Dynamiikan hallinta Lähde: Zölzer. (1997). Digital audio signal processing. Wiley & Sons.

Samankaltaiset tiedostot
Dynamiikan hallinta Lähde: Zölzer. Digital audio signal processing. Wiley & Sons, Zölzer (ed.) DAFX Digital Audio Effects. Wiley & Sons, 2002.

Digitaalinen signaalinkäsittely Desibeliasteikko, suotimen suunnittelu


Sanasto: englanti-suomi

b) Määritä/Laske (ei tarvitse tehdä määritelmän kautta). (2p)

Tietorakenteet ja algoritmit - syksy

Tietorakenteet ja algoritmit Johdanto Lauri Malmi / Ari Korhonen

Johdanto tieto- viestintäteknologian käyttöön: Äänitystekniikka. Vfo135 ja Vfp124 Martti Vainio

Demo 1: Simplex-menetelmä

Potenssi eli potenssiin korotus on laskutoimitus, jossa luku kerrotaan itsellään useita kertoja. Esimerkiksi 5 4 = Yleisesti.

2. kierros. 2. Lähipäivä

1 PID-taajuusvastesuunnittelun esimerkki

Agenda. Johdanto Säätäjiä. Mittaaminen. P-, I-,D-, PI-, PD-, ja PID-säätäjä Säätäjän valinta ja virittäminen

FYSP105 / K3 RC-SUODATTIMET

a) I f I d Eri kohinavirtakomponentit vahvistimen otossa (esim.

PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA

1 db Compression point

2 Osittaisderivaattojen sovelluksia

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

Integrointi ja sovellukset

Säätötekniikan ja signaalinkäsittelyn työkurssi

Kertaus. Integraalifunktio ja integrointi. 2( x 1) 1 2x. 3( x 1) 1 (3x 1) KERTAUSTEHTÄVIÄ. K1. a)

Digitaalinen audio

Digitaalinen audio & video, osa I. Johdanto. Digitaalisen audion sovellusalueet. Johdanto. Taajuusalue. Psykoakustiikka. Johdanto Digitaalinen audio

Mikrofonien toimintaperiaatteet. Tampereen musiikkiakatemia Studioäänittäminen Klas Granqvist

1 Ensimmäisen asteen polynomifunktio

MAA2 POLYNOMIFUNKTIOT JA -YHTÄLÖT

Digitaalinen audio & video I

SGN-1251 Signaalinkäsittelyn sovellukset Välikoe Heikki Huttunen

Juuri 2 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 2 / vko 9

2 Pistejoukko koordinaatistossa

Piiri K 1 K 2 K 3 K 4 R R

IIR-suodattimissa ongelmat korostuvat, koska takaisinkytkennästä seuraa virheiden kertautuminen ja joissakin tapauksissa myös vahvistuminen.

Kojemeteorologia (53695) Laskuharjoitus 1

ELEC-C5070 Elektroniikkapaja (5 op)

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

= vaimenevan värähdysliikkeen taajuus)

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

SGN Signaalinkäsittelyn perusteet Välikoe Heikki Huttunen

Aki Taanila YHDEN SELITTÄJÄN REGRESSIO

läheisyydessä. Piirrä funktio f ja nämä approksimaatiot samaan kuvaan. Näyttääkö järkeenkäyvältä?

Tekijä Pitkä matematiikka

Y Yhtälöparista ratkaistiin vuorotellen siirtofunktiot laittamalla muut tulot nollaan. = K K K M. s 2 3s 2 KK P

Tehtävien ratkaisut

4.1. Sovitusopas. Sisällysluettelo. Maaliskuu Tässä oppaassa on yksityiskohtaiset ohjeet kuulokojeen sovittamiseen Phonak Target -ohjelmalla.

Talousmatematiikan perusteet: Luento 7. Derivointisääntöjä Yhdistetyn funktion, tulon ja osamäärän derivointi Suhteellinen muutosnopeus ja jousto

Kertaus. x x x. K1. a) b) x 5 x 6 = x 5 6 = x 1 = 1 x, x 0. K2. a) a a a a, a > 0

MAA2.3 Koontitehtävät 2/2, ratkaisut

Tekijä MAA2 Polynomifunktiot ja -yhtälöt = Vastaus a)

1 Rationaalifunktio , a) Sijoitetaan nopeus 50 km/h vaihtoaikaa kuvaavan funktion lausekkeeseen.

Perusmittalaitteet 2. Yleismittari Taajuuslaskuri

Vahvistimet ja lineaaripiirit. Operaatiovahvistin

1 Tietoliikennelaboratorio V0.0. X

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

origo III neljännes D

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

Osatentti

NELIÖJUURI. Neliöjuuren laskusääntöjä

802328A LUKUTEORIAN PERUSTEET OSA III BASICS OF NUMBER THEORY PART III

Dynaamiset regressiomallit

Signaalien datamuunnokset

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Signaalien datamuunnokset. Digitaalitekniikan edut

