что такое сжатие звука
Как работает сжатие аудио
Сегодня количество потребляемой нами информации в сети выросло в тысячи раз в сравнении с началом 2000-х. И неудивительно, ведь раньше, помимо намного менее распространенного интернет-покрытия, привычные нам сайты и сервисы выглядели совсем по другому.
Мы ежедневно читаем статьи и новости о том, что та или иная компания разработала новый стандарт соединения, превосходящий нынешние аналоги по скорости передачи данных. За уже практически два десятилетия провайдеры и производители многих гаджетов сделали огромный шаг в направлении к скоростному доступу в Интернет. Но не одними лишь скоростями наш мгновенный доступ к сайтам един.
Огромную роль в экономии нашего времени сыграло развитие алгоритмов сжатия изображений, аудио и видеофайлов. Гуляя по просторам сети, зачастую мы даже не задумываемся над тем, как и что устроено, сколько сил было приложено к разработке той или иной технологии. В новой серии статей мы рассмотрим методы сжатия таких популярных форматов, как MP3 и JPEG, а также базово рассмотрим процесс кодирования видео.
Работа алгоритма
Первым в новой серии статей станет самый популярный формат сжатия аудио–файлов *.mp3. Появился он в 1993 году, благодаря рабочей группе института Фраунгофера, а стандартизирован объединением MPEG. По данным Википедии, объединение было образовано международной организацией ISO для разработки норм в сжатии аудио и видеофайлов. Ими были установлены также следующие стандарты:
Все таки давайте вернемся обратно к mp3. Основной задачей формата было и является уменьшение размера файлов за счет удаления определенных участков звукового спектра, которые не ощущаются на непрофессиональной аудиотехнике, в соответствии с психоакустической моделью звуковосприятия человека.
На этом этапе при помощи алгоритма преобразования Фурье, звуковая волна раскладывается на спектры разной частоты. Все те малоразличимые нашим слухом частоты просто удаляются. В основном это весь спектр звука выше 16 000 Гц. По такому принципу, кстати, работают и сервисы определения музыки, типа SoundHound и Shazam. Встроенный в их работу алгоритм разделяет слышимую звуковую волну на несколько, выделяет ритмику, основные ноты и сравнивает их со своей базой данных.
Но тем не менее, общая картина звучания, например, mp3-файла в битрейте 320 кбит/с мало чем отличается от несжатого файла, при этом в размере может составлять 1/10 от оригинального.
Уже на этом этапе размер файла можно значительно уменьшить, но самый больший процент сжатия происходит на следующих этапах маскировки. Работа первого из них заключается в удалении кратных звуковых частот на громких моментах в песне, то есть если звучит громкий барабан, то все остальные сигналы исходящие от включенных в аранжировку инструментов, можно просто–напросто убрать, и никто этого не заметит.
А в некоторых случаях, в соответствии с той же психоакустической моделью, можно удалять доли перед, и после звучания громких звуков, так как в этот период у всех людей наступает кратковременная (буквально на несколько сотых секунды) глухота.
Потом идет распределение звуков по каналам. Это происходит не без потерь в детализации, с помощью специальных формул, которые вы можете посмотреть на картинке (упрощено). Разница в звучании каждого из каналов сводится почти к нулю с целью сэкономить еще одну сотню-другую байт.
В конце каждый из сжатых фреймов аудиозаписи закодированные одинаковыми символами (например нулями), сокращаются до минимальных размеров при помощи метода кода Хаффмана. В процессе его работы дополнительная информация не теряется, просто к каждому из значений фреймов присваивается какой-то код, в зависимости от того, сколько раз то или иное число в нем встречается. Далее все оставшиеся куски нашей аудиозаписи склеиваются и на выходе образуют привычный нам аудио–файл.
Спасибо, что дочитали до конца теперь мы разобрались с тем, как устроен один из самых распространенных аудиоформатов. B следующей статье мы рассмотрим процесс сжатия видео.
Просто о звуке: Обсуждаем сжатие динамического диапазона
Совсем недавно мы обсуждали старый новый звук высокого разрешения. Эту тему изначально поднял Стив Гуттенберг. Иногда мы отталкиваемся от оценок Стива в попытке найти свои решения и ответы на вопросы.
Сегодня мы решили привести основные моменты из очередного материала эксперта.
Стив говорит об альбоме Стивена Уилсона от MA Recordings и Reference Recordings. Он приводит его в качестве примера того, насколько хорошим может быть цифровой звук. Но это редкость в эпоху борьбы за громкость и сжатие.
Суть сжатия динамического диапазона в том, что оно уменьшает естественное соотношение между самым громким и самым тихим звуком на записи. Конечно, сильно сжатая музыка – это не новое веяние. Стив приводит в качестве примера альбомы Motown 60-х годов, Led Zeppelin и альбомы Wilco и Radiohead.
«Сжатие применяется на всех этапах создания музыки, поэтому часть динамического диапазона может быть давно утеряна к тому моменту, когда мастеринг-инженер выполняет последний прогон.
Когда люди говорят, что им нравится звук аудиозаписи, я считаю, что им нравится музыка, как если бы звук и музыка были неразделимыми терминами. Но для себя я дифференцирую эти понятия.
С точки зрения меломана, звук может быть грубым и сырым, но это не будет иметь значения для большинства слушателей»
На ГТ достаточно активно обсуждают тему компрессии. В одном из материалов были разобраны основные типы сжатия и рекомендации по работе с этим инструментом.
