Digitale Audiokomprimierung


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Digitale Audiokomprimierung

Digital Audio Compression

Das Konzept der Lautstärke ist nicht nur für einen Musiker nah und verständlich, sondern auch für Menschen, die nicht mit Musik verbunden sind. Die Beziehung zwischen der Lautstärke der Teile eines Stücks und der Lautstärke der Instrumente, die gleichzeitig spielen, wird als Dynamikbereich bezeichnet. Eines der wichtigsten Werkzeuge, mit denen Produzenten und Musiker den Dynamikbereich beeinflussen, ist der Kompressor.

Digital Audio Compression

Obwohl der Kompressor mit einem bekannten Phänomen, der Lautstärke, arbeitet, erfolgt seine Verwendung in den meisten Fällen spontan und zufällig, ohne die Essenz des Geschehens zu verstehen. Sie können das allgemeine Prinzip des Kompressors und den Zweck jedes Griffs kennen, aber dies beseitigt nicht die Betäubung auf den ersten Blick.

Warum brauchst du einen Kompressor?

Der Hauptzweck des Kompressors besteht darin, den Signalpegel automatisch zu ändern. Es funktioniert ungefähr so, als ob Sie Ihre Hand ständig auf dem Lautstärkeregler halten und ihn auf und ab drehen würden. Der Unterschied besteht darin, dass ein Kompressor sehr schnell auf Änderungen reagieren kann, viel schneller und genauer als ein Mensch.

Bis zu diesem Zeitpunkt bedeutete das Wort Kompressor eine ganze Klasse dynamischer Geräte. Nach den gleichen Grundprinzipien wie bei einem herkömmlichen Kompressor arbeiten verschiedene Instrumente für unterschiedliche Zwecke: Begrenzer, Expander, Tore usw. Sie werden durch die Arbeit mit der Lautstärke einzelner Sounds oder der Mischung als Ganzes vereint.

Der klassische Kompressor ist schon mit seinem Namen umstritten. Jeder weiß, dass er den lautesten Ton macht. Der Name stammt jedoch von compress, was “Komprimierung” bedeutet. Wenn Sie einen Tontechniker fragen, was ein Kompressor tut, hören Sie die Antwort: “Squash the Signal”. Der Kompressor reduziert die Amplitude der dynamischen Bursts und macht sie leiser. Was ist der Hauptzweck des Kompressors: ihn leiser oder lauter zu machen? Die Antwort ist beides gleichzeitig.

Nehmen wir ein Beispiel für die Sprachaufzeichnung. Sehr oft werden beim Singen Silben oder Geräusche unterschiedlicher Lautstärke gehört. Wenn der Sänger die Dynamik seiner Aufführung nicht sehr gut kontrolliert, verursachen solche Unterschiede Probleme für den Toningenieur und wirken sich negativ auf das Endergebnis der Arbeit aus. Stille Silben verschwinden in der Mischung, Text wird schwer zu unterscheiden, und wenn Sie die Lautstärke für einen ruhigen Bereich einstellen, beginnt die Stimme an anderen Stellen “hervorzuheben”.

Hier kommt der Kompressor ins Spiel. Es ermöglicht Ihnen, starke Bursts zu unterdrücken und sie mit stillen Fragmenten auszugleichen. Jetzt können Sie die Lautstärke des Tracks erhöhen, ohne befürchten zu müssen, dass Silben herausragen. Der Kompressor macht den Klang gleichzeitig niedriger und höher. Drei Bilder zeigen die Phasen der Arbeit mit Ton: eine Quelle mit großen Spitzen (a), ein komprimiertes Signal (b) und eine Erhöhung des Lautstärkepegels der gesamten Datei (c).

Es ist besonders wichtig, die Komprimierung anzuwenden, wenn Sie in einer digitalen Umgebung aufnehmen, wenn wir gezwungen sind, einen Maximalpegel von 0 dB einzuhalten, da das Überschreiten dieses Schwellenwerts zu Clips und Verzerrungen führt. Wenn Clips angezeigt werden, verringern wir den Vorverstärkerpegel, was bedeutet, dass wir nicht nur die Lautstärke von Bursts, sondern auch von ruhigen Bereichen verringern, was zu einer Signalverschlechterung aufgrund von Quantisierung und Aliasing-Rauschen führt.

