Декомпрессор звук расширение динамического диапазона. Часто задаваемые вопросы по динамической обработке аудио сигнала

Что такое динамический диапазон?

Динамический диапазон можно определить как расстояние между уровнями самого тихого и самого громкого сигналов из возможных. К примеру, если в инструкции к процессору указано, что максимальный входной уровень сигнала до искажения равен +24 дБ, а шумовой порог на выходе равен -92 дБ, значит суммарный динамический диапазон процессора равен 24 + 92 = 116 дБ.

Динамический диапазон оркестра в среднем находится в пределах от -50 дБ до +10 дБ. Что в сумме даёт 60 дБ. Хотя вам может показаться, что динамический диапазон в 60 дБ - это мало, проведя простые расчёты, оказывается, что +10 дБ - это в 1000 раз громче, чем -50 дБ!

Динамический диапазон в рок музыке намного меньше, обычно от -10 dдБ до +10 Дб, или 20 дБ в сумме. Поэтому смешивание разных сигналов в рок музыке в единый микс довольно занудное занятие.

Для чего нам компрессия?

Допустим, вы работаете над сведением роковой записи, средний динамический диапазон у нее 20 дБ. И вы хотите добавить в микс необработанный компрессором вокал. Средний динамический диапазон у вокала равен примерно 40 дБ. Чем это чревато для микса? Слишком тихие вокальные куски будут просто не слышны, а слишком громкие будут выпирать из общей картины. В данной ситуации компрессор необходим для уменьшения (компрессии) динамического диапазона вокала в пределах 10 дБ.

В данном случае вокал будет находиться примерно на уровне +5 дБ. Диапазон - от 0 дБ до +10 дБ. Тихие фразы теперь будут выше самого низкого уровня сигнала в миксе, а громкие фразы не будут выпирать. Получается, что вокал занимает своё место в миксе.

Тот же самый принцип работает для любого инструмента в миксе. У каждого инструмента есть свое место в миксе, а хороший компрессор помогает звукорежиссеру правильно их смешать.

Разве компрессор нужен для всего?

Обычно в ответ на этот вопрос вы слышите: "Конечно же, нет! Перекомпрессированные треки звучат ужасно.” Это утверждение верно лишь в одном случае - если вы отчетливо слышите как работает компрессор на записи. Качественный дорогой компрессор, будучи правильно настроенным, звучит незаметно! Перекомпрессированный звук - это следствие ошибок в обработке конкретных инструментов, если конечно это не сделано умышленно с целью получить спецэффект.

Как вы думаете, зачем на всех дорогих микшерных пультах на каждом канале есть свой компрессор? Ответ прост - большинство инструментов нуждается в компрессии, пусть даже едва заметной. Это помогает им быть слышимыми в миксе.

Зачем нам нойз-гейты?

Давайте рассмотрим пример с вокалом. Допустим, вы установили для него диапазон в 20 дБ. Проблемы начинаются, когда компрессор усиливает самые тихие сигналы в вокальном треке. Всплывают всякие нежелательные шумы на заднем плане, куски фонограммы, попавшей в микрофон из наушников и т.п. Вы можете попробовать просто убрать громкость в паузах, но это обычно заканчивается полным провалом. Намного лучший способ - использовать нойз-гейт. Мы можем установить порог срабатывания нойз-гейта, к примеру, на -10 дБ, что соответствует нижней границе динамического диапазона вокала в нашем случае. Таким образом гейт будет автоматически убирать в ноль все нежелательные сигналы между фразами.

Если вы когда-либо пробовали сводить живую запись, вы знаете сколько проблем возникает с ударной установкой, а именно с железом, которое проникает в микрофоны, установленные на томах. Как только вы добавляете верхов на эквалайзере, чтобы сделать томы более яркими, начинают лезть наверх тарелки. И это особенно хорошо слышно через ВЧ громкоговорители в мониторах. Если же мы используем гейты на микрофонах, записывающих томы, так что железо больше не будет звучать через них в паузах, мы очень сильно прочистим общий микс и сделаем его в разы разборчивее.

Типы динамической обработки

Динамическая обработка - это процесс изменения динамического диапазона сигнала, позволяющий расширить возможности оборудования, через которое записывается или воспроизводится этот сигнал. Иными словами, мы получаем возможность записывать или проигрывать записанный сигнал без искажений и/или шума, тем самым упрощая себе задачу сведения.

Компрессор и лимитер

Пробивной, хорошо слышимый, с хорошим презенсом - это все описания звуковых сигналов, полученных при помощи их обработки компрессорами и лимитерами.

Компрессия и лимитирование - это формы управления динамическим диапазоном (громкостью) сигнала. Аудио сигналы имеют довольно большой разброс по уровням громкости. Пиковый сигнал может вызвать перегрузку в звукозаписывающей цепи, что в свою очередь вызовет искажение сигнала.

Компрессор/лимитер - это своего рода усилитель, в котором уровень громкости зависит от уровня проходящего через него аудиосигнала. Выбрав определённое значение компрессора/лимитера, сигнал будет автоматически ослабляться выше заданного уровня или порогового уровня.

В сущности, компрессия - это процесс ослабления входного сигнала в заданной пропорции. Используется для сужения динамического диапазона голоса или музыкального инструмента, позволяет производить запись без искажений. Также применяется при создании микса, уменьшая разницу частот каждой дорожки.

Вокалист, допустим, постоянно перемещается перед микрофоном и сигнал на выходе колеблется вверх-вниз, что звучит странно. В данном случае компрессор решит проблему, ослабив громкость отдельных фраз так, что в результате будет ровный вокал.