Стив замечает, что сжатие применяется непосредственно во время звукозаписи, во время микширования и только потом во время мастеринга. Исходя из данного положения дел, достаточно сложно сказать, как звучали инструменты и вокальная партия в самом начале процесса.
С помощью компрессии громкость вокала сохраняется на нужном уровне на протяжении всей песни или немного выделяется на фоне остальных звуков. Аналогичная ситуация и с инструментами но, чтобы понять, как пользоваться сжатием и не переусердствовать, уходят годы.
Парочка интересных обсуждений на основе наших материалов:
Сжатие аудиоданных
Сжатие (компрессия) аудиоданных представляет собой процесс уменьшения скорости цифрового потока за счет сокращения статистической и психоакустической избыточности цифрового звукового сигнала.
Содержание
Сжатие без потерь
Сокращение статистической избыточности основано на учете свойств самих звуковых сигналов. Она определяется наличием корреляционной связи между соседними отсчетами цифрового звукового сигнала, устранение которой позволяет сокращать объем передаваемых данных на 15. 25% по сравнению с их исходной величиной. Для передачи сигнала необходимо получить более компактное его представление, что возможно осуществить с помощью ортогонального преобразования. Важными условиями применения такого метода преобразования являются:
Уменьшить скорость цифрового потока позволяют методы кодирования, учитывающие статистику звуковых сигналов, например, вероятности появления уровней разной величины. Одним из таких методов является код Хаффмана, где наиболее вероятным значениям сигнала приписываются более короткие кодовые слова, а значения отсчетов, вероятность появления которых мала, кодируются кодовыми словами большей длины. Именно в силу этих двух причин в наиболее эффективных алгоритмах компрессии цифровых аудиоданных кодированию подвергаются не сами отсчеты звукового сигнала, а коэффициенты МДКП.
Подобные методы применяются при архивации файлов.
Сжатие с потерями
Сжатие аудиоданных с потерями основывается на несовершенстве человеческого слуха при восприятии звуковой информации. Неспособность человека в определенных случаях различать тихие звуки в присутствии более громких, называемая эффектом маскировки, была использована в алгоритмах сокращения психоакустической избыточности. Эффекты слухового маскирования зависят от спектральных и временных характеристик маскируемого и маскирующего сигналов и могут быть разделены на две основные группы:
Эффект маскирования в частотной области связан с тем, что в присутствии больших звуковых амплитуд человеческое ухо нечувствительно к малым амплитудам близких частот. То есть, когда два сигнала одновременно находятся в ограниченной частотной области, то более слабый сигнал становится неслышимым на фоне более сильного.
Маскирование во временной области характеризует динамические свойства слуха, показывая изменение во времени относительного порога слышимости (порог слышимости одного сигнала в присутствии другого), когда маскирующий и маскируемый сигналы звучат не одновременно. При этом следует различать явления послемаскировки (изменение порога слышимости после сигнала высокого уровня) и предмаскировки (изменение порога слышимости перед приходом сигнала максимального уровня). Более слабый сигнал становится неслышимым за 5 − 20 мс до включения сигнала маскирования и становится слышимым через 50 − 200 мс после его включения.
Наилучшим методом кодирования звука, учитывающим эффект маскирования, оказывается полосное кодирование. Сущность его заключается в следующем. Группа отсчетов входного звукового сигнала, называемая кадром, поступает на блок фильтров который разделяет сигнал на частотные поддиапазоны. На выходе каждого фильтра оказывается та часть входного сигнала, которая попадает в полосу пропускания данного фильтра. Далее, в каждой полосе с помощью психоакустической модели, анализируется спектральный состав сигнала и оценивается, какую часть сигнала следует передавать без сокращений, а какая лежит ниже порога маскирования и может быть переквантована на меньшее число бит. Для сокращения максимального динамического диапазона определяется максимальный отсчет в кадре и вычисляется масштабирующий множитель, который приводит этот отсчет к верхнему уровню квантования. Эта операция аналогична компандированию в аналоговом вещании. На этот же множитель умножаются и все остальные отсчеты. Масштабирующий множитель передается к декодеру вместе с кодированными данными для коррекции коэффициента передачи последнего. После масштабирования производится оценка порога маскирования и осуществляется перераспределение общего числа битов между всеми полосами.
Очевидно, что после устранения психоакустической избыточности звуковых сигналов их точное восстановления при декодировании оказывается уже невозможным. Методами устранения психофизической избыточности можно обеспечить сжатие цифровых аудиоданных в 10 − 12 раз без существенных потерь в качестве.
Структура кодера сжатия аудиоданных с потерями
Многие другие приёмы могут послужить способом сократить объём данных звуковой информации. Даже простое сужение полосы частот сигнала вместе с уменьшением динамического диапазона может уже называться сжатием аудиоданных. Например, в стандарте сжатия звука в сотовой связи используется и то и другое. Стремясь удалить избыточность из звука, кодек при плохом качестве сигнала становится избирателен к определённым словам, упорно проглатывая их.