Der Kompressor, der zwischen dem Vorverstärker und dem digitalen Aufnahmesystem positioniert ist, arbeitet nur mit den lautesten Bursts, reduziert deren Lautstärke und sorgt für einen gleichmäßigen Soundtrack. Dank dessen haben wir die Möglichkeit, die Gesamtlautstärke des aufgenommenen Signals nicht zu reduzieren und die Klangqualität beizubehalten.

Leider verwenden viele moderne Musiker den Kompressor überall, ohne auf die technischen Eigenschaften des Kompressors einzugehen, und glauben, dass Sie mit seiner Hilfe jeden Klang in der Mischung “dehnen” können. Unter extremen Bedingungen sind Kompressoren häufig auf der Straße enthalten. Sie werden nur von erfahrenen Toningenieuren eingesetzt, wenn ein wirklicher Bedarf besteht.

Der Kompressor hilft, Aufnahmeprobleme zu vermeiden. Die häufigsten Ursachen für Probleme können folgende sein:

Nichtprofessionalität des Dolmetschers (dynamische Ungleichmäßigkeit).
Nicht übereinstimmender Pfad (schlechte, nicht übereinstimmende oder unzureichende Mikrofone, Vorverstärker).
Nachteile der digitalen Umgebung (begrenzt auf 0 dB).
Unbequeme Bedingungen für den Sänger (kleiner und stickiger Raum, schlechte Überwachung).
Geringe Qualifikation eines Toningenieurs.
Wenn ein Darsteller eine Stimme hat und in ein Mikrofon singen kann und ein Toningenieur seine Arbeit gut kennt und weiß, wie man Mikrofone richtig positioniert und Geräte aufstellt, ist möglicherweise überhaupt kein Kompressor erforderlich. Dies ist jedoch die ideale Situation.


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Der Kinokomprimierungsalgorithmus wurde im realen Leben implementiert.

Der Kinokomprimierungsalgorithmus wurde im realen Leben implementiert.

Pied Piper compression tool

Während eines intensiven Arbeitstages haben Dropbox-Entwickler den fiktiven Pied Piper-Algorithmus aus der Silicon Valley-Fernsehserie zum Leben erweckt.

Dropbox Engineers Recreate the Pied Piper Algorithm

Innerhalb weniger Tage nach der Codierung ist es uns gelungen, eine funktionierende Lösung auf Basis von OpenH264 zu erhalten, die eine Komprimierung von bis zu 13% für H.264-Videos und 22% für beliebige JPEG-Dateien aufweist. In diesem Fall handelt es sich um eine ehrliche verlustfreie Komprimierung, bei der die komprimierte Datei mit Bitgenauigkeit in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden kann.

Der Quellcode für Pied Piper (losslessh264) wird unter der kostenlosen BSD-Lizenz veröffentlicht.

Die Entwickler des Pied Piper-Codecs haben alles aus dem Film kopiert: seine Funktionalität (Komprimierung und Dekomprimierung von Dateien ohne Qualitätsverlust) und sogar den Namen.

Eine “Streich” -Entwicklung kann Dropbox viel Geld sparen, da das Unternehmen Exabyte an Dateien auf seinen Servern speichert. Selbst eine Ersparnis von 1% ermöglicht es Ihnen, mindestens 50 Server-Racks loszuwerden. Was können wir über die Komprimierung um 13-22% sagen, so die Journalisten.

Dropbox hat zehn Programmierer gleichzeitig in dieses Projekt eingebunden. Sie optimieren die Version des Codecs, der ursprünglich während des Hackathons erstellt wurde.

Der Hauptentwickler Daniel Reiter Horn sagt, dass der Algorithmus einige ältere und ineffektive Codierungsmethoden behebt, die zum Komprimieren von H.264- und JPEG-Dateien verwendet werden.

