Динамическое управление областью значений

Dynamic range control - адаптивная регулировка динамической области значений сигнала. Динамическая область значений сигнала является логарифмическим отношением максимальной и минимальной амплитуды сигнала, заданным в дБ.

Вы можете использовать динамическое управление областью значений для:

Соответствие уровня аудиосигнала его окружению
Защитите преобразователи AD от перегрузки
Оптимизируйте информацию
Подавьте низкоуровневый шум

Типы динамического регулирования области значений включают:

Компрессор динамической области значений - Ослабляет громкость громких звуков, которые пересекают заданный порог. Они часто используются в системах записи для защиты оборудования и повышения общей громкости.
Динамический ограничитель области значений - тип компрессора, который кирпичит звук выше заданного порога.
Динамическая область значений расширитель - ослабляет громкость тихих звуков ниже заданного порога. Они часто используются, чтобы издавать тихие звуки еще тише.
Шумовые ворота - тип расширителя, который кирпично-волнистый звучит ниже заданного порога.

В этом руководстве показано, как реализовать системы управления динамической областью значений с помощью compressor, expander, limiter, и noiseGate Системные объекты из Audio Toolbox™. Руководство также предоставляет проиллюстрированный пример ограничения динамической области значений на различных этапах системы ограничения динамической области значений.

Схема изображает общую систему управления динамической областью значений.

В системе управления динамической областью значений сигнал усиления вычисляется в боковой цепи и затем подается на входной аудиосигнал. Боковой контур состоит из:

Линейное преобразование в дБ: $x \to x_{d B}$
Расчет усиления, путем передачи сигнала dB через статическое характеристическое уравнение, и затем взятия различия: $g_{c} = x_{s c} - x_{d B}$
Сглаживание усиления с течением времени: $g_{c} \to g_{s}$
Сложение коэффициента усиления подпитки (только для компрессоров и ограничителей): $g_{s} \to g_{m}$
дБ к линейному преобразованию: $g_{m} \to g_{l i n}$
Применение вычисленного сигнала усиления к исходному аудиосигналу: $y = g_{l i n} \times x$

Линейное преобразование в дБ

Сигнал усиления, используемый в динамическом регулировании области значений, обрабатывается по шкале дБ для всех контроллеров динамического диапазона. Нет ссылки на выход дБ; это прямое преобразование: $x_{d B} = 20 \log_{10} (x)$ . Возможно, вам потребуется настроить выход системы управления динамической областью значений в область значений значений вашей системы.

Усиление компьютера

Компьютер усиления обеспечивает первую приблизительную оценку сигнала усиления для динамического управления областью значений. Основным компонентом усилительного компьютера является статическая характеристика. Каждый тип управления динамической областью значений имеет разную статическую характеристику с различными настраиваемыми свойствами:

Threshold - Все статические характеристики имеют порог. С одной стороны порога вход выдается на выход без изменений. С другой стороны порога применяют сжатие, расширение, ограничение кирпичной стенки или кирпичную сетку.
Ratio - Расширители и компрессоры позволяют вам настроить отношение вход-выход статической характеристики выше или ниже заданного порога.
KneeWidth - Расширители, компрессоры и ограничители позволяют вам регулировать ширину колена статической характеристики. Колено статической характеристики центрируется на пороге. Увеличение ширины колена создает более плавный переход вокруг порога. Ширина колена нуля не обеспечивает сглаживания и известна как hard knee. Ширина колена, больше нуля, известна как soft knee.

На этих статических характеристических графиках каждый расширитель, ограничитель и компрессор имеют ширину колена 10 дБ.

Сглаживание усиления

Все контроллеры динамической области значений обеспечивают сглаживание усиления с течением времени. Сглаживание усиления уменьшает резкие переходы приложенного усиления, что может привести к программным продуктам и неестественному звуку. Можно представить сглаживание усиления как сложение импеданса к сигналу усиления.