Субъективная оценка качества
Для сжатых аудиоданных существует субъективная оценка качества, оцениваемая как процент людей, почувствовавших разницу с оригиналом.
| Приблизительное количество людей, услышавших разницу между оригинальной и сжатой записями, % | Битрейт сжатой записи, кбит/сек |
|---|---|
| 0…1 | 320 |
| 5…30 | 256 |
| 30…40 | 192 |
| 40…70 | 128 |
Следует учесть тот факт, что качество получившегося материала зависит от характера сжимаемых данных, от жанра, наличия фона, помех. После сжатия, например MP3, на средних битрейтах, слушатели отмечают оловянность перкуссионных. А на голосе сжатие (даже сильное) отражается мало.
Принципы обработки студийного звука и легенды динамической компрессии
Давно хотели разобраться с базовыми принципами обработки звука — всеми этими компрессорами, лимитерами, экспандингом и дисторшеном? Прозрачностью и ламповостью звука? Я попыталась разложить все по полочкам про сам звук и про то, что с ним делают студийные системы. Плюс кратко рассказать о тех легендах, которые с 1960-х годов помогали стать знаменитыми Джимми Хэндриксу, Beatles, Beyonce, Rolling Stones, и привести примеры обработанного ими звука.
В итоге получился лонгрид, но пугаться не стоит. Особо сложных понятий и деталей в тексте нет. Хотя…
Идея этого поста пришла мне в голову, когда я очередной раз перелопачивала сотни видеозаписей вебинаров, проходящих в наших Точках кипения. Кроме стильных студийных роликов попадаются сделанные камерой и микрофоном какого-нибудь старенького ноутбука. На звуковой дорожке шумы, всплески, слыша которые во мне плачет горючими слезами профессиональный звуковик…
В итоге захотелось сделать теоретический материал про сведение, запись, но начать с азов — рассказать об основных принципах и о том базовом оборудовании, которое используют или использовали музыканты и все те, для кого работа со звуком — это профессия. Благо, совсем недавно я просидела несколько ночей за сведением альбома Black Kassidy, под который пришлось выбирать один из миллиона компрессоров для наиболее выразительного вокала.
Что мы знаем о звуке
Если вы не новичок в этом деле, то можете смело промотать до середины статьи. Если же вы только начали интересоваться предметом, то настоятельно рекомендую ознакомиться со вводной частью. Она во многом определяет то, что будет ниже.
Звук — это колеблющаяся продольная волна, состоящая из уплотнений и разряжений воздуха. Основные характеристики:
Распространение звука происходит в упругих средах (воздух, вода, различные металлы) с конечной скоростью. Например, в воздухе при 20 °C она составляет 343 м/с и в целом увеличивается вместе с ростом упругости среды.
Амплитуда. От нее зависит громкость звука. При одинаковых амплитудах как более громкие мы воспринимаем частоты, которые лежат в пределах от 1000 до 5000 Гц.
Амплитуда характеризует уровень звукового давления, измеряемого в белах (Б) или децибелах (дБ), составляющих десятую часть бела.
Тихий шепот, шелест листвы — 20 дБ.
Обычная речь — 60 дБ.
Рок-концерт — 120 дБ.
При увеличении громкости на 10 дБ интенсивность звука увеличивается в 10 раз.
Частота колебаний определяет высоту воспринимаемого звука. Высота звука измеряется в герцах (Гц, Hz) или килогерцах (кГц, kHz). 1 Гц = 1(с)−1. То есть колебание в 1 Гц соответствует волне с периодом в 1 секунду.
Психоакустика. Важный момент: восприятие громкости, которую мы вроде бы так явно и объективно слышим, на самом деле зависит от частоты и уровня звукового давления. Это изменение восприятия графически представлено на кривой Флетчера — Мэнсона.
Кривая равной громкости показывает, какой уровень звукового давления нужен для того, чтоб воспринимать разные частоты с одинаковой громкостью. Чувствительность человека наибольшим образом проявляется на средних частотах, где находится диапазон человеческой речи
Эффективно воспроизводимый (рабочий) диапазон частот (Frequency response) — диапазон, в пределах которого уровень звукового давления, развиваемого акустической системой, не ниже заданной величины по отношению к уровню, усредненному в определенной полосе частот.
График такой амплитудно-частотной характеристики называется АЧХ. Любая воспроизводящая или звукоснимающая аудиосистема имеет свою уникальную АЧХ. Производители лучших мониторов для выявления мельчайших недостатков звука борются за самую ровную линию АЧХ. Это позволяет получить максимально достоверный звук, а не приятный, как может показаться неопытным слушателям.
На графике пример сравнения АЧХ на низком и среднем диапазоне колонок Yamaha NS10M и мониторов Neumann K+H 0110, который наглядно показывает, как сильно могут различаться амплитудно-частотные характеристики воспроизводящих систем. Это касается и микрофонов, и любых других звукоснимающих или проигрывающих устройств
А это график полной АЧХ на слышимом диапазоне весьма популярных Focal SM9. На нем хорошо видны провалы в области 110 Гц. Обычно в этом месте собирается басовая грязь
Тембром называют окраску звука. Дело в том, что любое звуковое колебание состоит из набора, а если еще точнее — спектра отдельных колебаний. Обычно мы делим спектр колебаний на основной тон, определяющий ноту, которую мы играем, а также обертона и дополнительные колебания. Тембр зависит от того, какие звуковые колебания воспроизводятся кроме основного тона. Именно воспроизведение дополнительных колебаний характеризует нюансы звучания голоса или инструмента.
