音频动态范围

一、动态范围(Dynamic range)

动态范围指信号最大与最小幅度的对数比值,有4种常见的动态范围控制工具:compressor、limiter、expander和gate,在本文我们会讨论它们的计算过程、它们对音频的影响以及适用场景。

二、Compressor(压缩器)

Compressor的作用

Compressor用于减小动态范围。
对于某些类型的音乐,譬如古典音乐,为了保证戏剧张力,保留足够的动态范围非常重要,但对于电子音乐,持续保持较大的响度更加重要。对音频用compressor压缩动态范围,就能安全地放大音频而不用担心过载,经过这种处理的音频比处理前的音频有更大的响度,如图1所示。


图1 Compressor处理前后对比

Compressor的参数

阈值(Threshold)

信号的幅度超过阈值compressor才会开始压缩信号幅度。

压缩比例(Ratio)

Compressor压缩的速度。譬如压缩比例为x:1,意味着信号每超过阈值x dB,压缩后变为超过阈值1 dB。

图2 压缩曲线,蓝线为阈值

Compressor输入音量与输出音量的关系:Output=\frac{Input-Threshold}{Ratio}+Threshold

Knee

Knee的作用是平滑compressor对阈值附近信号“压缩”与“不压缩”的过渡,如图3所示,当knee=0 dB时,信号从“不压缩”转为“压缩”有锐利的转折,有时会导致声音听起来突兀和不自然。随着knee增大,过渡变得愈加平滑。


图3 Knee的作用

攻击(attack)与释放(release)时间

信号超过阈值或低于阈值时,compressor的开启与释放需要一段时间。攻击时间指compressor从“不压缩”到“压缩”花费的时间,释放时间指compressor从“压缩”到“不压缩”花费的时间,如图4所示。


图4 攻击与释放时间

三、Limiter(限幅器)

Limiter限制了信号的最大幅度,当信号幅度达到或超过阈值时,它的幅度会被limiter压缩到阈值。如图5所示,limiter相当于压缩比例很大的compressor,一般而言,当compressor压缩比例超过12:1,就可以看作limiter。


图5 Limiter相当于压缩比例很大的Compressor

四、Expander(扩展器)

与compressor作用正好相反,expander会让音量大的信号更响,让音量小的信号更安静,从而扩大了动态范围。


图6 超过阈值的信号被增强
图7 小于阈值的信号被减弱

五、Gate(噪声门)

当信号幅度小于阈值,信号幅度会被减弱到0,只有幅度大于阈值的信号才能通过gate。Gate可以用于过滤呼吸声或噪声。

参考文章
Audio Dynamics 101: Compressors, Limiters, Expanders, and Gates
Getting Started with Compression

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