Степень ослабления сигнала зависит от соотношения компрессии и порогового уровня. Соотношение 2:1 или меньше считается слабой компрессией, при которой сигнал на выходе, превышающий пороговый уровень, уменьшается в два раза. Соотношения выше 10:1 можно называть сильным лимитированием.

Чем ниже пороговый уровень, тем большая часть сигнала подвергается компрессии (при определённом уровне входного сигнала). Важно знать меру, так как слишком сильная компрессия убивает динамику записи (при этом некоторые звукорежиссёры убивают её специально в качестве эффекта)!

Лимитирование - вид обработки сигнала, при котором подавляются всплески громкости (скачки амплитуды).

Компрессор/лимитер используется при выполнении многих задач при обработке звука, например:

Звук бочки ударной установки может затеряться среди электрогитар. И не важно, как громко звучит дорожка, бочка звучит “грязно”. Компрессия выправит звук бочки на фоне гитар.

Диапазон голоса на записи достаточно широк. Пики громкости могут сильно выпирать из общего звучания. Таких пиков может быть много, и они все разные, так что почти невозможно их выровнять через микшер. Компрессор/лимитер автоматически контролирует громкость, не искажая тонкостей вокала.

Соло гитара глушится ритмом. Не выкручивайте фейдер до предела, компрессия поставит ведущую гитару на своё место в миксе.

Бас-гитару сложно записывать. Ровный звук с хорошей атакой достигается за счёт правильной компрессии. И не нужно обрезать низы микса - компрессор/лимитер позволит басу проявиться на любых частота

Экспандер

Существует два основных вида экспансии: динамическая и нисходящая. Экспансия расширяет динамический диапазон сигнала, когда он выше порогового значения. Динамическая экспансия - это, по сути, компрессия наоборот.Динамическая экспансия применяется на ТВ и радио, чтобы отменить компрессию непосредственно до передачи аудио сигнала. Компрессию с последующей экспансией называют компандированием.На данный момент чаще всего применяют нисходящую экспансию. В отличие от компрессии, которая понижает сигнал выше порогового значения, экспансия понижает сигнал ниже порога экспансии. Степень понижения определяется соотношением экспансии. Например, соотношение 2:1 понижает сигнал вдвое (это значит, что если сигнал ниже порогового значения на 5дБ, экспандер понизит его до 10дБ).Экспансию часто используют для уменьшения шумов, это очень мощный и простой нойз-гейт. Главное различие между экспандером и нойз-гейтом в том, что экспансия зависит от того, насколько сильно сигнал ушёл “под порог”, тогда как при работе нойз-гейта это не имеет значения.

Шумоподавление

Шумоподавление - процесс устранения нежелательного шума из записи посредством ограничения сигнала ниже заданного порогового значения. Как было написано выше, работа нойз-гейта не зависит от уровня сигнала ниже порога. Выход устройства открыт, пока сигнал находится выше порога.

Длительность открытия выхода определяется скоростью атаки. Длительность работы устройства, когда сигнал ниже порогового называется временем удержания. Скорость закрывания выхода определяется временем возврата. Уровень подавления нежелательного сигнала в закрытом положении определяется диапазоном.

Краткий словарь терминов

Научно доказано, что если вы хотите быстро изучить какой-то предмет, вы должны для начала разобраться с основными понятиями. Тот же принцип действует и в звукозаписи и в дальнейшей работе со звуком. Большинство инструкций и учебников предполагают наличие базовых знаний, без которых читать их затруднительно. Надеюсь, что следующий раздел поможет вам навести порядок в голове и окончательно разобраться с основами.

Компрессоры

Атака (Attack).

Атака определяет скорость действия компрессора на входной сигнал. Долгая атака (регулятор по часовой стрелке до упора) вначале позволяет сигналу (т.н. начальный переходный процесс) проходить необработанным через компрессор, тогда как короткая атака (против часовой стрелки до упора) сразу же обрабатывает сигнал согласно соотношению компрессии и установленному пороговому уровню.

Авто (Auto).

Компрессор работает в режиме автоматической атаки и возврата. Регуляторы в этом случае не влияют на процесс, а используются запрограммированные значения параметров.

Боковой канал компрессора (Compressor Sidechain).

Вход бокового канала прерывает сигнал, с помощью которого компрессор определяет необходимой уровень компрессии. При отключенном боковом канале, входной сигнал идёт сразу на главную схему компрессора. При его включении, сигнал на главную схему не поступает. Теперь можно обрабатывать управляющий сигнал эквалайзером, например, применив де-эссинг (частотная коррекция голоса). После обработки управляющий сигнал поступает обратно в компрессор через выход канала. Типичное применение бокового канала - использование компрессора для приглушения фоновой музыки во время выступления ведущего или снижения громкости ритм-гитары на фоне вокала. Теперь голос легко различим. В этом случае голосовая дорожка идёт в боковой канал, в то время как фоновая музыка - на основную схему компрессора. Теперь компрессор понижает уровень фоновой музыки (процесс называется дакинг), когда вокалист начинает петь или говорить.

Жёсткая и мягкая компрессия (Hard/Soft Knee)

При жёсткой компрессии ослабление сигнала происходит максимально быстро в момент превышения пороговой величины. При мягкой, сигнал ослабляется более плавно, после того, как он превысил заданный порог, что обеспечивает более естественное для музыки звучание.

Лимитеры.

Лимитер - это компрессор, не допускающий увеличения сигнала выше уровня порога. Например, если порог установить на 0 дБ, параметр “Ratio” выкрутить полностью по часовой стрелке, то компрессор начнёт работу в режиме лимитера при 0 дБ, и выходной сигнал никогда не превысит этого значения.

Компенсирующее усиление (Makeup Gain).