Kompressoren und Kompression

Kompressoren und Kompression

Dynamic Audio Compression

Von allen in der modernen Musikproduktion verwendeten Prozessen ist die Signalkomprimierung möglicherweise am schwierigsten zu erkennen. Dies liegt vor allem daran, dass das Ergebnis der Klangverarbeitung durch den Kompressor insbesondere für Anfänger häufig kaum hörbar ist.

dynamic range of an audio compression
Eine weitere Schwierigkeit liegt in der Anzahl der variablen Kompressorparameter: Sie sind nicht so gering, wie es scheint, und darüber hinaus führt eine Änderung der einzelnen Parameter nicht immer zu offensichtlichen Ergebnissen. Die Tatsache, dass diese Parameter miteinander zusammenhängen, erschwert die Situation nur erheblich. Und schließlich kann ein gewöhnlicher Tontechniker einfach durch die erstaunliche Vielfalt an Kompressortypen und -modellen verwirrt werden – er muss sich Gedanken über die Auswahl eines geeigneten Geräts machen, bevor er seine direkten Aufgaben wahrnimmt. Hier ist das für Sie, was ein triviales Beispiel ist: Nehmen wir an, Sie möchten einen Datensatz wirklich komprimieren. Welches ist die beste Option? Kompressor basierend auf VCA (Spannungsregelverstärker) oder basierend auf einem optoelektrischen Element? Transistor oder Röhre (oder vielleicht ein Hybrid aus beiden)? Analog oder digital? Hardware-Kompressor oder ist er auf das Programm beschränkt, das seine Funktionen ausführt? Und so weiter und so fort. Welches ist die beste Option? Kompressor basierend auf VCA (Spannungsregelverstärker) oder basierend auf einem optoelektrischen Element? Transistor oder Röhre (oder vielleicht ein Hybrid aus beiden)? Analog oder digital? Hardware-Kompressor oder ist er auf das Programm beschränkt, das seine Funktionen ausführt? Und so weiter und so fort. Welches ist die beste Option? Kompressor basierend auf VCA (Voltage Control Amplifier – Voltage Controlled Amplifier) ​​oder basierend auf einem optoelektrischen Element? Transistor oder Röhre (oder vielleicht ein Hybrid aus beiden)? Analog oder digital? Hardware-Kompressor oder ist er auf das Programm beschränkt, das seine Funktionen ausführt? Und so weiter und so fort. Oder auf Basis eines optisch-elektrischen Elements? Transistor oder Röhre (oder vielleicht ein Hybrid aus beiden)? Analog oder digital? Hardware-Kompressor oder ist er auf das Programm beschränkt, das seine Funktionen ausführt? Und so weiter und so fort. Oder auf Basis eines optisch-elektrischen Elements? Transistor oder Röhre (oder vielleicht ein Hybrid aus beiden)? Analog oder digital? Hardware-Kompressor oder ist er auf das Programm beschränkt, das seine Funktionen ausführt? Und so weiter und so fort.
Bei so vielen verfügbaren Optionen ist es keine Überraschung, dass Kompressoren und Komprimierung für viele Benutzer ein Rätsel bleiben. Wenn Sie sich jedoch für einen gewissen Erfolg beim Aufnehmen und Mischen entscheiden, müssen Sie lediglich die Fähigkeiten der Arbeit mit der Signalkomprimierung beherrschen. Darüber hinaus stehen alle Hauptrichtungen der modernen Popmusik mit Ausnahme von Klassikern und einigen Jazz-Trends in direktem Zusammenhang mit der Komprimierung. Es gibt eine einfache Regel: Wenn Sie nicht wissen, wie Sie den Kompressor richtig verwenden sollen,
Dieser Artikel führt Sie durch das Labyrinth aller Arten von Nuancen, die bei der Arbeit mit einem Kompressor auftreten, und beleuchtet die Eigenschaften seiner praktischen Anwendung. Wir beginnen mit den Grundlagen der Signalkomprimierung und geben dann einige Beispiele für die Verwendung von Kompressoren. Außerdem werden wir über die Kompressorfunktionen sprechen, auf die Sie achten müssen, und warum dies wichtig ist. Abschließend werde ich Ihnen die verschiedenen Typen und Designs von Kompressoren vorstellen, Ihnen einige der Modelle vorstellen und Ihnen unterschiedliche Meinungen dazu geben, wie

Weil es notwendig ist?