А это тембр тромбона, записанный через классический Shure 57. Тут немалое значение также играет комната, в которой вели запись. Самые важные всплески — обертона, которые умножают основную частоту на число, кратное 2. Они задают музыкальный тон
В таблице вы можете увидеть, что каждой ноте каждой октавы соответствует определенная частота. При повышении октавы той же самой ноте будет соответствовать та же частота, умноженная на 2.
Обработка звукового сигнала
Амплитудные преобразования (динамическая обработка). Их можно выполнить двумя методами: умножая амплитуду сигнала на некоторое постоянное число, в результате чего на всей его протяженности получится одинаковое изменение интенсивности сигнала, либо изменяя амплитуду сигнала по какому-то закону, то есть умножая ее на модулирующую функцию. Последний процесс называется амплитудной модуляцией.
Частотные (спектральные) преобразования, или частотная обработка. Сигнал представляет из себя ряд Фурье, то есть состоит из простейших синусоидальных колебаний разных частот и амплитуд. Затем идет обработка его частотных составляющих (например, фильтрация) и обратная свертка. В отличие от динамической обработки, этот процесс значительно более сложный в исполнении, так как разложение звука на простейшие синусоидальные колебания — очень трудоемкая задача.
Фазовые преобразования. Являют собой постоянный сдвиг фазы сигнала либо наложение некоторой фазомодулирующей функции. Такие преобразования, например стереосигнала, позволяют реализовать эффект вращения или «объемности» звука. Любопытно, что при сведении фазовые преобразования играют весьма большую роль: если наложить пики двух одинаковых сигналов, отраженных на 180°, то сигнал полностью исчезнет. Почти то же самое произойдет, если наложить две волны с неполным смещением фазы, с одним отличием: в этом случае сигнал сохранится, но его звучание значительно оскудеет.
Временны́е преобразования (реверберация и дилэй). Их производят наложением на сигнал одной или нескольких его копий, сдвинутых во времени. Таким образом появляются эффекты эха или хора. Временные преобразования влияют на пространственные характеристики звука, именно с их помощью вы можете почувствовать себя на олимпийском стадионе, сидя в маленькой каморке.
Формантные преобразования. Выполняют над формантами — усиленными участками спектра звука. Применительно к звуку, сформированному речевым аппаратом человека, изменяя параметры формант, фактически можно изменять восприятие тембра и высоты голоса.
Динамическая обработка звука
Под динамической обработкой звука понимают как простое увеличение громкости композиции, так и сужение и расширение динамического диапазона, при котором одни звуки понижают свою громкость, а другие, наоборот, становятся более громкими.
Нормирование
Нормирование — это простое выравнивание громкости звука. Вы выделяете композицию или ее часть, а потом задаете процент нормирования. Если задать значение 100%, то самое большое значение громкости в записи будет приравнено к 100%. Чем ниже процент нормирования, тем тише будет звук при одном и том же значении уровня громкости звука в микшере или проигрывателе.
Применение. Нормирование одной партии относительно другой делают с помощью микшера и применяют не только к отдельным партиям, но и ко всей композиции. Лучше всего максимально использовать динамическое пространство и записывать звук так, чтобы он изначально занимал максимально широкий динамический диапазон. Если запись звука делали при слишком маленьком уровне звука (gain), то при последующем нормировании будет частично потеряна динамика в качественном смысле. Так, если при записи звука максимальное значение равнялось, например, 5, а второго 4, то при нормировании их значения будут равняться 100% и 80% соответственно. Если записывать звук при корректном уровне, то динамический шаг при дальнейшем нормировании будет меньше (не 5 (0, 1… 5), а 100 (0, 1, 2… 99)). Нормализация увеличивает разницу между громкими и тихими значениями и расширяет динамический диапазон, что порой хорошо влияет на качество и динамику звучания композиции в целом.
Вступление/отступление
В отличие от нормирования, при котором все значения умножаются на фиксированное число, при создании эффектов вступления (Fade in) и отступления (Fade out) значение множителя линейно изменяется. При одновременном выделении правого и левого каналов эти эффекты создают ощущение постепенного увеличения/затухания громкости звука. Тот же метод используют при создании эффекта приближения/отдаления звука из одного канала в другой.
Примечание. Этот эффект позволит сделать переходы между композициями более плавными и повысить качество восприятия всего альбома, если использовать его в начале и конце композиции. То же самое касается и отдельных партий: используйте Fade in/out в местах с низким уровнем сигнала. Такая обработка звука подходит для устранения щелчков или наводок в аудиофайлах, возникающих вследствие резкого перепада значений кривых.
Еще Fade In / Fade Out используют при склеивании разных участков партий, записанных в разные моменты на этапе звукозаписи и для исключения паразитных щелчков при воспроизведении участков композиции программой DAW.
Огибающие
Огибающие дают возможность более динамичного управления уровнем сигнала. Наглядно их можно представить в виде нелинейных функций, которые задаются оператором на пульте.
На графике применяется функция, с помощью которой происходит увеличение сигнала на диапазоне от 500 Гц до 2,7 кГц нелинейным способом
Примечание. Огибающие позволяют задать форму тембра, поэтому их используют практически во всех синтезаторах.
Компрессия
Компрессия — сужение динамического диапазона, когда уровень звука наиболее громких фрагментов понижают в соответствии с параметром ratio, а общий уровень повышают. При этом компрессор имеет следующие параметры:
Порог (threshold) — уровень, выше которого начинается компрессирование.