При компрессии, сжатие сигнала обычно влияет на общий уровень громкости. Регулятор усиления позволяет восстановить утерянный при компрессии уровень.

Соотношение (Ratio).

Соотношение - это зависимость между выходным и входным сигналами, этот параметр устанавливает крутизну компрессии. Например, установив соотношение 2:1, любой сигнал выше порогового подвергнется компрессии в соотношении 2:1. На каждый децибел на входе компрессора приходится 0.5 дБ на выходе, таким образом образуется компрессия, сжимающая сигнал в два раза. При увеличении соотношения, компрессор постепенно переходит в режим работы лимитера.

Время возврата (Release).

Время возврата - это время, которое проходит между тем, как уровень входного сигнала упал ниже порога, и моментом, когда уровень компрессии вернулся на нулевой (компрессор перестал ослаблять сигнал). Короткий возврат создаёт неровный, “рубленый” звук, особенно у бас-гитары. Долгий возврат слишком “пережимает” звук, расплющивая его. Любому значению времени возврата найдётся применение - подбирайте на слух.

Threshold.

Пороговый уровень компрессии (порог компрессии) определяет значение, выше которого начинается ослабление сигнала. Обычно поворот регулятора порога влево увеличивает сигнал, который подвергается компрессии (при соотношении выше, чем 1:1).

Экспандеры

Нисходящая экспансия (Downward Expansion).

Нисходящая экспансия чаще всего применяется в профессиональной звукозаписи. Сигнал ослабляется ниже порогового значения. Это стандартный способ подавления шумов.

Соотношение (Ratio).

Соотношение экспансии определяет уровень ослабления сигнала, когда он опустился ниже порога. К примеру, при соотношении экспансии 2:1 каждый децибел ниже порогового значения ослабляется в два раза. При соотношении 4:1 и выше экспандер работает почти как нойз-гейт, только без возможности регулирования времени атаки, задержки и возврата.

Нойз гейты (Noise Gate)

Атака (Attack).

Параметр "время атаки" устанавливает величину, при которой открывается гейт. Быстрая атака подходит для перкуссивных инструментов, в то время как вокал и бас-гитара требуют плавного открытия. Применение к ним слишком быстрой атаки приведёт к появлению ощутимого “шёлкания” при сведении. Щелчок при открытии присущ любому гейту, но при правильной настройке его не слышно.

Время удержания (Hold).

Время удержания - фиксированный период времени, при котором гейт находится в открытом состоянии при уровне сигнала ниже порогового. Значение этого параметра играет роль при гейтировании, например, малого барабана - после удара по нему проходит определённое время, после которого гейт резко закрывается.

Диапазон (Range).

Диапазон гейта - величина ослабления сигнала, когда гейт закрыт. Таким образом, при значении этого параметра 0 дБ ослабления сигнала вообще не происходит. Значение -60 дБ означает, что при закрытом гейте сигнал будет ослаблен (гейтирован) на 60 дБ и т.д.

Время возврата (Release).

Время возврата гейта определяет скорость, с которой гейт переходит из открытого в полностью закрытое состояние. Время возврата обычно настраивают так, чтобы сохранить естественное затухание звука инструмента или вокала. Высокая скорость возврата убирает шумы, но может вызвать “заикание” ударных инструментов, которое устраняется низкой скоростью возврата. Внимательно настраивайте этот параметр для наиболее естественного эффекта.

Пороговый уровень (Threshold).

Пороговый уровень гейта устанавливает значение, при котором гейт открывается. Принцип прост - любой сигнал выше порогового проходит нетронутым, а сигнал ниже ослабляется на величину, зависящую от настроек диапазона. Если выкрутить регулятор влево до упора - гейт будет отключен (т.е. всегда открыт), и любой сигнал проходит без ослабления.

Ниже приведены пресеты компрессии, используемые в PreSonus BlueMax. Данные пресеты - стандартные установки, своего рода отправные точки для работы со звуком.

Вокал

Тёплый вокал. Это параметры для лёгкой компрессии с низким соотношением и расширенным диапазоном, в основном для лирических песен в живом исполнении. Вокал “на своём месте”.

Кричащий. Параметры для громкого вокала. Довольно жёсткая компрессия для вокалистов, которые не следят за расстоянием до микрофона. Голос сильно выступает из микса, создавая эффект присутствия.

Левый/правый (стерео) оверхэды. Параметры «соотношение» и «порог» здесь низкие, что даёт широкий диапазон, в который помещаются даже тарелки. Глубокие низы, общее звучание живое с невысокой реверберацией. Более пробивной звук, меньше эффекта комнаты.

Акустическая гитара. Пресет подчёркивает атаку акустической гитары и обеспечивает ровность звучания, что позволят гитаре оставаться слышимой.

Клавишные инструменты

Фортепиано. Особый пресет для выравнивания всего диапазона фортепиано - от нижнего звука до пятой октавы. Чётко слышны партии обеих рук.

Оркестр. Настройки подходят как для струнных, так и других оркестровых “наборов” синтезатора. Общий динамический диапазон снижен для удобного добавления в микс.

Контур. Настройки расширяют диапазон основного микса.

Threshold (порог)	Ratio (соотношение)	Attack (атака)	Release (возврат)
-13.4 дБ	1.2:1	0.002 мс	182 мс

Источник звуковых колебаний излучает в окружающее пространство энергию. Количество звуковой энергии, проходящей за секунду через площадь в 1 м2, расположенную перпендикулярно направлению распространения звуковых колебаний, называют интенсивностью (силой) звука.

