4 动态范围压缩器 (DRC)

音频信号的动态范围是最响亮信号与最安静信号的比值。对于扬声器，额定功率和峰值偏移限制了最大输出信号，本底噪声则决定了最小输出信号。因此，必须在信号处理器中使用控制装置来调整音频信号的电平，使其与扬声器的动态范围相匹配。通常，扬声器的动态范围有限，因此动态范围会被压缩（或整体缩小）。为了提高响度，动态范围压缩器通过放大软信号来进一步缩小动态范围。

动态范围压缩器根据频率内容和信号电平来改变音频信号。压缩器有一个位于主信号路径中的增益控制元件，还有一条侧链，其中包含一个检测器和一个增益计算器。检测器跟踪信号电平，增益计算器则根据信号电平改变主信号路径的增益。侧链活动由五个主要参数控制：阈值、偏移、比率、起音和释音。如果信号电平高于阈值，则使用比率和偏移参数更改增益。比率决定了斜率，而偏移则决定了信号电平高于阈值时的增益起点。使用起音和释音控制装置，可以及时控制增益的改变。斜率是比率参数的倒数。

图 4-1 基本 DRC 功能

压缩器通过动态降低最响亮信号的音量来缩小动态范围，也就是说，压缩器能让响亮的声音变得更小。压缩器通过降低阈值以上信号的增益，使信号电平的增加幅度变小，从而实现这一点。压缩器的比率参数始终大于 1（即斜率 < 1）。

图 4-2 压缩器

相反，扩展器会增加通过的信号的动态范围，并且会让声音的安静部分变得更安静。扩展器通过降低阈值以下信号的增益，使信号电平的降低幅度变大，从而实现这一点。扩展器的常见用途是降噪 – 随着声音变得更安静且更接近本底噪声，扩展器会进一步减少信号，从而改善降噪效果。扩展器的比率参数始终小于 1（即斜率 > 1）。

图 4-3 扩展器

通常，信号在低电平时扩展（以降噪），但在高电平时压缩（以防止放大器削波）。

动态范围压缩器还支持噪声门特性。与扩展器不同的是，当信号低于某个阈值时，噪声门会对音频信号施加固定增益（即衰减）。这超出了针对低信号电平施加的典型扩展增益。噪声门通常用于消除更响亮声音之间的背景噪声。

图 4-4 噪声门

阈值是增益调整的起点。当输入低于压缩器的阈值或高于扩展器的阈值时，动态处理器通常不会启动。当输入高于阈值（压缩）或低于阈值（扩展）时，侧链会自行置为有效并减小音量。

检测器阈值基于 RMS 能量。基于 RMS 能量的检测器会根据扬声器的功率处理能力维持动态范围。平均时间常数用于确定输入信号的 RMS。这称为能量时间常数。

图 4-5 DRC 图示例

压缩器对高于阈值的侧链输入电平增加做出反应所需的时间称为起音，也就是说，这决定了增益调低的速度。相反，当侧链输入电平降至阈值以下时，重新调高增益的时间称为释音。起音和释音都由一个时间常数定义，使得输出端具有恒定的每秒 dB 增益变化。

图 4-6 时间常数控制

图 4-7 起音、释音时间波形

有三个动态范围压缩器可供选择 -- 每个压缩器均可编程为覆盖一定的音频范围。三个动态压缩器（称为三频带 DRC）均可独立编程，通过三频带连接的分频网络覆盖 20Hz 至 20kHz 的整个音频范围。这些 DRC 使用基于 RMS 的检测器。

图 4-8 三频带 DRC

每个压缩器都有三个信号电平控制区域（低信号区域、中信号区域和高信号区域），每个区域的阈值、偏移和比率（压缩或扩展）都可进行编程。所有区域的起音和释音都相同。将侧链输入电平与每个阈值进行比较，以确定信号区域和相应的比率，并由增益计算器用于在主信号路径中施加增益。

图 4-9 DRC 区域控制