Динамическая компрессия (Dynamic range compression, DRC) — сужение (или расширение в случае экспандера) динамического диапазона фонограммы. Динамический диапазон, это разница между самым тихим и самым громким звуком. Иногда самым тихим в фонограмме будет звук чуть громче уровня шума, а иногда чуть тише самого громкого. Аппаратные устройства и программы, осуществляющие динамическую компрессию, называют компрессорами, выделяя среди них четыре основные группы: собственно компрессоры, лимитеры, экспандеры и гейты.
Ламповый аналоговый компрессор DBX 566
Понижающая и повышающая компрессия
Понижающая компрессия (Downward compression) уменьшает громкость звука, когда она начинает превышать определенное пороговое значение, оставляя более тихие звуки в неизменном виде. Экстремальным вариантом понижающей компрессии является лимитер. Повышающая компрессия (Upward compression), наоборот, увеличивает громкость звука, если она ниже порогового значения, не затрагивая более громкие звуки. При этом оба вида компрессии сужают динамический диапазон аудиосигнала.
Понижающая компрессия
Повышающая компрессия
Экспандер и Гейт
Если компрессор уменьшает динамический диапазон, экспандер его увеличивает. Когда уровень сигнала становится выше порогового уровня, экспандер увеличивает его еще больше, таким образом увеличивая разницу между громкими и тихими звуками. Подобные устройства часто используются при записи барабанной установки, чтобы отделить звуки одних барабанов от других.
Тип экспандера, который используется не для усиления громких, а для заглушения тихих звуков, не превышающих уровня порогового значения (например, фоновых шумов) называется Noise gate. В таком устройстве, как только уровень звука становится меньше порогового, прохождение сигнала прекращается. Обычно гейт используется для подавления шума в паузах. На некоторых моделях можно сделать так, чтобы звук при достижении порогового уровня не прекращался резко, а постепенно затухал. В этом случае скорость затухания устанавливается регулятором Decay (спад) .
Гейт, как и другие типы компрессоров, может быть частотно-зависимым (т.е. по-разному обрабатывать определенные частотные полосы) и может работать в режиме side-chain (см. ниже).
Принцип работы компрессора
Сигнал, попадающий в компрессор, разделяется на две копии. Одна копия направляется на усилитель, в котором степень усиления управляется внешним сигналом, вторая копия - формирует этот сигнал. Она попадает в устройство, называемое side-chain, где сигнал измеряется, и на основе этих данных создается огибающая, описывающая изменение его громкости.
Так устроено большинство современных компрессоров, это так называемый тип feed-forward. В более старых устройствах (тип feedback) уровень сигнала измеряется после усилителя.
Существуют различные аналоговые технологии управляемого усиления (variable-gain amplification), каждая со своими достоинствами и недостатками: ламповые, оптические с использованием фоторезистров и транзистрные. При работе с цифровым звуком (в звуковом редакторе или DAW) могут использоваться собственные математические алгоритмы или эмулироваться работа аналоговых технологий.
Основные параметры компрессоров
Threshold
Компрессор уменьшает уровень аудиосигнала, если его амплитуда первышает определенное пороговое значение (threshold). Оно обычно указывается в децибелах, при этом более низкий threshold (например, -60 dB) означает, что будет обработано больше звука, чем при более высоком пороге (например, −5 dB).
Ratio
Степень уменьшения уровня определяется параметром ratio (отношение): ratio 4:1 означает, что если входной уровень на 4 дБ превышает порог, уровень выходного сигнала будет выше порога на 1 дБ.
Например:
Threshold = −10 dB
Входной сигнал = −6 dB (на 4 dB выше порогового уровня)
Выходной сигнал = −9 dB (на 1 dB выше порогового уровня)
Важно иметь в виду, что подавление уровня сигнала продолжается и некоторое время после того, как он упадет ниже порогового уровня, и это время определяется значением параметра release.
Компрессия с максимальным значением ratio ∞:1 называется лимитированием (limiting). Это означает, что любой сигнал выше порогового уровня подавляется до порогового уровня (за исключением короткого периода после резкого увеличения входной громкости). Подробнее см. ниже «Лимитер».
Примеры различных значений Ratio
Attack и Release
Компрессор предоставляет определенный контроль над тем, как быстро он реагирует на изменение динамики сигнала. Параметр Attack определяет время, за которое компрессор уменьшает коэффициент усиления до уровня, который определяется параметром Ratio. Release определяет время, за которое компрессор, наоборот, увеличивает коэффициент усиления, или возвращает к нормальному, если уровень входного сигнала падает ниже порогового значения.
Фазы Attack и Release
Эти параметры указывают время (обычно в миллисекундах), которое потребуется для изменения усиления на определенное количество децибел, обычно это 10 дБ. Например, в этом случае, если Attack установлено на 1 мс, для уменьшения усиления на 10 дБ потребуется 1 мс, а на 20 дБ - 2 мс.
Во многих компрессорах параметры Attack и Release могут настраиваться, но в некоторых они заданы изначально и не регулируются. Иногда они обозначаются как «automatic» или «program dependent», т.е. изменяются в зависимости от входного сигнала.
Knee
Еще один параметр компресоора: hard/soft Knee. Он определяет, будет ли начало применения компрессии резким (hard) или постепенным (soft). Soft knee уменьшает заметность перехода от необработанного сигнала к сигналу, подвергнутому компрессии, особенно при высоких значениях Ratio и резких увеличениях громкости.