The expander и noiseGate объекты имеют то же уравнение сглаживания, потому что шумовые ворота являются типом расширителя. The limiter и compressor объекты имеют то же уравнение сглаживания, потому что ограничитель является типом компрессора.

Тип сглаживания усиления задается комбинацией времени атаки, времени релиза и временных коэффициентов удержания. Время атаки и время релиза соответствуют времени, в течение которого сигнал усиления переходит от 10% до 90% от его конечного значения. Время удержания - это период задержки перед применением усиления. Смотрите алгоритмы индивидуума страниц динамической области значений контроллера для более подробных объяснений.

Сглаживание уравнений

expander и noiseGate

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

_αA и _αR определяются частотой дискретизации и заданным временем атаки и релиза:

$α_{A} = \exp (\frac{- \log (9)}{F s \times T_{A}}), α_{R} = \exp (\frac{- \log (9)}{F s \times T_{R}})$
k является заданным временем удержания в выборках.
_CA и _CR являются счетчиками удержания для атаки и релиза, соответственно.

compressor и limiter

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

_αA и _αR определяются частотой дискретизации и заданным временем атаки и релиза:

$α_{A} = \exp (\frac{- \log (9)}{F s \times T_{A}}), α_{R} = \exp (\frac{- \log (9)}{F s \times T_{R}})$

Пример сглаживания усиления

Исследуйте тривиальный случай сжатия динамической области значений для двухэтапного входного сигнала. В этом примере компрессор имеет порог -10 дБ, степень сжатия 5 и жесткое колено.

Показаны несколько изменений сглаживания усиления. Сверху сглаженная кривая усиления показана для различных значений времени атаки с установленным временем релиза нулем секунд. В середине время релиза изменяется и время атаки поддерживается постоянным на нуле секунд. На дне и атака, и время релиза заданы ненулевыми значениями.

Коэффициент усиления подпитки

Усиление подпитки применяется к компрессорам и ограничителям, где более высокие фрагменты сигнала дБ ослаблены или обмотаны кирпичом. Уменьшение дБ может значительно снизить общую степень сигнала. В этих случаях усиление подпитки прикладывается после сглаживания усиления, чтобы увеличить степень сигнала. В Audio Toolbox можно задать заданную величину усиления макияжа или задать режим усиления макияжа следующим 'auto'.

The 'auto' коэффициент усиления гарантирует, что вход 0 дБ приводит к выходу 0 дБ. Например, предположим, что статическая характеристика компрессора с мягким коленом:

$x_{s c} (x_{d B}) = {\begin{matrix} x_{d B} & x_{d B} < (T - \frac{W}{2}) \\ x_{d B} + \frac{(\frac{1}{R} - 1) {(x_{d B} - T + \frac{W}{2})}^{2}}{2 W} & (T - \frac{W}{2}) \leq x_{d B} \leq (T + \frac{W}{2}) \\ T + \frac{(x_{d B} - T)}{R} & x_{d B} > (T + \frac{W}{2}) \end{matrix}$

T - порог, W - ширина колена, а R - степень сжатия. Вычисленный автоматический коэффициент усиления является отрицательным по статическому характеристическому уравнению, рассчитанному в 0 дБ:

$MAKE-UP ВЫГОДА = - x_{s c} (0) = {\begin{matrix} 0 & \frac{W}{2} < T \\ - \frac{(\frac{1}{R} - 1) {(T - \frac{W}{2})}^{2}}{2 W} & - \frac{W}{2} \leq T \leq \frac{W}{2} \\ - T + \frac{T}{R} & - \frac{W}{2} > T \end{matrix}$

дБ в линейное преобразование

Когда сигнал усиления определяется в дБ, он передается в линейную область: $g_{l i n} = 10^{\frac{g_{m}}{20}}$ .

Применение вычисленного усиления

Конечным шагом в динамической системе управления является применение вычисленного усиления путем умножения в линейной области.