Huippu 4 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät Välikoe

Harjoitus 9: Excel - Tilastollinen analyysi

Johdatus diskreettiin matematiikkaan Harjoitus 5, Ratkaise rekursioyhtälö

3 Määrätty integraali

Kevään 2011 pitkän matematiikan ylioppilastehtävien ratkaisut Mathematicalla Simo K. Kivelä /

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

SWEPT SINE MITTAUSTEKNIIKKA (NOR121 ANALYSAATTORILLA)

Lue tehtävänannot huolella. Tee pisteytysruudukko 1. konseptin yläreunaan. ILMAN LASKINTA -OSIO! LASKE KAIKKI SEURAAVAT TEHTÄVÄT:

A/D-muuntimia. Flash ADC

Nopea kertolasku, Karatsuban algoritmi

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 7: Pienimmän neliösumman menetelmä ja Newtonin menetelmä.

1 Diskreettiaikainen näytteistys. 1.1 Laskostuminen. Laskostuminen

Harjoitus 2 ( )

83950 Tietoliikennetekniikan työkurssi Monitorointivastaanottimen perusmittaukset

Digitaalinen Signaalinkäsittely T0125 Luento

Käy vastaamassa kyselyyn kurssin pedanet-sivulla (TÄRKEÄ ensi vuotta ajatellen) Kurssin suorittaminen ja arviointi: vähintään 50 tehtävää tehtynä

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Vastaus: Määrittelyehto on x 1 ja nollakohta x = 1.

Mediaanisuodattimet. Tähän asti käsitellyt suodattimet ovat olleet lineaarisia. Niille on tyypillistä, että. niiden ominaisuudet tunnetaan hyvin

4 LUKUJONOT JA SUMMAT

SMG-4500 Tuulivoima. Kahdeksannen luennon aihepiirit. Tuulivoiman energiantuotanto-odotukset

20 Kollektorivirta kun V 1 = 15V Transistorin virtavahvistus Transistorin ominaiskayrasto Toimintasuora ja -piste 10

Aktiivinen jakosuodin Linkwitz-korjauksella

A-osa. Ratkaise kaikki tämän osan tehtävät. Tehtävät arvostellaan pistein 0-6. Taulukkokirjaa saa käyttää apuna, laskinta ei.

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 2, Harmoninen värähtelijä

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

1 Vastaa seuraaviin. b) Taajuusvasteen

Matematiikan peruskurssi 2

Injektio (1/3) Funktio f on injektio, joss. f (x 1 ) = f (x 2 ) x 1 = x 2 x 1, x 2 D(f )

Transkriptio:

Dynamiikan hallinta Lähde: Zölzer. (1997. Digital audio signal processing. Wiley & Sons. Sisältö: Johdanto Stereosignaalit 1 Johdanto Dynamiikan hallinnan sovelluksia Dynamiikka 2 äänittäessä pyritään saamaan koko amplitudialue optimaalisesti käyttöön signaalin kulkutiellä järjestelmän läpi myös suojaamaan AD-muuntimia ylikuormitukselta kohinaportteja käytetään tukahduttamaan matala-amplitudista kohinaa = vain tietyn tason ylittävät audiosignaalit päästetään läpi toistettaessa musiikkia tai puhetta esim. autossa, dynamiikka täytyy sovittaa taustakohinan ominaisuuksiin kuuntelu helpottuu / käy mahdolliseksi Johdanto Dynamiikka 3 2 Dynamiikka 4 Kuva: lohkokaavio dynaamisen alueen hallinnasta 1. Mitataan sisääntulon taso 2. Kerrotaan viivästettyä sisääntulosignaalia tekijällä g(n y( n = g( n x( n D Signaalin x(n viivästys säätösignaaliin g(n nähden mahdollistaa ennustavan tason säädön (vahvistus ehtii laskea ennen pamausta asotekijän (gain factor g(n arvo muodostuu kahdessa lohkossa staattisesta käyrästä katsotaan sisääntulotasoa vastaava ulostulotaso arvojen g(n vaihtelua pehmennetään ajan yli alipäästösuodattamalla Kuva: suhteen sisääntulon tason ja vahvistuksen tason välillä määräävä staattinen tasokäyrä G[dB] = f(x[db] ulostulon taso ja vahvistuksen taso ovat sisääntulotason funktioita kynnysarvot (thresholds: L=limitterin kynnysarvo, C=kompressorin, E=ekspanderin, N=kohinaportin (noise gate