Hard Knee и Soft Knee компрессия
Peak и RMS
Компрессор может реагировать на пиковые (кратковременные максимальные) значения или на усредненный уровень входного сигнала. Использование пиковых значений может приводить к резким колебаниям степени компрессии, и даже к искажениям. Поэтому компрессоры применяют функцию усреднения (обычно это RMS) входного сигнала при сравнении его с пороговым значением. Это дает более комфортное сжатие, приближенное к человеческому восприятию громкости.
RMS – параметр, отражающий среднюю громкость фонограммы. С математической точки зрения RMS (Root Mean Square) – это среднеквадратическое значение амплитуды определенного количества семплов:
Stereo linking
Компрессор в режиме stereo linking применяет одинаковое усиление к обоим стереоканалам. Это позволяет избежать смещения стереопанорамы, которое может стать результатом индивидуальной обработки левого и правого каналов. Такое смещение происходит, если, например, какой-либо громкий элемент панорамирован не по центру.
Makeup gain
Поскольку компрессор уменьшает общий уровень сигнала, обычно добавляется возможность фиксированного усиления на выходе, что позволяет получить оптимальный уровень.
Look-ahead
Функция look-ahead предназначена для решения проблем, свойственных как слишком большим, так и слишком маленьким значениям Attack и Release. Слишком большое время атаки не позволяем эффективно перехватывать транзиенты, а слишком маленькое может быть не комфортным для слушателя. При использовании функции look-ahead основной сигнал задерживается относительно управляющего, это позволяет начинать компрессию заранее, еще до того, как сигнал достигнет порогового значения.
Единственным недостатком этого метода является временная задержка сигнала, что в некоторых случаях нежелательно.
Использование динамической компрессии
Компрессия используется повсеместно, не только в музыкальных фонограммах, но и везде, где нужно увеличить общую громкость, не увеличивая при этом пиковые уровни, где используется недорогая звуковоспроизводящая аппаратура или ограниченный канал передачи (системы оповещения и связи, любительское радио и т.п.).
Компрессия применяется при воспроизведении фоновой музыки (в магазинах, ресторанах и т.п.), где нежелательны какие-либо заметные изменения громкости.
Но важнейшая сфера применения динамической компрессии — музыкальное производство и вещание. Компрессия используется для придания звуку "плотности" и "драйва", для лучшего сочетания инструментов друг с другом, и особенно, при обработке вокала.
Вокальные партии в рок- и поп-музыке обычно подвергаются компрессии, чтобы выделить их на фоне аккомпанемента и добавить ясности. Специальный вид компрессора, настроенный только на определенные частоты - деэссер, используется для подавления шипящих фонем.
В инструментальных партиях компрессия также используется для эффектов, не связанных непосредственно с громкостью, например, быстро затухающие звуки ударных могут стать более продолжительными.
В электронной танцевальной музыке (EDM) часто используется side-chaining (см. ниже) — например, басовая линия может управляться бочкой или чем-то подобным, чтобы предотвратить конфликт баса и ударных и создать динамическую пульсацию.
Сжатие широко используется в широковещательной передаче (радио-, теле-, интернет-вещание) для повышения воспринимаемой громкости при одновременном уменьшении динамического диапазона исходного аудио (обычно это CD). В большинстве стран имеются правовые ограничения на мгновенный максимальный объем, который может транслироваться. Обычно эти ограничения реализуются постоянными аппаратными компрессорами в эфирной цепи. Кроме того, увеличение воспринимаемой громкости улучшает "качество" звука с точки зрения большинства слушателей.
См. также Loudness war.
Последовательное увеличение громкости одной и той же песни, ремастированной для CD с 1983 по 2000 гг.
Side-chaining
Еще один часто встречающийся переключатель компрессора – «side chain». В этом режиме компрессирование звука происходит не в зависимости от его собственного уровня, а в зависимости от уровня сигнала, поступающего на разъем, который так обычно и называется - side chain.
Этому можно найти несколько применений. Например, вокалист шепелявит и все буквы «с» выделяются из общей картины. Вы пропускаете его голос через компрессор, а в разъем side chain подаете этот же звук, но пропущенный через эквалайзер. На эквалайзере вы убираете все частоты, кроме тех, что используются вокалистом при произнесении буквы «с». Обычно около 5 кГц, но может быть от 3 кГц до 8 кГц. Если затем поставить компрессор в режим side chain, то компрессирование голоса будет происходить в те моменты, когда произносится буква «с». Таким образом получился прибор, известный как «деэссер» (de-esser). Такой способ работы называется «частотно-зависимым» (frequency dependent).
Еще одно применение этой функции носит название «ducker». Например, на радиостанции музыка идет через компрессор, а слова диджея - через побочную цепь. Когда диджей начинает болтать, громкость музыки автоматически уменьшается. Этот эффект можно с успехом применять и в записи, например, уменьшать громкость клавишных партий во время пения.
Brick wall limiting
Компрессор и лимитер работаеют примерно одинаково, можно сказать, что лимитер, это компрессор с высоким Ratio (от 10:1) и, обычно, низким Attack time.
Существует понятие Brick wall limiting - лимитинг с очень высоким Ratio (от 20:1 и выше) и очень быстрой атакой. В идеале, он вообще не позволяет сигналу превысить пороговый уровень. Результат будет неприятным на слух, но зато это предотвратит повреждение звуковоспроизводящей техники или превышение пропускной способности канала. Многие производители интегрируют в свои устройства лимитеры именно с этой целью.
Clipper vs. Limiter, soft and hard clipping