Когда мы ведем обычный разговор, мощность потока энергии приблизительно равен 10 мкВт. Мощность самых громких звуков скрипки может составлять 60 мкВт, а мощность звуков органа - от 140 до 3200 мкВт.

Человек слышит звук в чрезвычайно широком диапазоне звуковых давлений (интенсивностей). Одной из опорных величин этого диапазона является стандартный порог слышимости - эффективное значение звукового давления, создаваемого гармоническим звуковым колебанием частоты 1000 Гц, едва слышимым человеком со средней чувствительностью слуха.

Порогу слышимости соответствует интенсивность звука Iзв0 = 10-12 Вт/м2 или звуковое давление pзв0 = 2Ч10-5 Па.

Верхний предел определяется значениями Iзв. макс. = 1 Вт/м2 или pзв. макс. = 20 Па. При восприятии звука такой интенсивности у человека появляются болевые ощущения.

В области звуковых давлений, существенно превышающих стандартный порог слышимости, величина ощущения пропорциональна не амплитуде звукового давления pзв, а логарифму отношения pзв/pзв0. Поэтому звуковое давление и интенсивность звука часто оценивают в логарифмических единицах децибелах (дБ) по отношению к стандартному порогу слышимости.

Диапазон изменения звуковых давлений от абсолютного порога слышимости до болевого порога составляет для разных частот от 90 дБ до 130 дБ.

Если ухо человека воспринимает одновременно два или несколько звуков различной громкости, то более громкий звук заглушает (поглощает) слабые звуки. Происходит так называемая маскировка звуков, и ухо воспринимает только один, более громкий, звук. Сразу после воздействия на ухо громкого звука снижается восприимчивость слуха к слабым звукам. Эта способность называется адаптацией слуха.

Таким образом, порог слышимости в значительной степени зависит от условий прослушивания: в тишине или же на фоне шума (или другого мешающего звука). В последнем случае порог слышимости повышается. Это свидетельствует о том, что помеха маскирует полезный сигнал.

Слуховой аппарат человека обладает определенной инерционностью: ощущение возникновения звука, а также его прекращения появляется не сразу.

Аудиосигнал является случайным процессом. Его акустические или электрические характеристики непрерывно изменяются во времени. Пытаться отследить случайные изменения реализаций этого хаоса - занятие, имеющее не много смысла. Обуздать его величество случай, придать ему черты детерминированности можно, используя усредненные параметры, такие, как уровень аудиосигнала.

Уровень аудиосигнала характеризует сигнал в определенный момент и представляет собой выраженное в децибелах выпрямленное и усредненное за некоторый предшествующий промежуток времени напряжение аудиосигнала.

Под динамическим диапазоном аудиосигнала понимают отношение максимального звукового давления к минимальному или отношение соответствующих напряжений. В таком определении нет сведений о том, какое давление и напряжение считается максимальным и минимальным. Наверное, поэтому определенный таким образом динамический диапазон сигнала, называется теоретическим. Наряду с этим динамический диапазон аудиосигнала можно определить и экспериментально как разность максимального и минимального уровней для достаточно длительного периода. Это значение существенно зависит от выбранного времени измерения и типа измерителя уровней.

Динамические диапазоны музыкальных и речевых акустических сигналов разных типов, измеренные с помощью приборов, составляют в среднем:

80 дБ для симфонического оркестра

45 дБ для хора

35 дБ для эстрадной музыки и солистов-вокалистов

25 дБ для речи дикторов

При записи уровни необходимо регулировать. Объясняется это тем, что исходные (необработанные) сигналы зачастую имеют большой динамический диапазон (например, до 80 дБ у симфонической музыки), а в домашних условиях аудиопрограммы прослушиваются в диапазоне порядка 40 дБ.

Ручной регулировке уровней присущ недостаток. Время реакции звукорежиссера составляет около 2 с даже если партитура композиции ему заранее известна. Это приводит к погрешности в поддержании максимальных уровней музыкальных программ до 4 дБ в обе стороны.

Усилители, акустические системы да и уши человека нужно защищать от перегрузок, вызванных резкими скачкообразными изменениями амплитуды аудиосигнала - ограничивать сигнал по амплитуде.

Динамический диапазон сигнала нужно согласовывать с динамическими диапазонами устройств записи, усиления, передачи.

Для увеличения дальности действия FM радиостанций динамический диапазон аудиосигнала нужно сжимать. Для снижения уровня шума в паузах динамический диапазон желательно увеличивать.

В конце концов, мода, диктующая свои условия во всех сферах человеческой деятельности, в том числе и в звукозаписи, требует насыщенного, плотного звучания современной музыки, которое достигается резким сужением ее динамического диапазона.

Звуковая волна (огибающая громкости) фрагмента оперы С. Рахманинова "Алеко",

и современной танцевальной музыки.

В классической музыке важны нюансы, танцевальная музыка должна быть "сильнодействующей".

Этим диктуется необходимость в применении устройств автоматической обработки уровней сигналов.

Динамическая обработка аудиосигналов на ПК

(c)Юрий Петелин
http://www.petelin.ru/

В предыдущей статье я рассказал о программных средствах устранения шума и искажений звука, в том числе перечислил те операции по "звукочистке", которые необходимо проделать с записью песни, начиная с исправления ошибок в установке микрофона и завершая мастерингом, выполненным так, чтобы группа композиций, записанная на диск, с эстетической точки зрения представляла собой единое целое. Данная тема настолько серьезна, что ей стоит посвятить несколько ближайших статей.

Начну, как и в прошлый раз, с основного тезиса: звук, записанный любителем в условиях домашней компьютерной студии, хотя, конечно, и не сравнится по качеству с результатами работы профессиональных студий, но может быть приближен к ним.

Пишу, а краем уха слушаю, что там бубнит телевизор. Вот фильм, отрекомендованный в анонсе, как "суперпроект". Царь Петр при смерти, борьба за престол. Страсти бушуют... По другим каналам следователь Турецкий отыскивает похищенные раритетные фолианты, знатоки тряхнули стариной и снова ведут свое следствие, потому что, оказывается, все еще "кто-то кое-где у нас порой честно жить не хочет"… Такие разные истории, но что-то общее в них есть. Это общее - звук. Плохой звук. Ужасный звук, записанный профессионалами в профессиональных студиях. Особенно в "суперпроекте": когда на мгновения стихают стоны умирающего царя и крики приближенных, отчетливо проступают фоновые звуки, даже становится слышно, как работают лентопротяжные механизмы камер.

Напрашиваются такие выводы:

1. Ясно, что в нашей стране фильмы давно уже не переозвучивают в звуковой студии. Наверное, денег на это нет. Каким записан звук на съемочной площадке, таким и идет в смонтированную ленту.

2. Некоторые профессионалы не применяют средства компьютерного шумоподавления. Не очень понятно, почему. Не знают о них? Некогда почитать специальную литературу? Но и элементарных сведений, что содержатся на пяти страницах моей предыдущей статьи, для начала хватило бы.

3. Некоторые из тех людей, кто занимаются записью звука для телефильмов, не умеют применять приборы динамической обработки.

Как раз о динамической обработке мы сейчас поговорим. Тема эта сложная, но если вы сосредоточитесь, то обязательно все поймете, и звук в ваших проектах станет профессиональным. Ну не профессиональным, а любительским, но таким, что все им заслушаются. Сомневающимся предлагаю оценить работы читателей, записанные на диске, который сопровождает новую книгу "Sonar. Секреты мастерства". Кстати, ничто не мешает вам попробовать свои силы. В музыкальном сборнике на следующем подобном диске вполне может оказаться и ваша композиция.

Итак, динамическая обработка. Формально она заключается в изменении динамического диапазона аудиосигналов. Но для применения ее во благо качеству звука этой фразы явно недостаточно. Поэтому начнем с начала.

Уровень и динамический диапазон звукового сигнала

Порогу слышимости соответствует интенсивность звука Iзв0 = 10-12 Вт/м2 или звуковое давление pзв0 = 2Ч10-5 Па.

80 дБ для симфонического оркестра

45 дБ для хора

35 дБ для эстрадной музыки и солистов-вокалистов

25 дБ для речи дикторов

Звуковая волна (огибающая громкости) фрагмента оперы С. Рахманинова "Алеко",

и современной танцевальной музыки.

В классической музыке важны нюансы, танцевальная музыка должна быть "сильнодействующей".

Этим диктуется необходимость в применении устройств автоматической обработки уровней сигналов.

Устройства динамической обработки

Устройства автоматической обработки уровней сигналов можно классифицировать по ряду критериев, наиболее важные среди них: инерционность срабатывания и выполняемая функция.

По критерию инерционности срабатывания различают безинерционные (мгновенного действия) и инерционные (с изменяющимся коэффициентом передачи) авторегуляторы уровня:

Когда на входе безинерционного авторегулятора уровень сигнала превышает номинальное значение, на выходе вместо синусоидального сигнала получается трапецевидный. Хотя безинерционные авторегуляторы просты, их применение приводит к сильным искажениям.

Инерционным называется такой авторегулятор уровня, у которого коэффициент передачи автоматически изменяется в зависимости от уровня сигнала на входе. Эти авторегуляторы уровня искажают форму сигналов только в течение незначительного интервала времени. Подбором оптимального времени срабатывания такие искажения можно сделать малоощутимыми на слух.

В зависимости от выполняемых функций инерционные авторегуляторы уровня подразделяют на:

Ограничители квазимаксимальнных уровней

Автостабилизаторы уровня

Компрессоры динамического диапазона

Экспандеры динамического диапазона

Компандерные шумоподавители

Пороговые шумоподавители (гейты)

Устройства со сложным преобразованием динамического диапазона

Основной характеристикой устройства динамической обработки служит амплитудная характеристика - зависимость уровня выходного сигнала от уровня сигнала на входе.

Ограничитель уровня (лимитер) - это авторегулятор, у которого коэффициент передачи изменяется так, что при превышении номинального уровня входным сигналом уровни сигналов на его выходе остаются практически постоянными, близкими к номинальному значению. При входных сигналах, не превышающих номинального значения, ограничитель уровня работает как обычный линейный усилитель. Лимитер должен реагировать на изменение уровня мгновенно.

Амплитудная характеристика лимитера

Автостабилизатор уровня предназначен для стабилизации уровней сигналов. Это бывает необходимо для выравнивания громкости звучания отдельных фрагментов фонограммы. Принцип действия автостабилизатора аналогичен принципу действия ограничителя. Отличие заключается в том, что номинальное выходное напряжения автостабилизатора приблизительно на 5 дБ меньше номинального выходного уровня ограничителя.

Компрессор - такое устройство, коэффициент передачи которого возрастает по мере уменьшения уровня входного сигнала. Действие компрессора приводит к повышению средней мощности и, следовательно, громкости звучания обрабатываемого сигнала, а также к сжатию его динамического диапазона.

Амплитудная характеристика компрессора

Экспандер имеет обратную по отношению к компрессору амплитудную характеристику. Применяют его в том случае, когда необходимо восстановить динамический диапазон, преобразованный компрессором.

Амплитудная характеристика экспандера

Компандер - система, состоящая из последовательно включенных компрессора и экспандера. Она используется для снижения уровня шумов в трактах записи или передачи звуковых сигналов.

Пороговый шумоподавитель (гейт) - это авторегулятор, у которого коэффициент передачи изменяется так, что при уровнях входного сигнала меньше порогового амплитуда сигнала на выходе близка к нулю. При входных сигналах, уровень которых превышает пороговое значение, пороговый шумоподавитель работает как обычный линейный усилитель.

Авторегуляторы для сложного преобразование динамического диапазона, имеют несколько каналов управления. Например, сочетание ограничителя, автостабилзатора, экспандера и порогового шумоподавителя позволяет стабилизировать громкость звучания различных фрагментов композиции, выдерживать максимальные уровни сигнала и подавлять шумы в паузах.

Структура устройств динамической обработки

Инерционный регулятор уровня имеет основной канал и канал управления. Если сигнал подается в канал управления со входа основного канала, мы имеем дело с прямой регулировкой, а если с выхода - с обратной.

Основной канал в схеме с прямой регулировкой включает в себя усилители звуковых частот, линию задержки и регулируемый элемент. Последний под воздействием управляющего напряжения способен изменять свой коэффициент передачи. Основной канал в схеме с обратной регулировкой содержит в себе все перечисленные элементы за исключением линии задержки.

Принципиально важные элементы канала управления - детектор и интегрирующая (сглаживающая) цепь. До тех пор пока напряжение на входе схемы не превышает порогового (опорного), канал управления не вырабатывает управляющего сигнала, и коэффициент передачи регулируемого элемента не изменяется. При превышении порога детектор вырабатывает импульсное напряжение, пропорциональное разности текущего значения сигнала и опорного напряжения. Интегрирующая цепь усредняет разностное напряжение и вырабатывает управляющее напряжение, пропорциональное уровню сигнала на входе канала управления.

Линия задержки, имеющаяся в основном канале схемы с прямой регулировкой, позволяет каналу управления работать с некоторым упреждением. Всплеск уровня сигнала будет обнаружен им раньше, чем сигнал достигнет регулируемого элемента. Поэтому существует принципиальная возможность устранения нежелательных переходных процессов. Перепады уровня могут быть обработаны практически идеально. Однако фазочастотная характеристика аналоговой линии задержки отлична от линейной. Различие фазовых сдвигов для разных спектральных составляющих сигнала приводит к искажению формы широкополосного сигнала при прохождении линии задержки. Цифровые линии задержки лишены этого недостатка, но для их применения сигнал необходимо сначала оцифровать. В виртуальных устройствах обработки сигнал обрабатывается в цифровой форме, а проблемы с алгоритмической реализацией функциональных элементов отсутствуют.

HI-FI AUDIO.RU / Александр / отредактировано

При выборе музыкальных дисков (CD) большое, если не решающее, значение для слушателя играет динамический диапазон записи (DR). Именно из-за сознательно суженного (компрессированного) звукорежиссером динамического диапазона записи на CD могут возникнуть претензии к звучанию.

Компрессия по звуковому диапазону применяется все чаще не только на этапе финальной подготовки диска. Любая компрессия DR негативно сказывается на впечатлениях при прослушивании. Если у вас при прослушивании CD остается стойкое ощущение каши и сумбура, "грязного" звука — это признак того, что диск, скорее всего, немилосердно сжат по динамическому диапазону.

Что же такое динамический диапазон и для чего его вообще нужно сжимать?

Динамический диапазон — это диапазон между самыми тихими и самыми громкими звуками на фонограмме. Естественно, чем он больше, тем более тонко и точно будет подан музыкальный материал, где в трехмерном пространстве будет слышно все — от турбуленции воздуха от дирижерской палочки, до выстрела из пушки. Исходя из сказанного, сжимать динамический диапазон не нужно, его сжатие можно воспринимать как уродование звука.

Во многих сложно сочиненных и мастерски исполненных музыкальных произведениях динамический диапазон очень большой и есть места где музыканты играют крайне тихо, а есть, где нарастает экспрессия и музыка грохочет. При прослушивании, в таких композициях устанавливается громкость усилителя достаточно высоко и становятся прекрасно слышны, как самые тихие звуки, так и по мере нарастания, очень громкие.

В переносных устройствах (смартфоны, планшеты) стоят маломощные усилители, которые, сомнительно, что могут все это отыграть в полном диапазоне с приемлемой громкостью. Поэтому стали применять компрессию — самые тихие звуки по громкости подтягивают к самым громким (получается фактически, что начинают шепотом орать), динамический диапазон сужается, но громкость в целом возрастает на 30%, что плюс для мобильных устройств, которые прослушиваются в агрессивной для прослушивания среде (шумная улица, метро). Таким образом, "музыка для мобильников" во всех случаях — это компромисс между качеством и удобством. Производители готовы пожертвовать качеством звучания ради любителей мобильной музыки, но портят в итоге музыку для всех.

На примере альбома группы ZZ Top — уродование звука более поздними релизами. В ремастере 2008 года уже даже не угадываются первоначальные контуры. Щелкните на картинку для отображения в динамике.

Меломаны столкнулись с нелегкой задачей подбора для своих коллекции CD, не изуродованных компрессией динамического диапазона, что сейчас становится сейчас всё более неразрешимой проблемой.

Чтобы определить DR любого музыкального произведения, достаточно установить плагин Dynamic Range Meter измеряющий динамический диапазон в проигрывателе foobar2000. Точнее сказать, он измеряет некий пик-фактор — разницу между пиковыми уровнями и RMS (среднеквадратичным значением уровня звука в альбоме или аудиотреке). Если значение пик-фактора DR фонограммы равно 14 — это великолепный показатель, а выше 15 — близко к фантастике, но следует понимать, что этот показатель будет разным для жанров в которых исполняется музыка.

Так для рок-музыки в целом хороший результат начинается с DR 10. Например, альбом группы Nazareth "Sound Elixir" на CD имеет DR=10 и при этом прекрасно звучит, благодаря использованию электронных инструментов. Для тяжелой музыки этого может быть вполне и достаточно, если музыкантами не были использованы сильные звуковые перепады. Однако, более обширнейший динамический диапазон потребуется для воспроизведения акустических инструментов — гитары, саксофона и тд. В таких случаях порадует разница диапазона от 13 до 15.

В целом большинство добротных CD показывает DR от 11 до 14. При этом встречаются диски имеющие динамический диапазон равный 15 (например, группа Телевизор "Отечество иллюзий" ) и даже 18. Диски с большим DR слушаются с огромным удовольствием — их звучание открытое, естественное, лишенное цифровой сухости и тяжеловесности.

Таблица минимального DR в соответствии с музыкальным стилем.

Так, если звучание диска грязновато, но терпимо, то скорее всего, это компрессированный по динамическому диапазону диск со значением не более 8. С таким значением идут многие ранние концерты группы Nazareth и других — это удручает, так как такая интересная и богатая на инструменты музыка достойна лучшего качества. Искреннее недоумение вызывает, когда априори аудиофильские исполнители выпускают записи своих концертов с сильной компрессией. Например диск Sade "Soldier of Love" выпущенный в 2010 (!) году имеет DR динамического диапазона равный всего лишь 10. При этом, композиции наполнены прекрасным женским вокалом и акустическими инструментами. Здесь компрессия диапазона явно слышна и сильно разочаровывает. Становится непонятно для кого тогда подобные CD выпускаются по-принципу - если для аудиофилов такое качество мало пригодно к прослушиванию, а музыка имеет явно не коммерческий характер.

Сомнительно что сегодня кто-нибудь будет слушать на улице музыку с переносного CD-проигрывателя, когда в мобильной среде вместо несжатых форматов CD давно уже используются музыкальные файлы, в большинстве случаев это не аудиофильские форматы (mp3,AAC), которые так же имеют деструктивную природу и ограничение еще и по частотному диапазону. Тогда возникает разумный вопрос: зачем портить CD по DR и писать диски без компрессии? Ведь здравого смысла коверкать запись на CD для более высокой громкости не просматривается, однако, маркетинговая машина войны за громкость запущена на полную мощность и обратного хода не предвидится. Статистика, к сожалению, свидетельствует, что производитель с каждым годом усиливает компрессию звукового материала, что конечно же негативно сказывается на качестве звучание на аппаратуре класса Hi-Fi.

Действительно, не компрессированный диск на дешевом переносном плеере или смартфоне в силу внешних шумов, которые замаскируют самые тихие звуки, будет звучать "неэффектно", а компрессированное звучание покажется лучше в силу того, что громкость тихих звуков гиперзавышена и находится над внешним шумом. Это схоже с тем, что звукорежиссер озадачился целью, записать диск, который будет звучать отлично на фоне работающего отбойного молотка. Возможно в таких ситуациях это покажется прекрасным, но можно ли серьезно говорить о качестве звучания, если используется глубокая компрессия?

В любом случае, низкокачественное и низкосортное воспроизведение и для высококачественного воспроизведения на хороших Hi-Fi/Hi-End аппаратах компрессированные записи не годятся.

Большинству аудиофилов не важна громкость диска, ее можно выставить любой на усилителе, важна чистота и детальность звучания, и многие другие параметры.

С появлением современных высококлассных усилителей музыка открыла для себя новое измерение, которое добавляет к ней еще одну восхитительную грань — возможность большего вовлечения благодаря аудиофильской прорисовки музыкальных событий. В этом измерении воспринимается не только мелодия, но и каждый звук, который в хорошем тракте поет и восхищает, цепляет за струны души.

Именно поэтому большинство современных дисков после покупки хочется сразу выкинуть, например, альбом Madonna "Handy Candy" . Звук на них ужасно грязный, кашеобразный, давящий на слух. Причина легко определяется при проверке на DR динамического диапазона. На диске он равен удручающему значению 5. Хорошо звучащими дисками можно считать записи имеющие диапазон минимально от 10 и выше. Диапазон CD от DR 8 и ниже вызывает при прослушивании не лучшие ощущения.

Многие предложат в виде панацеи прослушивание виниловых дисков, где компрессия маловероятна, но компрессия маловероятна и на всех оригинальных CD старых выпусков (встречается DR до 18), а современный винил может быть так же компрессирован. Это первый аргумент, а второй происходит из того, что при замере значение DR динамического диапазона современных виниловых дисков он оказывается не очень высоким. Для разных виниловых дисков значение DR равно 12-14. Но остались серьезные подозрения, что нижняя граница определялась не самым тихим звуком, а рокотом и шумом самой виниловой пластинки из за механического характера считывания данных и тогда, вероятно, реальный DR имеет еще худшее значение. При этом не редко можно встретить записи на CD с DR динамического диапазона равным 15, и, кроме того, на диске существенно лучше выполнено разделение каналов и многие другие показатели.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что на качество звучания диска CD оказывает большое значения интенсивность компрессии звукового диапазона DR. Как ответ этой ситуации на рынке стали появляться специальные "аудиофильские" диски без компрессии, например компиляция Audiophile World.

Для любознательных: сайт www.dr.loudness-war.info содержит каталог замеренных значений DR большого количества аудио CD дисков.

