Управление динамическим диапазоном

Dynamic range control является адаптивной корректировкой динамического диапазона сигнала. Динамический диапазон сигнала является логарифмическим отношением максимума к минимальной амплитуде сигнала, заданной в дБ.

Можно использовать управление динамическим диапазоном для:

Совпадайте с уровнем звукового сигнала к его среде
Защитите AD конвертеры от перегрузки
Оптимизируйте информацию
Подавите низкоуровневый шум

Типы управления динамическим диапазоном включают:

Компрессор динамического диапазона – Ослабляет объем громких звуков, которые пересекают заданный порог. Они часто используются в записи систем, чтобы защитить оборудование и увеличить общую громкость.
Ограничитель динамического диапазона – тип компрессора, которым кирпичные стены звучат выше заданного порога.
Расширитель динамического диапазона – Ослабляет объем тихих звуков ниже заданного порога. Они часто используются, чтобы сделать тихие звуки еще более тихими.
Подавитель шума – тип расширителя, которым кирпичные стены звучат ниже заданного порога.

Этот пример показывает, как реализовать системы управления динамического диапазона с помощью compressor, expander, limiter, и noiseGate Системные объекты от Audio Toolbox™. Пример также обеспечивает проиллюстрированный пример ограничения динамического диапазона на различных этапах ограничивающей системы динамического диапазона.

Схема изображает общую систему управления динамического диапазона.

В системе управления динамического диапазона сигнал усиления вычислен в боковой цепи и затем применен входной звуковой сигнал. Боковая цепь состоит из:

Линейный к преобразованию дБ: $x \to x_{d B}$
Получите расчет путем передачи сигнала дБ посредством уравнения статической характеристики, и затем взятия различия: $g_{c} = x_{s c} - x_{d B}$
Получайте сглаживание в зависимости от времени: $g_{c} \to g_{s}$
Сложение усиления состава (только для компрессоров и ограничителей): $g_{s} \to g_{m}$
дБ к линейному преобразованию: $g_{m} \to g_{l i n}$
Приложение расчетного усиления сигнализирует к исходному звуковому сигналу: $y = g_{l i n} \times x$

Линейный к Преобразованию дБ

Сигнал усиления, используемый в управлении динамическим диапазоном, обрабатывается по шкале дБ для всех контроллеров динамического диапазона. Нет никакой ссылки для дБ выхода; это - прямое преобразование: $x_{d B} = 20 \log_{10} (x)$ . Вы можете должны быть настроить выход системы управления динамического диапазона к области значений вашей системы.

Получите компьютер

Компьютер усиления обеспечивает первую грубую оценку сигнала усиления для управления динамическим диапазоном. Основной компонент компьютера усиления является статической характеристикой. Каждый тип управления динамическим диапазоном имеет различную статическую характеристику с различными настраиваемыми свойствами:

Threshold – Все статические характеристики имеют порог. На одной стороне порога вход дан выходу без модификации. С другой стороны порога, сжатия, расширения, ограничения кирпичной стены или пропускания кирпичной стены применяется.
Ratio – Расширители и компрессоры позволяют вам настроить отношение входа к выходу статической характеристики выше или ниже заданного порога.
KneeWidth – Расширители, компрессоры и ограничители позволяют вам настроить ширину колена статической характеристики. Колено статической характеристики сосредоточено в пороге. Увеличение ширины колена создает более сглаженный переход вокруг порога. Ширина колена нуля не обеспечивает сглаживания и известна как hard knee. Ширина колена, больше, чем нуль, известна как soft knee.

В этих графиках статической характеристики, расширителе, ограничителе и компрессоре у каждого есть ширина колена на 10 дБ.

Получите сглаживание

Все контроллеры динамического диапазона обеспечивают усиление, сглаживающее в зависимости от времени. Сглаживание усиления уменьшает резкие скачки в прикладном усилении, которое может привести к артефактам и неестественному звуку. Можно осмыслять усиление, сглаживающее как сложение импеданса к сигналу усиления.

expander и noiseGate объекты имеют то же уравнение сглаживания, потому что подавитель шума является типом расширителя. limiter и compressor объекты имеют то же уравнение сглаживания, потому что ограничитель является типом компрессора.

Тип сглаживания усиления задан комбинацией времени атаки, времени релиза и коэффициентов времени задержки. Время атаки и время релиза соответствуют времени, это берет сигнал усиления пойти от 10% до 90% его окончательного значения. Время задержки является временем задержки, прежде чем усиление будет применено. См. алгоритмы отдельного контроллера динамического диапазона страницы 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 задали время нападения 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 задержки в выборках.
_CA и _CR являются счетчиками хранения для нападения 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 задали время нападения и релиза:

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

Получите пример сглаживания

Исследуйте тривиальный случай сжатия динамического диапазона для двухступенчатого входного сигнала. В этом примере компрессор имеет порог-10 дБ, коэффициент сжатия 5, и твердое колено.

Несколько изменений сглаживания усиления показывают. На верхней части сглаживавшую кривую усиления показывают для различных значений времени атаки с обнуленными секундами времени релиза. В середине варьируется время релиза, и время атаки считается постоянное в нулевые секунды. На нижней части оба раза нападения и релиза заданы ненулевыми значениями.

Усиление состава

Усиление состава запрашивает компрессоры и ограничители, где более высокие фрагменты дБ сигнала ослабляются или brickwalled. Сокращение дБ может значительно уменьшить общую мощность сигнала. В этих случаях усиление состава применяется после сглаживания усиления, чтобы увеличить степень сигнала. В Audio Toolbox можно указать, что сумма набора состава получает или задает режим усиления состава как 'auto'.

'auto' усиление состава гарантирует, что 0 дБ вводили результаты в выходе на 0 дБ. Например, примите статическую характеристику 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 является порогом, W является шириной колена, и R является коэффициентом сжатия. Расчетное автоматическое усиление состава является отрицанием уравнения статической характеристики, оцененного на уровне 0 дБ:

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

дБ к Линейному Преобразованию

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

Примените расчетное усиление

Последний шаг в динамической системе управления должен применить расчетное усиление умножением в линейной области.