Изменение динамического диапазона: компрессоры и экспандеры

 

Компрессоры и экспандеры используются для изменения динамического диапазона сигнала, т. е. для уменьшения различия уровней самого тихого и самого громкого сигналов. Для этого при превышении текущим значением сигнала некоторого порога устанавливается коэффициент передачи, меньший, чем используемый до превышения порога. Отношение старого коэффициента передачи к новому называется ослаблением. Все коэффициенты передачи задаются в логарифмической шкале. То есть при ослаблении 2: 1 приращению входного сигнала на 20 дБ будет соответствовать приращение выходного сигнала на 10 дБ. Подобный компрессор, изменяющий свою пе­редаточную характеристику в точке а, может быть реализован по следующей формуле:

                                             (3.6.1)

Применение компрессоров позволяет передавать по линиям связи сигналы, имеющие больший динамический диапазон, чем передающий канал. На приемном конце этой линии устанавливается экспандер, имеющий передаточную характеристику, обратную характеристике компрессора.

Другой областью применения компрессоров является звукозаписывающая индустрия и радиовещание. Дело в том, что при записи музыкальных произведений для более точной передачи звучания всех групп инструментов оркестра устанавливается несколько микрофонов. Звуковое давление создает на выходе микрофона электрический сигнал, имеющий динамической диапазон 60—70 дБ. Однако большинство каналов неспособно передать весь диапазон изменения сигнала вследствие ограничений, накладываемых помехами в канале и его нелинейностями. Поэтому возникает задача сжать исходный динамический диапазон сигнала до динамического диапазона канала, обычно составляющего порядка 40 дБ.

При уровне ослабления выше, чем 10: 1, компрессор превращается в ограничи­тель. Его основное отличие заключается в том, что применение компрессора предполагает последующее использование экспандера, а после ограничителя какие-либо разговоры о восстановлении сигнала, как правило, бессмысленны. Поэтому наиболее часто используются ограничители с уровнем ослабления ¥ : 1, что соответствует ограничению сигнала на уровне порога.

Поскольку передаточные характеристики компрессоров и экспандеров отличаются большой нелинейностью, их использование приводит к существенному искажению сигнала. Так, например, при использовании аналоговых компрессоров и экспандеров неизбежно возникает вопрос об обеспечении равенства амплитуд передаваемого и принимаемого сигналов, поскольку в противном случае точки изменения коэффициентов передачи компрессора и экспандера не совпадут, что приведет к возникновению нелинейных искажений. Как отмечалось выше, во многих случаях необходимо производить компрессию сигнала с опережением, т.е. до фактического превышения сигналом порогового уровня. В этом случае при медленном росте или спаде сигнала несоответствие точек изменения коэффициентов передачи приведет к растягиванию во времени описанных выше нелинейных искажений.

Разработка программной модели на MATLAB

 

Обработать звук на высоком уровне можно программным способом. Существует множество различных звуковых редакторов, позволяющих делать со звуком значительно более сложные вещи, чем это позволяют делать даже самые сложные эффект-процессоры. Кроме того, эффект-процессоры часто эмулируются в виртуальных WT-синтезаторах, а также находят программную реализацию в специальных программах для обработки звука в режиме реального времени.

В данной работе использовалась программная среда MatLab, в которой и были реализованы необходимые звуковые эффекты. Для синтеза звуковых эффектов использовались разностные уравнения фильтров, приведенные в предыдущем разделе.

Программная реализация обработки звуковых сигналов приведена в приложении А.

Разработка программного обеспечения системы на языке Си

 

Аппаратную реализацию звуковые эффекты находят в цифровых сигнальных процессорах (DSP). Любой MIDI-синтезатор имеет встроенный эффект-процессор той или иной сложности (эффект-процессор представляет собой один или несколько DSP). Сложные эффект-процессоры " умеют" накладывать на звуковой сигнал сразу несколько различных эффектов, причем, отдельно для каждого канала, позволяя регулировать параметры эффектов в режиме реального времени. Однако стоимость таких эффект-процессоров чрезвычайно высока (как и стоимость любого другого высокопроизводительного микропроцессора), поэтому профессиональные DSP устанавливаются только на качественной музыкальной аппаратуре. На более или менее дешевых звуковых платах часто устанавливается DSP с упрощенным набором возможностей: наложение одного или нескольких эффектов на все каналы одновременно.

В данной курсовой работе необходимо разработать программу для DSP, реализующую, вынесенные в постановку задачи, звуковые эффекты, но в связи с тем, что цифровой процессор не позволяет обрабатывать вектора длиннее, чем 7000 значений, исходный сигнал был обрезан до 4000, поэтому реализованы были не все звуковые эффекты.

Программа реализации приведена в приложении Б.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: