4 動(dòng)態(tài)范圍壓縮器 (DRC)

音頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍是最響亮信號(hào)與最安靜信號(hào)的比值。對(duì)于揚(yáng)聲器，額定功率和峰值偏移限制了最大輸出信號(hào)，本底噪聲則決定了最小輸出信號(hào)。因此，必須在信號(hào)處理器中使用控制裝置來(lái)調(diào)整音頻信號(hào)的電平，使其與揚(yáng)聲器的動(dòng)態(tài)范圍相匹配。通常，揚(yáng)聲器的動(dòng)態(tài)范圍有限，因此動(dòng)態(tài)范圍會(huì)被壓縮（或整體縮小）。為了提高響度，動(dòng)態(tài)范圍壓縮器通過(guò)放大軟信號(hào)來(lái)進(jìn)一步縮小動(dòng)態(tài)范圍。

動(dòng)態(tài)范圍壓縮器根據(jù)頻率內(nèi)容和信號(hào)電平來(lái)改變音頻信號(hào)。壓縮器有一個(gè)位于主信號(hào)路徑中的增益控制元件，還有一條側(cè)鏈，其中包含一個(gè)檢測(cè)器和一個(gè)增益計(jì)算器。檢測(cè)器跟蹤信號(hào)電平，增益計(jì)算器則根據(jù)信號(hào)電平改變主信號(hào)路徑的增益。側(cè)鏈活動(dòng)由五個(gè)主要參數(shù)控制：閾值、偏移、比率、起音和釋音。如果信號(hào)電平高于閾值，則使用比率和偏移參數(shù)更改增益。比率決定了斜率，而偏移則決定了信號(hào)電平高于閾值時(shí)的增益起點(diǎn)。使用起音和釋音控制裝置，可以及時(shí)控制增益的改變。斜率是比率參數(shù)的倒數(shù)。

圖 4-1 基本 DRC 功能

壓縮器通過(guò)動(dòng)態(tài)降低最響亮信號(hào)的音量來(lái)縮小動(dòng)態(tài)范圍，也就是說(shuō)，壓縮器能讓響亮的聲音變得更小。壓縮器通過(guò)降低閾值以上信號(hào)的增益，使信號(hào)電平的增加幅度變小，從而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。壓縮器的比率參數(shù)始終大于 1（即斜率 < 1）。

圖 4-2 壓縮器

相反，擴(kuò)展器會(huì)增加通過(guò)的信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，并且會(huì)讓聲音的安靜部分變得更安靜。擴(kuò)展器通過(guò)降低閾值以下信號(hào)的增益，使信號(hào)電平的降低幅度變大，從而實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。擴(kuò)展器的常見(jiàn)用途是降噪 – 隨著聲音變得更安靜且更接近本底噪聲，擴(kuò)展器會(huì)進(jìn)一步減少信號(hào)，從而改善降噪效果。擴(kuò)展器的比率參數(shù)始終小于 1（即斜率 > 1）。

圖 4-3 擴(kuò)展器

通常，信號(hào)在低電平時(shí)擴(kuò)展（以降噪），但在高電平時(shí)壓縮（以防止放大器削波）。

動(dòng)態(tài)范圍壓縮器還支持噪聲門特性。與擴(kuò)展器不同的是，當(dāng)信號(hào)低于某個(gè)閾值時(shí)，噪聲門會(huì)對(duì)音頻信號(hào)施加固定增益（即衰減）。這超出了針對(duì)低信號(hào)電平施加的典型擴(kuò)展增益。噪聲門通常用于消除更響亮聲音之間的背景噪聲。

圖 4-4 噪聲門

閾值是增益調(diào)整的起點(diǎn)。當(dāng)輸入低于壓縮器的閾值或高于擴(kuò)展器的閾值時(shí)，動(dòng)態(tài)處理器通常不會(huì)啟動(dòng)。當(dāng)輸入高于閾值（壓縮）或低于閾值（擴(kuò)展）時(shí)，側(cè)鏈會(huì)自行置為有效并減小音量。

檢測(cè)器閾值基于 RMS 能量。基于 RMS 能量的檢測(cè)器會(huì)根據(jù)揚(yáng)聲器的功率處理能力維持動(dòng)態(tài)范圍。平均時(shí)間常數(shù)用于確定輸入信號(hào)的 RMS。這稱為能量時(shí)間常數(shù)。

圖 4-5 DRC 圖示例

壓縮器對(duì)高于閾值的側(cè)鏈輸入電平增加做出反應(yīng)所需的時(shí)間稱為起音，也就是說(shuō)，這決定了增益調(diào)低的速度。相反，當(dāng)側(cè)鏈輸入電平降至閾值以下時(shí)，重新調(diào)高增益的時(shí)間稱為釋音。起音和釋音都由一個(gè)時(shí)間常數(shù)定義，使得輸出端具有恒定的每秒 dB 增益變化。

圖 4-6 時(shí)間常數(shù)控制

圖 4-7 起音、釋音時(shí)間波形

有三個(gè)動(dòng)態(tài)范圍壓縮器可供選擇 -- 每個(gè)壓縮器均可編程為覆蓋一定的音頻范圍。三個(gè)動(dòng)態(tài)壓縮器（稱為三頻帶 DRC）均可獨(dú)立編程，通過(guò)三頻帶連接的分頻網(wǎng)絡(luò)覆蓋 20Hz 至 20kHz 的整個(gè)音頻范圍。這些 DRC 使用基于 RMS 的檢測(cè)器。

圖 4-8 三頻帶 DRC

每個(gè)壓縮器都有三個(gè)信號(hào)電平控制區(qū)域（低信號(hào)區(qū)域、中信號(hào)區(qū)域和高信號(hào)區(qū)域），每個(gè)區(qū)域的閾值、偏移和比率（壓縮或擴(kuò)展）都可進(jìn)行編程。所有區(qū)域的起音和釋音都相同。將側(cè)鏈輸入電平與每個(gè)閾值進(jìn)行比較，以確定信號(hào)區(qū)域和相應(yīng)的比率，并由增益計(jì)算器用于在主信號(hào)路徑中施加增益。

圖 4-9 DRC 區(qū)域控制