Динамический диапазон определяет максимальное изменение уровня звука в аудиоматериале, он выражается в децибелах и равен разности между самой громкой и самой тихой частью аудиоматериала. Иногда на фоне шумов самая тихая часть музыкального фрагмента может оказаться неслышимой, в этом случае динамический диапазон будет определяться разностью между самой громкой частью музыкального произведения и уровнем шумов.

Динамический диапазон используется и для характеристики звуковых систем. Любая звуковая система имеет собственный шум, являющийся остаточным электронным шумом системы. Динамический диапазон звуковой системы равен разности между пиковым уровнем звука на выходе и уровнем внутренних шумов.

Динамический диапазон рок-н-рольной музыки

Для рок-н-рольной музыки характерен самый широкий динамический диапазон. Уровень звукового давления у микрофонов (не в аудитории) на таких концертах может изменяться от 40 дБ (что соответствует шуму в аудитории при кратковременных паузах в исполнении, улавливаемому микрофоном) до 130 дБ (это выше болевого порога, но звуки такой громкости исполнители издают в микрофон, а до слушателей они доходят менее громкими). Чтобы определить динамический диапазон такого концерта, следует из пикового уровня звукового давления вычесть уровень шумов:

Динамический диапазон = Пиковый уровень - Уровень шумов = 130 дБ - 40 дБ = 90 дБ.

Примечание. дБ - это отношение двух сигналов, и в этом случае мы описываем, как соотносятся сигналы 130 дБ SPL и 40 дБ SPL. Разница между ними составляет 90 дБ, но данное значение никак не связано с уровнем звука 90 дБ SPL, отнесенного к 0,0002 дин/см2. Динамический диапазон всегда указывается в дБ, его никогда не следует выражать в единицах дБ SPL, дБm, дБu, отнесенных к какому-то абсолютному значению.

Электрический динамический диапазон звуковой системы

Электрический уровень сигнала звуковой системы (в дБu) пропорционален уровню звукового давления (в дБ SPL) у микрофона. Реальные уровни электрического сигнала, определяются чувствительностью микрофонов, уровнем усиления предусилителей мощности и другой аппаратурой, но эти величины являются постоянными и соответствуют тем, что приведены в спецификациях.

При уровне звукового давления у микрофона 130 дБ SPL максимальные линейные уровни на выходе микшерного пульта могут достигать +24 дБu (12,3V), а максимальные уровни на выходе каждого усилителя мощности - пиковых значений 250 Вт (подобных усилителей может быть и несколько). При уменьшении уровня звука до 40 дБ SPL минимальный линейный уровень уменьшается до 66 дБu (388 мV), а уровень сигнала на выходе усилителя мощности снижается до 250 нВт.

При этом динамический диапазон аудиоматериала на выходе микшерного пульта остается таким же, как у сигнала, снимаемого с микрофона:

Динамический диапазон = Пиковый уровень - Уровень шумов = +24 дБu - (-66 дБu) = 90 дБ.

А что можно сказать относительно динамического диапазона на выходе усилителя мощности? Как соотносятся в децибелах 250 Вт и 250 нВт можно легко рассчитать:

дБ = 10 log (P1/P0)= 10 log (250/0,000000250) = 10 log (1000000000) =10 · 9 = 90 дБ.

Соответствие величин дБ SPL и дБu, дБm или дБW сохраняется на всех участках звуковой системы от источника звука у микрофона до выхода на систему громкоговорителей. При изменении уровня звука на 90 дБ, электрическая мощность изменится на столько же. В электрической цепи, которая возбуждается данным звуком (предполагается, что усиление носит линейный характер, т.е. в системе не применяется компрессия, эквализация, ограничение и отсечку сигналов) разность между двумя уровнями звукового давления, выраженная в децибелах, всегда соответствует разности мощностей в дБm или разности напряжений в дБu. Такое соотношение характерно для систем любого типа: звукоусиления, звукозаписи, вещательных.

Акустический динамический диапазон системы

Мы описали динамический диапазон аудиоматериала, который поступает на микрофон, и динамический диапазон электрического сигнала, который проходит через микшерный пульт и усилители мощности, а что можно сказать относительно звука на выходе системы громкоговорителей? Как вы, наверное, могли бы уже предположить, он должен иметь такой же динамический диапазон. Если громкоговорители не в состоянии передать полный динамический диапазон, то они не смогут воспроизводить самые низкие уровни мощности, либо будут искажать звук на пиковых уровнях сигнала (эти недостатки могут присутствовать одновременно). Реальные уровни звука, которые должны воспроизводить громкоговорители определяются расстоянием между ними и публикой, а также требуемой громкостью звучания. Предположим, что мы не хотим, чтобы у наших слушателей лопнули барабанные перепонки, и за достаточный для точной передачи исполнения пиковый уровень принимаем 120 дБ SPL. В этом случае на данной сценической площадке громкоговорители должны сообща генерировать 130 дБ SPL (если вы проведете необходимые расчеты, то получите именно это значение). Мы также знаем, что, если громкоговорители генерируют 130 дБ SPL на пиках, то они смогут поддерживать 40 дБ SPL на самых тихих фрагментах, т. е. обеспечивать заданное значение динамического диапазона 90 дБ.

Нам известно, что звуковая волна, соответствующая пиковому уровню, ослабляется в процессе распространения на 10 дБ (т.е. со 130 дБ SPL до 120 дБ SPL). Но точно также будет снижаться и уровень звукового давления, соответствующий тихим фрагментам (с 40 дБ до 30 дБ), и публика может их не услышать, так как в этом случае уровень звука становится ниже уровня шума в зрительном зале. Именно поэтому часто применяют электронную регулировку динамического диапазона, включающую компрессию самых громких пиков, в результате которой повышается общий уровень звуков, и тихие фрагменты звучат громче.