Podstawy Procesorów Dynamiki
Zakres dynamiki sygnału audio jest to stosunek najgłośniejszego sygnału do najcichszego. W przypadku analogwych procesorów sygnałowych wielkość napięć zasilających ogranicza maksymalny sygnał wyjściowy, a poziom szumów określa minimalny sygnał wyjściowy.
Profesjonalne urządzenia do przetwarzania sygnałów mogą emitować maksymalny poziom +26 dBu, przy czym najlepsze poziomy szumów wynoszą około -94 dBu. Daje to zakres dynamiczny wynoszący 120 dB - imponująca liczba zbieżna z zakresem dynamicznym 120 dB normalnego ludzkiego słuchu. Wynalazek procesorów dynamicznych powstał, ponieważ ten zakres jest zbyt duży, aby z nim pracować.
Procesory dynamiczne zmieniają sygnał dźwiękowy w zależności od jego zawartości częstotliwościowej i poziomu amplitudy; stąd pojęcie "dynamika", ponieważ przetwarzanie jest zależne od programu i ciągle się zmienia. Cztery najczęściej występujące efekty dynamiki to kompresory, limitery, bramki i ekspandery. Po nich następuje cały szereg procesorów specjalnego przeznaczenia: Urządzenia AGC (Autmatic Gain Control - automatyczna regulacja wzmocnienia), duckery, deesery, levelery, tłumiki sprzężenia zwrotnego, excitery i enhancery. Bez względu na nazwę, wszystkie one działają w zakresie automatycznego sterowania głośnością lub dynamiką dźwięku - tak jak Twoja ręka na suwaku głośności.
Wszystkie procesory dynamiki mają wspólną strukturę przedstawioną na rysunku 1: element kontroli wzmocnienia w głównej ścieżce sygnałowej oraz łańcuch boczny zawierający detektor i algorytm wzmocnienia. Detektor może próbować sygnał przed lub po elemencie regulacji wzmocnienia, ale dla uproszczenia pokazuję go przed.
Rysunek 1. Wspólna struktura procesorów dynamicznych
Ścieżka sygnałowa jest trasą, którą główny dźwięk przechodzi przez urządzenie. Zazwyczaj sygnał przechodzi przez obwody wejściowe, dalej do urządzenia sterującego wzmocnieniem, a następnie wychodzi przez obwody wyjściowe (lub ich cyfrowy odpowiednik). W ten sposób łańcuch sygnałowy przechodzi przez "regulator głośności" w analogii "ręka na regulatorze".
Łańcuch boczny (SIDE CHAIN) jest ręką, która steruje głośnością. Obwody side chain badają sygnał wejściowy (lub oddzielne wejście klucza) i wydają napięcie sterujące w celu regulacji wzmocnienia ścieżki sygnałowej. Dodatkowo, pętla bocznego łańcucha umożliwia dodanie do tej ścieżki filtrów, korektora lub innych procesorów. Więcej na ten temat oraz opis typu sterowania łańcuchem bocznym opiszę niżej.
Niektóre procesory dynamiczne udostępniają napięcie sterowania łańcuchem bocznym (side channel) do podłączenia do sąsiedniego urządzenia lub do połączenia kanałów wewnętrznych (link channel). Podrzędne lub łańcuchowe łączenie procesorów dynamiki powoduje, że jednostki te działają jednocześnie, gdy tylko jedna z nich lub kanał przekracza ustawiony próg. Funkcja ta pozwala zachować stabilne obrazowanie stereo i równowagę spektralną.
Wszystkie procesory dynamiczne realizują kontrolę wzmocnienia w funkcji poziomu side channel. Niektóre (a właściwie większość) korzystają z sygnału wewnętrznego, jak pokazano na rysunku 1, a inne z zewnętrznego lub wejścia klucza, jak pokazano na rysunku 2.
Jedyną różnicą pomiędzy kompresorem, ogranicznikiem, AGC, separatorem, duckerem lub bramką jest rodzaj detektora bocznego łańcucha, atrybuty algorytmów wzmocnienia oraz rodzaj zastosowanego elementu regulacji wzmocnienia.