2.1 oiminta-alueet Dynamiikka 5 2.2 Kompressiosuhde Dynamiikka 6 Limitteri rajoittaa ulostulon tasoa, kun sisääntulon taso ylittää kynnyksen L kaikki tasot kynnyksen yläpuolella johtavat vakioulostulotasoon Kompressori kuvaa muutoksen sisääntulotasossa pienemmäksi muutokseksi ulostulon tasossa Ekspanderi kasvattaa sisääntulon muutoksia suuremmiksi muutoksiksi ulostulon tasossa Kohinaporttia käytetään matalatasoisten signaalien tukahduttamiseen ja kohinan vähentämisen Kynnysarvot eri kohdissa staattista käyrää määräävät alarajan limitterille ja kompressorin toiminta-alueelle, sekä ylärajan ekspanderin ja kohinaportin toiminta-alueelle Kompressiosuhde voidaan lukea staattisen käyrän logaritmisesta esitysmuodosta: sisääntulon tason muutoksen P I suhde ulostulon tason muutokseen P O R = P I P O yypillisiä kompressiosuhteita: R = (limitteri, R > 1 (kompressori, 0 < R < 1 (ekspanderi, R = 0 (kohinaportti kynnyksen kohdalla Kompressiosuhde Dynamiikka 7 3 Dynamiikka 8 Y = C + ( 1 R ( X C Kuvasta: suoran yhtälö ja kompressiosuhde R = ( X C ( Y C C on sisääntulon kynnystaso (db, josta kompressio alkaa Siirtymällä logaritmisesta lineaariseen esitykseen saadaan log R = log ( x / c ( y / c missä x ja y ovat lineaariset tasot, ja c on lineaarinen kompressiokynnys ästä voidaan ratkaista lineaarinen ulostulotaso y sisääntulotason x funktiona y c y = c = 1 1 R 1 R Säätötekijä g(n saadaan laskettua osamäärästä g( n = y (1 R log ( x c x x = ( x = ( x 1 R 1 c c 1 R Staattisen käyrän mukaisen tason säädön ohella dynamiikan aikakäyttäytymisellä (nousu- ja laskuaika on merkittävä rooli äänenlaadussa Kaksi seikkaa vaikuttaa ajalliseen käyttäytymiseen: 1. eksplisiittinen nousu- ja laskuaikojen implementointi osaksi dynamiikan säätöä 2. sisääntulosignaalin tason mittaamisen nopeus PEAK- tai RMSalgoritmeilla vaikuttaa suoraan myös dynamiikan hallinnan nopeuteen kokonaisuutena Näistä tarkastellaan ensin jälkimmäistä kohtaa: tason mittaamista, sitten nousu- ja laskuaikojen hallintaa suodattamalla säätötekijän arvoja ajan yli

3.1 ason mittaaminen Dynamiikka 9 3.2 asotekijän pehmentäminen Dynamiikka ason mittaamiseen on kaksi yksinkertaista ja laajalti käytössä olevaa menetelmää, PEAK ja RMS funktionaalisesti keskenään vaihdannaisia (sama tehtävä kuitenkin PEAK:ia käytetään tyypillisesti limitterissä, RMS:ää taas kompressorissa, ekspanderissa ja kohinaportissa Sisääntuloa merkitään x(n PEAK-algoritmi (tuottaa tasosuureen x peak (n: painokerroin A määrää nousuajan (attack time, kerroin R laskuajan (release time 1. x peak (n = (1 R x peak (n 1 2. if x(n > x peak (n: x peak (n = x peak (n + A [ x(n x peak (n 1] RMS-algoritmi (tuottaa tasosuureen x rms (n: sisääntulon neliö, keskiarvotus ensimmäisen asteen alipäästösuotimella kerkiarvotuksen ajallisen pituuden määrää kerroin AV 1. x rms (n = (1 AV x rms (n 1 + AV [x(n] 2 Nousu- ja laskuajat voidaan toteuttaa eksplisiittisesti siten, että pehmennetään säätötekijän arvojen ajallista vaihtelua 1. Verrataan sisääntulon säätötekijää f(n sen edelliseen arvoon (säätötekijä on laskettu käyttäen staattista käyrää, merkittiin g(n edellä päätetään, onko säätötekijä nousu- vai laskuvaiheessa palautetaan tämän mukaisesti muuttujalle k joko arvo A tai R 2. asotekijän arvo saadaan suodattamalla säätötekijän arvoja ensimmäisen asteen alipäästösuotimella: g(n = (1 k g(n 1 + k f(n 4 4.1 Limitteri Dynamiikka 11 4.2 Kompressori, ekspanderi, kohinaportti Dynamiikka 12 Kuva: limitterin lohkokaavio 1. sisääntulosignaalista x(n mitataan PEAK-algoritmilla taso x peak (n 2. arvoa log 2 [x peak (n] verrataan limitterin kynnysarvoon L 3. jos kynnysarvo ylittyy, eli erotus on positiivinen erotus kerrotaan limitterin negatiivisella kulmakertoimella LS otetaan käänteinen logaritmi 2 G näin saatua säätötekijää f(n pehmennetään ensimmäisen asteen alipäästösuotimella SMOOH 4. mikäli kynnysarvo ei ylity, signaali f(n asetetaan arvoon 1. 5. viivästetty sisääntulo x(n D 1 kerrotaan pehmennetyllä säätötekijällä g(n. Näin saadaan ulostulo y(n Kuva seuraavalla sivulla: kompressorin/ ekspanderin/ kohinaportin lohkokaavio Perusrakenne on sama kuin limitterin tapauksessa Erona on, että tasosuureena käytetään RMS-pohjaista arvoa 0.5 log 2 [x rms (n] 1. tasoa verrataan kolmeen kynnysarvoon, jotta saadaan määrättyä staattisen käyrän toiminta-alue 2. tästä määräytyy kompressiosuhde, josta voidaan johtaa säätötekijän painotus CS / ES / NS 3. käänteinen logaritmi ja säätötekijän pehmentäminen ensimmäisen asteen alipäästösuotimella

Kompressori, ekspanderi, kohinaportti Dynamiikka 13 4.3 Kokonaisjärjestelmä Dynamiikka 14 Kompressorin/ ekspanderin/ kohinaportin lohkokaavio Mitataan yhtäaikaisesti PEAK- ja RMS-tasot jos limitterin kynnysarvo ylittyy, valitaan limitterin polku muutoin RMS-taso määrää jonkun kolmesta muusta toiminta-alueesta koska maksimitasoa rajoitetaan limitterillä, staattista käyrää kokonaisuudessaan voidaan siirtää ylöspäin vakiovahvistuksella Kuva: staattista käyrää on nostettu db:n verran Kokonaisjärjestelmä Dynamiikka 15 Kokonaisjärjestelmä: esimerkki Dynamiikka 16 Limitteri/ kompressori/ ekspanderi/ kohinaportti Kuva: sisääntulo x(n ulostulo y(n säätötekijä g(n

Kokonaisjärjestelmä: esimerkki Dynamiikka 17 4.4 Laskennallisia näkökohtia Dynamiikka 18 Havaitaan, että korkeilla amplitudeilla järjestelmä kompressoi, ja matalilla amplitudeilla ekspandoi lisäksi saadaan vahvistusta 12 db (säätötekijän maksimiarvo 4 g(n = 4 : toimitaan lineaarisella alueella 1 < g(n < 4 : kompressoidaan saavutetaan kokonaisuudessaan äänekkäämpi signaali 0 < g(n < 4 : ekspandoidaan pieniamplitudisten signaalien dynaaminen alue laajenee kohinaportin toimintaa ei näy esimerkissä Huomaa: säätötekijä todellakin vaimentaa myös ekspandoitavaa osaa signaalista (jollei kokonaistason +12 db vahvistusta huomioida R = P I P O näin kompressiosuhde saadaan 1:stä suuremmaksi, eli muutokset sisääntulossa kuvautuvat suuremmiksi muutoksiksi tämä käy ilmi G [db]:n kuvaajasta sivulla 4.3 asosignaalien x peak (n ja x rms (n näytteistystaajuutta voidaan huoletta laskea kertoimella neljä koska signaalit ovat luonteeltaan valmiiksi kaistarajoittuneita, voidaan yksinkertaisesti poimia joka neljäs arvo Laskenta voidaan lomittaa seuraavasti: tasot PEAK/RMS päivitetään jokaiselle sisääntulonäytteelle seuraavia moduleita suoritetaan vuorotellen joka neljäs jakso: (1 LD(x: logaritmi, (2 CURVE: staattinen käyrä, (3 2 x : käänteinen logaritmi, (4 SMO : säätötekijän pehmennys säätötekijän arvoja interpoloidaan toistamalla kutakin 4 kertaa, ja tekemällä sisääntulosignaalin kertominen (MUL ulostuloon 5 Stereosignaalit Dynamiikka 19 Stereokanaville tarvitaan yhteinen säätötekijä g(n näin stereotasapaino ei vinoudu sisääntulosignaalin taso mitataan kanavien keskiarvosta Kuva: stereon dynamiikan säätö