Атака (attack) — время до срабатывания компрессора, обычно этот параметр измеряют в миллисекундах.
Уровень компрессии (ratio) — указывает, во сколько раз компрессор уменьшит уровень звука над порогом.
Спад (release) — указывает, в течение какого промежутка времени звук перестает подавляться.
Усиление (gain) — задает усиление сигнала на выходе компрессора, делая композицию громче. Таким образом компенсируется Gain reduction (понижение уровня, сделанное компрессором).
Многие компрессоры сейчас позволяют выбирать тип компрессии: Hard knee или Soft knee.
Hard knee («жесткое колено») — это обычный тип компрессии, при котором сигнал, превышающий заданный уровень, будет уменьшаться с постоянным отношением (ratio) и только после преодоления порога.
Soft knee («мягкое колено») — в этом режиме компрессор может увеличивать или уменьшать коэффициент сжатия автоматически в зависимости от того, насколько сильно сигнал превысил пороговый уровень. Другими словами, компрессор начинает срабатывать заранее, когда сигнал еще только приближается к пороговому значению. И постепенно увеличивает коэффициент сжатия до тех пор, пока сигнал не достигнет порога — в этот момент сила компрессии будет равна полному значению (ratio).
Вот лишь некоторые из задач, с которыми вам поможет справиться компрессор:
— уплотнение сигнала;
— устранение резких пиков;
— выравнивание общей громкости и динамики;
— изменение огибающих (envelope);
— увеличение или уменьшение атаки;
— увеличение или уменьшение сустейна (продолжительности звучания ноты на максимальной громкости);
— увеличение или уменьшение релиза (продолжительности затухания нот).
Примечание. Компрессор повышает общий уровень сигнала, не допуская искажений в самых громких его частях. В это же время с помощью компрессии можно подтянуть самые тихие звуки: скрип струн, щелчок пальцев или звон пружины рабочего барабана — компрессор сделает их громче, чище и гораздо заметнее. Естественно, если на низких уровнях есть шумы, то компрессия сделает громкими и их. Именно поэтому настоятельно рекомендуется делать запись при максимальном уровне, не доходящем до треска.
Компрессию применяют для обработки как отдельных партий, так и всей композиции, часто заменяют лимитингом и максимайзингом. Сегодня компрессию используют очень активно, так как простые слушатели воспринимают более громкий звук как более качественный, хотя на самом деле динамика у него хуже. Часто компрессия необходима при обработке вокала, когда после сведения с другими партиями композиции срабатывает эффект маскировки и голос перестает быть разборчивым.
Есть и еще один неявный эффект компрессии: в зависимости от значений атаки и спада вполне возможно создать пространство в композиции даже без дилэя или ревера. Чем больше значение атаки и меньше релиз, тем ближе слушатель ощущает инструмент. И наоборот: при маленькой атаке и большом релизе инструмент уходит на задний план.
Другие примеры использования компрессии:
Хотите добавить начальный щелчок бас-бочке, чтобы она звучала выразительнее? Устанавливайте время атаки от 10 до 80 мс, а восстановления — до следующего удара бочки (рассчитывают с помощью калькулятора bpm).
Хотите, напротив, удалить начальные щелчки из сигнала (например, шум от ударов пальцев по струнам) — устанавливайте минимальное время атаки, чтобы компрессия начиналась практически сразу же после прохода сигнала через компрессор и малое время восстановления, чтобы затрагивала только тот начальный щелчок, а не полезный сигнал.
Хотите добавить сустейна нотам баса или гармонических инструментов — устанавливайте большое время восстановления, чтобы компрессия длилась на протяжении всего звучания ноты.
Чтобы довести динамику ритм-секции до максимума и намертво связать бас с бочкой, можно использовать сайдчейн.
Лимитинг
Лимитер — это компрессор с более агрессивным типом сужения динамического диапазона. Сам способ обработки звука не отличается от компрессии. У лимитера меньше значение времени атаки — он не плавно подавляет звуки, а просто срезает, и у него больше параметр увеличения громкости всех звуков. Помимо большего ratio (от 10:1), он имеет и принципиально иные динамические характеристики.
Основная задача лимитера — защита последующих узлов тракта от перегрузок. Любых, даже малейших. В самом деле, он должен очень быстро (в идеале — мгновенно!) «съесть» сигнал перегрузки и столь же быстро вернуться к исходному состоянию.
о сути, является защитой от перегрузок
Примечание. В отличие от компрессии, лимитинг используют в основном при обработке готовой композиции (после этапа сведения). Он предназначен для устранения нежелательных пиков, возникающих на этапе сведения отдельных партий.
Экспандинг
Если компрессор подавляет звук после того, как его уровень превышает определенное значение, то экспандер подавляет звук, когда его уровень становится меньше определенного значения. Во всем остальном экспандер схож с компрессором.
Примечание. Экспандер используют как один из инструментов подавления шума. В этом случае порог срабатывания должен быть установлен чуть выше шумового фона.
Дисторшн
При компрессии, а особенно при лимитинге сужается динамический диапазон, теряется динамика. Обработка обрубает верхушки синусоид, и волны принимают квадратную форму за счет искусственного ограничения уровня звука. Однако квадратная форма волны обладает наибольшим количеством гармоник (синусоидальная — наименьшим). Чем больше гармоник, тем богаче тембр и более окрашенное звучание. Дисторшн — это искусственное грубое сужение динамического диапазона с целью обогащения звука гармониками.