Rysunek 2. Procesor dynamiki z bocznym wejściem klucza
Wprowadzenie DSP (cyfrowego przetwarzania sygnału) radykalnie zmieniło implementację procesorów dynamiki. W tradycyjnych konstrukcjach analogowych nie ma praktycznego sposobu "patrzenia w przyszłość" ani statystycznej analizy zawartości sygnału, zamiast tego potrzebna jest funkcja pozwalająca reagować na zdarzenia, które już miały miejsce. Układ wspomagający filtrowanie i dynamiczną kontrolę ataku oraz zwolnienia jest skomplikowany i kosztowny przy ograniczonej dokładności.
Sercem konstrukcji analogowych są elementy kontroli wzmocnienia, zwykle wzmacniacze sterowane napięciowo, lub tłumiki sterowane napięciowo (oba w skrócie VCA: voltage controlled amplifier - wzmacniacz sterowany napięciowo). Z pewnością analogowe procesory są dobre, ale cyfrowe projekty wydają się być lepsze. Najważniejsze zalety to możliwość analizy sygnału przed jego przetworzeniem (pre listen) i statystycznej analizy bieżącej historii. Umiejętności te pozwalają na zastosowanie szerokiej gamy nowych topologii oferujących lepsze osiągi; niektóre z nich pojawiają się w dalszej części tej notatki. Koszt przyrostowy pojedynczej funkcji zaimplementowanej w DSP jest bardzo mały, co skutkuje znaczącą redukcją kosztów przy wymaganiu wielu funkcji. Cyfrowe przetwarzanie sygnału oferuje zarówno większą dokładność, jak i mniejsze koszty.
Procesory dynamiki: Kompresory podstawowe
Procesory dynamiki: Kompresory Specjalizowane: deessery, agc, komp. dynamiczne
Procesory dynamiki: Limiter szczytów
Procesory dynamiki: Ekspandery
Procesory dynamiki: Bramki
Procesory dynamiki: Duckery
Procesory dynamiki: Zastosowanie wszystkich procesorów na raz
Procesory dynamiki: Specjalnego przeznaczenia
Procesory dynamiki: Aplikacje kompresorów i limiterów
Zakres dynamiki sygnału audio jest to stosunek najgłośniejszego sygnału do najcichszego. W przypadku analogwych procesorów sygnałowych wielkość napięć zasilających ogranicza maksymalny sygnał wyjściowy, a poziom szumów określa minimalny sygnał wyjściowy.
Profesjonalne urządzenia do przetwarzania sygnałów mogą emitować maksymalny poziom +26 dBu, przy czym najlepsze poziomy szumów wynoszą około -94 dBu. Daje to zakres dynamiczny wynoszący 120 dB - imponująca liczba zbieżna z zakresem dynamicznym 120 dB normalnego ludzkiego słuchu. Wynalazek procesorów dynamicznych powstał, ponieważ ten zakres jest zbyt duży, aby z nim pracować.
Procesory dynamiczne zmieniają sygnał dźwiękowy w zależności od jego zawartości częstotliwościowej i poziomu amplitudy; stąd pojęcie "dynamika", ponieważ przetwarzanie jest zależne od programu i ciągle się zmienia. Cztery najczęściej występujące efekty dynamiki to kompresory, limitery, bramki i ekspandery. Po nich następuje cały szereg procesorów specjalnego przeznaczenia: Urządzenia AGC (Autmatic Gain Control - automatyczna regulacja wzmocnienia), duckery, deesery, levelery, tłumiki sprzężenia zwrotnego, excitery i enhancery. Bez względu na nazwę, wszystkie one działają w zakresie automatycznego sterowania głośnością lub dynamiką dźwięku - tak jak Twoja ręka na suwaku głośności.
Wszystkie procesory dynamiki mają wspólną strukturę przedstawioną na rysunku 1: element kontroli wzmocnienia w głównej ścieżce sygnałowej oraz łańcuch boczny zawierający detektor i algorytm wzmocnienia. Detektor może próbować sygnał przed lub po elemencie regulacji wzmocnienia, ale dla uproszczenia pokazuję go przed.
Rysunek 1. Wspólna struktura procesorów dynamicznych
Ścieżka sygnałowa jest trasą, którą główny dźwięk przechodzi przez urządzenie. Zazwyczaj sygnał przechodzi przez obwody wejściowe, dalej do urządzenia sterującego wzmocnieniem, a następnie wychodzi przez obwody wyjściowe (lub ich cyfrowy odpowiednik). W ten sposób łańcuch sygnałowy przechodzi przez "regulator głośności" w analogii "ręka na regulatorze".
Łańcuch boczny (SIDE CHAIN) jest ręką, która steruje głośnością. Obwody side chain badają sygnał wejściowy (lub oddzielne wejście klucza) i wydają napięcie sterujące w celu regulacji wzmocnienia ścieżki sygnałowej. Dodatkowo, pętla bocznego łańcucha umożliwia dodanie do tej ścieżki filtrów, korektora lub innych procesorów. Więcej na ten temat oraz opis typu sterowania łańcuchem bocznym opiszę niżej.
Niektóre procesory dynamiczne udostępniają napięcie sterowania łańcuchem bocznym (side channel) do podłączenia do sąsiedniego urządzenia lub do połączenia kanałów wewnętrznych (link channel). Podrzędne lub łańcuchowe łączenie procesorów dynamiki powoduje, że jednostki te działają jednocześnie, gdy tylko jedna z nich lub kanał przekracza ustawiony próg. Funkcja ta pozwala zachować stabilne obrazowanie stereo i równowagę spektralną.
Wszystkie procesory dynamiczne realizują kontrolę wzmocnienia w funkcji poziomu side channel. Niektóre (a właściwie większość) korzystają z sygnału wewnętrznego, jak pokazano na rysunku 1, a inne z zewnętrznego lub wejścia klucza, jak pokazano na rysunku 2.
Jedyną różnicą pomiędzy kompresorem, ogranicznikiem, AGC, separatorem, duckerem lub bramką jest rodzaj detektora bocznego łańcucha, atrybuty algorytmów wzmocnienia oraz rodzaj zastosowanego elementu regulacji wzmocnienia.
Rysunek 2. Procesor dynamiki z bocznym wejściem klucza
Wprowadzenie DSP (cyfrowego przetwarzania sygnału) radykalnie zmieniło implementację procesorów dynamiki. W tradycyjnych konstrukcjach analogowych nie ma praktycznego sposobu "patrzenia w przyszłość" ani statystycznej analizy zawartości sygnału, zamiast tego potrzebna jest funkcja pozwalająca reagować na zdarzenia, które już miały miejsce. Układ wspomagający filtrowanie i dynamiczną kontrolę ataku oraz zwolnienia jest skomplikowany i kosztowny przy ograniczonej dokładności.
Sercem konstrukcji analogowych są elementy kontroli wzmocnienia, zwykle wzmacniacze sterowane napięciowo, lub tłumiki sterowane napięciowo (oba w skrócie VCA: voltage controlled amplifier - wzmacniacz sterowany napięciowo). Z pewnością analogowe procesory są dobre, ale cyfrowe projekty wydają się być lepsze. Najważniejsze zalety to możliwość analizy sygnału przed jego przetworzeniem (pre listen) i statystycznej analizy bieżącej historii. Umiejętności te pozwalają na zastosowanie szerokiej gamy nowych topologii oferujących lepsze osiągi; niektóre z nich pojawiają się w dalszej części tej notatki. Koszt przyrostowy pojedynczej funkcji zaimplementowanej w DSP jest bardzo mały, co skutkuje znaczącą redukcją kosztów przy wymaganiu wielu funkcji. Cyfrowe przetwarzanie sygnału oferuje zarówno większą dokładność, jak i mniejsze koszty.
Procesory dynamiki: Kompresory podstawowe
Procesory dynamiki: Kompresory Specjalizowane: deessery, agc, komp. dynamiczne
Procesory dynamiki: Limiter szczytów
Procesory dynamiki: Ekspandery
Procesory dynamiki: Bramki
Procesory dynamiki: Duckery
Procesory dynamiki: Zastosowanie wszystkich procesorów na raz
Procesory dynamiki: Specjalnego przeznaczenia
Procesory dynamiki: Aplikacje kompresorów i limiterów