Die Komprimierung gehört zur Kategorie der dynamischen Prozesse. Der Begriff Dynamik in einer musikalischen Umgebung (und nicht nur) bedeutet eine Änderung des Lautstärkepegels. Daher ist der Dynamikbereich eines Signals die Differenz zwischen seinem niedrigsten und höchsten Pegel. Das Ziel eines Dynamikprozessors besteht einfach ausgedrückt darin, den Dynamikbereich eines Signals zu verringern oder zu erhöhen, was tatsächlich zu einer Begrenzung des Lautstärkepegels innerhalb dieses Bereichs führt. Die Arten von Dynamikprozessoren umfassen Geräte wie Expander, Limiter, Gate, Well,
Ein Kompressor ist eine Art Dynamikprozessor, der den Dynamikbereich eines Signals “verringert” und aufgrund dessen den Unterschied im Lautstärkepegel zwischen dem subtilen und dem “Peak” -Teil verringert. Der Prozess der Volumenreduzierung wird als Verstärkungsreduzierung bezeichnet. Mit genügend Erfahrung kann dieser Prozess einen um eine Größenordnung dichteren Klang erzielen. Aus diesem Grund ist die Komprimierung das beste Werkzeug für Funktionen, deren Stufe stark variiert.

Durch die Verengung des Dynamikbereichs erhöht der Kompressor den Gesamtpegel des Signals und verhindert so Verzerrungen in den lautesten Teilen des Signals. Gleichzeitig können Sie mithilfe der Komprimierung die leisesten, fast unhörbaren Geräusche einstellen, z. B. das Quietschen der Saiten und das Klingeln einer Trommelfeder. Der Kompressor macht sie stärker und sauberer.

Dynamische Komprimierung

Dynamische Komprimierung

dynamic compression

Dynamische Komprimierung (DRC): Verengung (oder Erweiterung im Fall eines Expanders) des Dynamikbereichs eines Soundtracks. Der Dynamikbereich ist der Unterschied zwischen dem leisesten und dem lautesten Klang. Manchmal ist der niedrigste Ton im Soundtrack etwas lauter als der Geräuschpegel und manchmal etwas leiser als der lauteste. Die Hardwaregeräte und -programme, die eine dynamische Komprimierung durchführen, werden als Kompressoren bezeichnet, wobei vier Hauptgruppen unterschieden werden: die Kompressoren selbst, Begrenzer, Expander und Gates.

dynamic compression

Komprimierung nach oben und unten

Die Kriechkomprimierung verringert die Lautstärke, wenn sie einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, sodass leisere Klänge unverändert bleiben. Die Option für die extreme Kompression nach unten ist der Begrenzer. Erhöhen Sie die Komprimierung (Aufwärtskomprimierung) und erhöhen Sie umgekehrt die Lautstärke, wenn sie unter einem Schwellenwert liegt, ohne die lauteren Klänge zu beeinträchtigen. In diesem Fall verringern beide Komprimierungsarten den Dynamikbereich des Audiosignals.

Expander und Tor

Wenn der Kompressor den Dynamikbereich verringert, erhöht der Expander ihn. Wenn der Signalpegel über den Schwellenwert steigt, erhöht der Expander ihn weiter, wodurch die Differenz zwischen hohen und niedrigen Tönen erhöht wird. Diese Geräte werden häufig beim Aufnehmen von Trommeln verwendet, um die Klänge einiger Trommeln von anderen zu trennen.