Устройства для динамической обработки звука
Максимайзер — нацелен на увеличение громкости с минимальным количеством искажений.
Экспандер — при всех положениях ratio следит за сигналом, то есть не имеет устойчивого состояния, его коэффициент передачи все время изменяется (больше сигнал — больше усиление, меньше сигнал — меньше усиление).
Гейт — это пороговый шумоподавитель. По принципу работы он похож на экспандер, за исключением того, что коэффициент пропускания ниже заданного порогового значения у него равен нулю. Если в «экспандере вниз» установить ratio = 1:∞, то он будет функционировать как гейт. Но не наоборот! Гейт же имеет только два устойчивых состояния: открытое и закрытое. А в моменты attack и release он просто переходит из одного состояния в другое. Гейты обычно используют для удаления шума паузы при трансляции зашумленных фонограмм. Иногда гейты используют во время концертов, чтобы убрать лишнее послезвучание у некоторых инструментов (например, у барабанов).
Легенды динамической обработки
Далее я приведу подборку всемирно известных приборов динамической обработки, которые были настолько хороши, что спустя 50–60 лет они до сих пор остаются лидерами на рынке приборов по качеству звучания, а в цифровой среде у каждого из них возникло множество двойников от ведущих производителей плагинов, таких как Waves, Slate Digital, UAD и другие. Каждый из них обладает уникальным оттенком звучания, выделяющим его из общей массы.
Teletronix LA-2A
У Джима Лоуренса, родившегося в 1942 году, была страсть — радио и радиовещание. Во время работы в KMGM в Лос-Анджелесе он придумал идею «усилителя сглаживания» для поддержания постоянного уровня сигнала в эфире. Революционный подход заключался в создании первого в мире усилителя нивелирования с использованием оптических датчиков. Лоуренс использовал свой опыт работы с военными оптическими датчиками, чтобы разработать схему, которая бы выравнивала входящий аудиосигнал. Он объединил люминесцентную панель с фоторезисторами (сопротивление которых изменяется в зависимости от интенсивности света) и запечатал их в металлическом контейнере размером с радиолампу.
В 1958 году Лоуренс основал компанию Teletronix Engineering Company в Пасадене. Первым выравнивающим усилителем был Teletronix LA-1, их было произведено всего около сотни единиц.
Следующей итерацией был LA-2, с большим измерителем уровня громкости, чем LA-1, и фотоэлементом оптического аттенюатора T4A. Одна из его основных особенностей — растянутые во времени переходные процессы.
Инженер по имени Сид Фельдман купил один из первых образцов LA-2 и порекомендовал его к покупке на очень влиятельном и популярном Шоу Эда Салливана. После этого корпорация CBS купила себе пару таких устройств, ну, а дальше пошло-поехало. И вскоре эти компрессоры стали появляться на студиях звукозаписи по всей стране.
Герой нашего рассказа — Teletronix LA-2A — лампово-транзисторный одноканальный нормирующий усилитель (leveling amplifier). Он появился в 1962 году, когда Лоуренс заменил в LA-2 серую переднюю панель и оптимизировал беспорядочное расположение внутренней проводки устройства, понизив уровень шума.
Основные характеристики Teletronix LA-2A:
Время восстановления: 0,06 с для спада на 50%, от 0,5 до 5 с для полного спада.
Амплитудно-частотная характеристика: от 30 Гц до 15 кГц.
Особенности: двухэтапный release. Время на первом этапе составляет от 40 до 80 мc, на втором — до 5 с (!), а фотоэлемент проявляет специфический эффект памяти, зависящий от длительности и интенсивности его засветки: если вы используете жесткую компрессию, когда входной сигнал длительное время превышает порог, то время отпускания LA-2A будет медленным, что позволит прибору не вносить слышимые артефакты в обрабатываемый сигнал.
Компрессор имеет регулировку частотных предыскажений: частотной характеристики, при которой уровень сигнала на одних частотах ослабляется, а на других увеличивается. Его используют для обработки вокала, рояля, баса и других струнных инструментов.
Стоимость: от 280 тысяч рублей
Teletronix LA-2A придает звуку мягкость, глубину и даже некоторую живость. Вы можете сами сделать выводы, посмотрев видео
В 1965 году Джим Лоуренс продал бренд Teletronix компании Babcock Electronics в Коста-Меса (Калифорния). В 1967 году компания Билла Патнэма, Studio Electronics, впоследствии переименованная в UREI, забрала себе вещательное подразделение Babcock, включая Teletronix. По мере развития полупроводниковой технологии UREI выпускала все больше ограничивающих усилителей с запатентованным оптическим аттенюатором T4, но без занимающей много места ламповой схемы.
По мере того как LA-3A, LA-4 и LA-5 набирали популярность, продажи LA-2A падали, а в 1969 году его сняли с производства. Спустя десять лет инженеры обратили внимание на уникальное сжатие LA-2A, из-за чего цены на подержанные устройства начали расти. Это привело к двум новым выпускам LA-2A ограниченными тиражами — в 1970-х и в 1980-х, а затем к возрождению производства в 1999 году компанией Universal Audio.
UREI LN 1176 (Universal Audio 1176)
Этот полупроводниковый транзисторный ограничивающий усилитель, включающий в себя функции компрессора и лимитера, выпустил в 1968 году Билл Патнэм-старший. LN в названии означает Low Noise.
Имея молниеносное время атаки и восстановления, UA 1176 добавляет свои оттенки звучания ко всему, что проходит через его схемы. Из-за этого его иногда используют с отключенной компрессией.
Характеристики:
Атака: 20 мкс — 800 мкс + режим «Slow» до 10 мс.
Степень сжатия: 4:1, 8:1, 12:1, 20:1.
Время восстановления: 50 мс — 1,1 с.
Коэффициент усиления: 50 дБ.
На задней панели располагается разъем RCA для подключения устройства 1176 SA, при помощи которого два лимитера UA 1176 можно объединить для обработки стереофонического сигнала.
Universal Audio 1176LN — хороший выбор для бочки, гитары и, особенно, малого барабана. Этот прибор придает кристальную чистоту вокалу и заводящее «рычание» бас-гитаре. В то время как LA-2A полирует пронзительный голос, компрессор 1176LN делает вокал мягким и бархатным, подчеркивает чистоту и артикуляцию.
Особенности:
Ультракороткое время срабатывания атаки.
Эмуляция FET Gain Reduction.
Возможность работы в режимах моно или стерео.
Возможность полной автоматизации.
Настройка режимов работы индикатора уровня.
В следующей модели UA 2-1176 также есть переключаемые режимы: Link для стерео и Dual для моно.
Стоимость: от 200 тысяч рублей
Послушайте, как смягчает резкое звучание UA 1176 на вокале и басу. Отличительная особенность, что самый быстрый релиз устанавливается положением ручки максимально вправо
Universal Audio LA-610 MkII
Это классический ламповый микрофонный предусилитель со встроенным компрессором стиля LA2A. LA-610 MkII соединяет дизайн старинного лампового микрофонного предусилителя, который можно услышать у Beach Boys, с оптокомпрессионной схемой Teletronix T4.
Ламповый микрофонный предусилитель, идентичный легендарной модульной консоли 610, которую разработал Билл Патнэм.
Подлинная схема оптокомпрессора T4 — как на Teletronix LA-2A.
Обладает такими функциями, как True compressor bypass, то есть пассивный обход компрессора, увеличенной шкалой индикатора и улучшенным выходным сигналом, а также автоматическим переключением питания.
Микрофонный предусилитель с ручками контроля gain и level, автоматический переключатель сопротивления (импеданса) и DI для непосредственной записи инструмента в линию.
Эквалайзер полочного типа с регулировкой высоких и низких частот.
Возможность отключить компрессор.
Стоимость: от 100 тысяч рублей
UA LA-610 MKII лучше всего подходит для базовой обработки вокала, баса или гитарного DI. Можно также использовать для записи со стереопары, если вы пишете барабаны
Empirical Labs Distressor EL8-X
Прибор динамической обработки звука, объединяющий в себе функции компрессоров LN 1176, LA-2A, Gain Brain и дисторшн.
Имеет набор из восьми режимов компрессии: от режима работы компрессора 1:1, который просто несколько обогащает сигнал гармониками нижнего порядка без компрессии, до режима Nuke, который, по сути, является лимитером. Самый уникальный режим — это 10:1 Opto, он позволяет достичь звучания винтажных устройств, таких как LA-2A.
Другой важный элемент Distressor — три режима для окрашивания звукового сигнала без компрессии. Можно выбрать подходящую сатурацию / уровень гармонических искажений сигнала, сделав звучание более теплым. В дополнение к обычному режиму сатурации режим Distort 2 выделяет гармоники 2-го порядка, что свойственно ламповым приборам, а режим Distort 3 — гармоники 3-го порядка, что напоминает сатурацию сигнала при работе с записью на магнитную ленту.
Более того, устройство имеет два фильтра пропуска высоких частот — один в звуковом тракте и один в схеме детектора, что позволяет легко справиться с чрезмерным влиянием низких частот. Distressor выпускают в двух модификациях: оригинальный дизайн — EL8, а также EL8-X, которая имеет две дополнительные функции — British Mode и Image Link.
Режим British Mode
British Mode появился из-за необычной настройки классического лимитера UREI LN1176. Данный лимитер имел всего четыре значения степени сжатия, которые выбирались нажатием одной из кнопок. В какой-то момент звукоинженеры заметили, что если нажать все четыре кнопки, то можно получить уникальную характеристику работы компрессора и в результате — необычный характер звучания. Результатом был весьма агрессивный звук компрессора, который имел некоторые характеристики, свойственные степени сжатия 20:1, но с необычной формой колена и новой формой огибающей сигнала. Кто-то однажды назвал такой режим British Mode, и название прижилось.
Distressor EL8-X имеет возможность применять данную агрессивную характеристику окраса звучания к любой из степеней сжатия по нажатию специального выключателя British Mode.
Функция линкования Distressor Stereo Link в EL8-X
В оригинальном Distressor функцию Stereo Link реализовали по способу суммирования и детектирования фазы, что могло выразиться в небольшом сдвиге стереобазы. Но в отличие от своего предшественника ELX-8 имеет опцию Stereo Image Link с тремя настройками: оригинальное линкование по фазе phase-link, новый режим Image Link комбинация из двух режимов — фазовое линкование, и линкование по стереобазе — уникальная настройка, которой нет ни в одном другом компрессоре или лимитере.
