Уголок музыканта-исследователя

Использование компрессии

Компрессией называется обработка сигнала с целью уменьшения его динамического диапазона, т.е. соотношения амплитуд самого громкого и самого тихого сигнала.

В простейшем случае компрессор представляет собой усилитель, коэффициент усиления которого зависит от амплитуды входного сигнала. При превышении некоторого порога, задаваемого параметром Threshold, усиление снижается на величину, задаваемую параметром Ratio. Чтобы уровень сигнала после компрессии не отличался от уровня необработанного сигнала, выходной сигнал подвергается дополнительному усилению.

Для лучшего понимания компрессии сигнала можно поиграться с математической моделью простейшего компрессора, изображенной ниже.

Демонстрационная модель

Поворотными регуляторами устанавливаются значения основных параметров компрессии, ломаная линия изображает передаточную функцию устройства.

Назначение параметров

  • Threshold - порог срабатывания компрессора
  • Ratio - коэффициент компрессии
  • Gain - коэффициент дополнительного усиления, вводимого после компрессии

Гистограмма по горизонтальной оси (для примера выбраны произвольные значения) показывает распределение количества отсчетов дискретного сигнала, соответствующих заданной амплитуде. Т.е. в нашем примере мы видим, что входной сигнал с амплитудой 0.8 появляется гораздо чаще, чем сигнал с амплитудой 0.5 или 0.9.

По вертикальной оси расположена аналогичная гистограмма для выходного сигнала.

Для лучшего понимания процесса можно рассматривать ситуацию следующим образом: коэффициент усиления это угол наклона кривой. До точки перегиба он задается через Gain, после перегиба - через Ratio, усиление в точке перегиба задается через Threshold.
Часто на компрессорах регулятор Threshold градуируется в децибелах отношения порога к основному сигналу (получаются отрицательные значения) таким образом, что при повороте ручки вправо порог снижается (а не увеличивается, как в представленной модели).

Режимы компрессии

Лимитирование сигнала

Установим на демонстрационной модели следующие значения:

  • Threshold - 0.9
  • Ratio - 10
  • Gain - 1

Как видим, большая часть сигнала передается на выход без изменения, и только в диапазоне самых громких звуков происходит сжатие.

Режим лимитирования сигнала используют для предотвращения перегрузки каскадов усилителя. Часто для этого создается специализированный компрессор, называемый лимитером.

Компрессия сигнала

Установим на демонстрационной модели следующие значения:

  • Threshold - 0.4
  • Ratio - 10
  • Gain - 1.9

В данном режиме сигнал подвергся максимальному сжатию. В то время, как на входе самый громкий сигнал по амплитуде приблизительно в два больше самого тихого, но выходе соответствующие амплитуды различаются очень незначительно. Такая сильная компрессия сильно изменяет звучание, и на практике используется, пожалуй, только как спецэффект для обработки звука электрогитары, позволяющий увеличить время звучания отдельных нот, сделать звучание более "певучим".

Более мягкую компрессию можно получить, например, при следующих значениях параметров:

  • Threshold - 0.5
  • Ratio - 2
  • Gain - 1.2

Данный режим позволяет немного уменьшить динамический диапазон сигнала, не сильно влияя на его общее звучание. Данный режим часто используется для того, чтобы адаптировать сигнал для передачи по каналу связи, или записи на физический носитель (магнитная лента, CD, и т.п.). Кроме того, небольшая компрессия позволяет заметно увеличить "плотность" звучания при сведении многоканальной записи.

Ошибки компрессии

Если задать слишком высокий порог (например, Threshold=0.99), так что весь сигнал будет находиться ниже порога, компрессор превратится в обыкновенный усилитель, и никакой компрессии сигнала не будет. Т.е. в нашем примере, отношение амплитуд самого громкого и самого тихого сигналов как на входе, так и на выходе будет приблизительно равно двум. Даже если мы изменим общий уровень сигнала с помощью параметра Gain, данное соотношение амплитуд останется неизменным.

Аналогичным образом, слишком низкий порог (например, Threshold=0.01) превращает компрессор в простой усилитель, усиление которого зависит от параметров Ratio и Gain, но при любом их значении соотношение амплитуд самого громкого и самого тихого сигнала на выходе будет приблизительно таким же, как на входе.

При значении Ratio, равном 1, также получаем обыкновенный усилитель, при этом параметры Threshold и Gain никак не влияет на работу устройства.

Чтобы добиться максимальной компрессии необходимо установить максимальное значение Ratio, и выбрать порог таким образом, чтобы он был как можно выше, но при этом, самый тихий сигнал должен оставаться выше порога. Уже рассматривавшиеся выше значения Threshold = 0.4 и Ratio = 10 иллюстрируют этот принцип.

Литература