Ein Expander-Typ, der nicht dazu verwendet wird, laute Geräusche zu verstärken, sondern leise Geräusche zu übertönen, die den Schwellenwert nicht überschreiten (z. B. Hintergrundgeräusche), wird als Noise Gate bezeichnet. In einem solchen Gerät stoppt der Signalfluss, sobald der Schallpegel unter den Schwellenwert fällt. Normalerweise wird die Tür verwendet, um Geräusche während der Pausen zu unterdrücken. Bei einigen Modellen können Sie sicherstellen, dass der Ton nicht abrupt stoppt, wenn der Schwellenwert erreicht ist, sondern allmählich verschwindet. In diesem Fall wird die Abklingrate mit dem Decay-Regler eingestellt.

Das Gate kann wie andere Arten von Kompressoren frequenzabhängig sein (dh bestimmte Frequenzbänder unterschiedlich handhaben) und im Seitenkettenmodus arbeiten (siehe unten).

Funktionsprinzip des Kompressors

Das in den Kompressor eintretende Signal wird in zwei Kopien aufgeteilt. Eine Kopie wird an einen Verstärker gesendet, bei dem der Verstärkungsgrad durch ein externes Signal gesteuert wird, die zweite Kopie bildet dieses Signal. Es geht in ein Gerät, das als Seitenkette bezeichnet wird, wo das Signal gemessen wird und basierend auf diesen Daten eine Hüllkurve erstellt wird, die die Änderung seines Volumens beschreibt.
So sind die meisten modernen Kompressoren organisiert, dies ist der sogenannte Feed-Forward-Typ. Bei älteren Geräten (Rückkopplungstyp) wird der Signalpegel nach dem Verstärker gemessen.

Es gibt verschiedene analoge Verstärkungstechnologien mit variabler Verstärkung, von denen jede ihre eigenen Vor- und Nachteile hat: Röhre, Optik mit Fotowiderständen und Transistor. Wenn Sie mit digitalem Sound arbeiten (in einem Soundeditor oder einer DAW), können Sie Ihre eigenen mathematischen Algorithmen verwenden oder die Arbeit analoger Technologien emulieren.

Grundparameter von Kompressoren
Grenze
Der Kompressor reduziert den Pegel des Audiosignals, wenn seine Amplitude einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. In der Regel in Dezibel angegeben bedeutet ein niedrigerer Schwellenwert (z. B. -60 dB), dass mehr Ton verarbeitet wird als ein höherer Schwellenwert (z. B. -5 dB).

Anteil
Das Ausmaß der Pegelreduzierung wird durch den Verhältnisparameter bestimmt: Das Verhältnis 4: 1 bedeutet, dass der Ausgangssignalpegel 1 dB höher als der Schwellenwert ist, wenn der Eingangspegel 4 dB höher als der Schwellenwert ist .
Zum Beispiel:
Schwellenwert = –10 dB
Eingangssignal = –6 dB (4 dB über dem Schwellenwert)
Ausgangssignal = –9 dB (1 dB über dem Schwellenwert)

Es ist wichtig zu beachten, dass die Unterdrückung des Signalpegels einige Zeit andauert, nachdem er den Schwellenwert unterschritten hat, und diese Zeit wird durch den Wert des Freigabeparameters bestimmt.

Die Komprimierung mit einem maximalen Verhältnis von ∞: 1 wird als Begrenzung bezeichnet. Dies bedeutet, dass jedes Signal über dem Schwellenwert bis auf den Schwellenwert unterdrückt wird (mit Ausnahme einer kurzen Zeitspanne nach einem plötzlichen Anstieg der Eingangslautstärke). Weitere Informationen finden Sie unten unter Limiter.

Angreifen und loslassen
Der Kompressor bietet eine gewisse Kontrolle darüber, wie schnell er auf Änderungen der Signaldynamik reagiert. Der Attack-Parameter bestimmt die Zeit, die der Kompressor benötigt, um die Verstärkung auf den durch den Ratio-Parameter festgelegten Pegel zu reduzieren.