применяется расширителем (дБ)
матрица

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