Основные характеристики:
Атака — от 50 мкс до 50 мс.
Время восстановления: от 50 мс до 3,5 с в обычных режимах работы и до 20 с в режиме 10:1 opto. Временные значения зависят от степени сжатия.
Степень сжатия: 1–5:1, 10:1, 20:1.
Стоимость: от 195 тысяч рублей
Distressor является универсальным компрессором, который придает звуку плотности, увеличивает пространство и добавляет сухого винтажного звучания. Результат его работы можно оценить в обзоре
Avalon VT 737
Одноканальный динамический процессор, состоящий из лампового предусилителя, лампового оптического компрессора, транзисторного полупараметрического эквалайзера, лампового выходного усилителя с регулятором уровня и стрелочного индикатора.
Его создал Винтон Морро в одноименной компании Avalon. Замысел был в том, чтобы приблизить запись к оригиналу выступления. Avalon VT 737 быстро стал популярным в коллективах исполнителей поп-музыки, хип-хопа и R&B — от Jay-Z, Dr. Dre и Wiz Khalifa до Babyface, Beyonce, Эрика Клэптона, Rolling Stones и других.
Характеристики компрессора:
Порог: от −30 до +20 дБ.
Степень сжатия: от 1:1 до 20:1.
Атака: от 2 до 200 мс.
Время восстановления: от 100 мс до 5 с.
Характеристики эквалайзера:
Фильтры высоких частот 10, 15, 20 и 32 кГц.
Фильтры низких частот 15, 30, 60 и 150 Гц.
Активные эквалайзеры средних частот с регуляторами частоты от 200 до 2800 Гц для высокой середины, от 30 до 450 Гц для низкой, переключателями частотного диапазона от 2 до 28 кГц для высокой середины, от 300 до 450 Гц для низкой и переключателями добротности.
Возможно включение двух средних полос эквалайзера в цепь управления компрессора.
Стоимость: от 375 тысяч рублей.
При компрессии вокала через Avalon VT 737 нужно следить, чтобы стрелки индикатора не прилипали к области с +3 дБ. При меньшем уровне компрессор придает звуку резкость и четкость, влияя на верхнюю середину спектра
Avalon VT 747
Этот двухканальный динамический процессор содержит оптический компрессор, транзисторный шестиполосный эквалайзер и выходной усилитель с регулятором уровня. Есть возможность переключаться одной кнопкой между ламповым и транзисторным трактами компрессора и выходного усилителя.
Компрессор
В цепи управления компрессора возможно включение двухполосного эквалайзера с отдельными регуляторами порогового уровня и частоты для каждой полосы. Также возможно прослушивание цепи управления и включение компрессора после эквалайзера.
Компрессор звучит гладко и прозрачно, а ламповая схема добавляет очень приятный блеск высоким и средним частотам, который может казаться прохладным. Avalon VT 747 помогает раскрасить микс, если он кажется немного стерильным. Для работы с более проблемными треками в оптокомпрессор включен эквалайзер боковой цепи.
Порог: от −30 до +20 дБ.
Атака: от 2 до 200 мс.
Степень сжатия: от 1:1 до 20:1.
Время восстановления: от 100 мс до 5 с.
Эквалайзер:
Регулируемая амплитуда НЧ +/-24 дБ 15 Гц отклик полки.
Регулируемая амплитуда СЧ1 +/-8 дБ 125 Гц отклик выбранного Q (ширины полосы).
Регулируемая амплитуда СЧ2 +/-4 дБ 500 Гц отклик выбранного Q.
Регулируемая амплитуда СЧ3 +/-4 дБ 2 кГц отклик выбранного Q.
Регулируемая амплитуда СЧ4 +/-10д Б 5 кГц отклик полки.
Регулируемая амплитуда ВЧ +/-20 дБ 32 кГц отклик полки.
Стоимость: от 270 тысяч рублей
Avalon VT 747 мягко подчеркивает басы и верхнюю середину микса благодаря своему шестиполосному эквалайзеру. Обратите внимание на интересную особенность — в нем есть режим работы эквалайзера через боковую цепь sidechain
Fairchild 670
Ламповый стереолимитер, работает как в стерео-, так и в монорежиме.
Оригинальный Fairchild разработал в начале 50-х годов американский инженер с эстонскими корнями Рейн Нарма. Создатель хотел достичь максимального контроля уровня и минимизировать артефакты. В то время почти все инженеры изо всех сил старались записывать источники с максимально естественным и безупречным звучанием, а не как «цветные» процессоры или «грув-инструменты».
Первое устройство купил житель Нью-Джерси Руди Ван Гелдерт — он использовал компрессор для джазовых пластинок Blue Note и классических пластинок Vox. Вторая партия отправилась в Olmsted Sound Studios в Нью-Йорке, где спустя десять лет записывался Джимми Хендрикс. Следующим покупателем стал легендарный гитарист Лес Пол.
Отличительной чертой Fairchild является то, что регуляторы времени атаки/восстановления были заменены на шесть фиксированных режимов работы. Также пользователю доступно пять режимов контроля за компрессией сигнала. Это делает работу компрессора похожей на хирургический скальпель — работая с целым миксом и подмечая вялость в определенном секторе трека, можно поджать сигнал именно там, где нужно, беря за основу более сильный пример из другого канала.
Характеристики:
Порог — от 0 до 10.
Режимы атаки/восстановления: