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La compresión de rango dinámico ( DRC ) o simplemente compresión es una operación de procesamiento de señales de audio que reduce el volumen de los sonidos fuertes o amplifica los sonidos bajos, reduciendo o comprimiendo así el rango dinámico de una señal de audio . La compresión se usa comúnmente en grabación y reproducción de sonido , radiodifusión , [1] refuerzo de sonido en vivo y algunos amplificadores de instrumentos .
Una unidad de hardware electrónico dedicada o un software de audio que aplica compresión se llama compresor . En la década de 2000, los compresores estuvieron disponibles como complementos de software que se ejecutaban en el software de las estaciones de trabajo de audio digital . En música grabada y en vivo, los parámetros de compresión se pueden ajustar para cambiar la forma en que afectan los sonidos. La compresión y la limitación son idénticas en cuanto a proceso, pero diferentes en grado y efecto percibido. Un limitador es un compresor con un ratio alto y, generalmente, un tiempo de ataque corto.
Hay dos tipos de compresión: hacia abajo y hacia arriba. Ambos tipos de compresión reducen el rango dinámico de una señal de audio. [2]
La compresión descendente reduce el volumen de los sonidos fuertes por encima de un cierto umbral. Los sonidos suaves por debajo del umbral no se ven afectados. Este es el tipo de compresor más común. Se puede considerar un limitador como una forma extrema de compresión descendente, ya que comprime los sonidos por encima del umbral con especial fuerza.
La compresión ascendente aumenta el volumen de los sonidos suaves por debajo de un cierto umbral. Los sonidos más fuertes por encima del umbral no se ven afectados.
Algunos compresores también tienen la capacidad de hacer lo contrario de la compresión, es decir, la expansión . La expansión aumenta el rango dinámico de la señal de audio. [3] Al igual que la compresión, la expansión se presenta en dos tipos: hacia abajo y hacia arriba.
La expansión hacia abajo hace que los sonidos suaves por debajo del umbral sean aún más silenciosos. Se puede considerar una puerta de ruido como una forma extrema de expansión hacia abajo, ya que la puerta de ruido hace que los sonidos suaves (por ejemplo, el ruido) sean más silenciosos o incluso silenciosos, dependiendo de la configuración del piso. [2]
La expansión hacia arriba hace que los sonidos más fuertes por encima del umbral sean aún más fuertes.
La señal que ingresa a un compresor se divide; una copia se envía a un amplificador de ganancia variable y la otra a una cadena lateral donde se mide el nivel de la señal y un circuito controlado por el nivel de la señal medido aplica la ganancia requerida al amplificador. Este diseño, conocido como tipo feed-forward , se utiliza hoy en día en la mayoría de los compresores. Los diseños anteriores se basaban en un diseño de retroalimentación en el que el nivel de la señal se medía después del amplificador. [4]
Hay varias tecnologías utilizadas para la amplificación de ganancia variable, cada una con diferentes ventajas y desventajas. Los tubos de vacío se utilizan en una configuración llamada variable-mu donde el voltaje de la red al cátodo cambia para alterar la ganancia. [5] Los compresores ópticos utilizan un fotorresistor estimulado por una pequeña lámpara ( incandescente , LED o panel electroluminiscente ) [6] para crear cambios en la ganancia de la señal. Otras tecnologías utilizadas incluyen transistores de efecto de campo y un puente de diodos . [7]
Cuando se trabaja con audio digital, las técnicas de procesamiento de señales digitales (DSP) se utilizan comúnmente para implementar la compresión como complementos de audio , en consolas de mezclas y en estaciones de trabajo de audio digital . A menudo, los algoritmos se utilizan para emular las tecnologías analógicas anteriores. [ cita necesaria ]
Se utilizan una serie de parámetros y funciones de control ajustables por el usuario para ajustar los algoritmos y componentes de procesamiento de señales de compresión de rango dinámico.
Un compresor reduce el nivel de una señal de audio si su amplitud supera un determinado umbral . El umbral se establece comúnmente en decibelios ( dBFS para compresores digitales y dBu para compresores de hardware), [8] donde un umbral más bajo (por ejemplo, −60 dB) significa que se trata una porción mayor de la señal. Cuando el nivel de la señal está por debajo del umbral, no se realiza ningún procesamiento y la señal de entrada pasa, sin modificar, a la salida. Por tanto, un umbral más alto de, por ejemplo, −5 dB, da como resultado menos procesamiento, menos compresión.
El comportamiento del tiempo de umbral está sujeto a la configuración de ataque y liberación (ver más abajo). Cuando el nivel de la señal supera el umbral, el ajuste de ataque retrasa el funcionamiento del compresor . Durante un período de tiempo determinado por la liberación después de que la señal de entrada haya caído por debajo del umbral, el compresor continúa aplicando compresión de rango dinámico.
La cantidad de reducción de ganancia está determinada por la relación : una relación de 4:1 significa que si el nivel de entrada está 4 dB por encima del umbral, el nivel de la señal de salida se reduce a 1 dB por encima del umbral. La ganancia y el nivel de salida se han reducido en 3 dB. Otra forma de decir esto es que cualquier nivel de señal de entrada que supere el umbral, en este caso, se emitirá a un nivel que está sólo un 25% (es decir, 1 sobre 4) por encima del umbral como estaba su nivel de entrada.
La relación más alta de ∞:1 a menudo se conoce como limitante y efectivamente denota que cualquier señal por encima del umbral se reduce al nivel del umbral una vez que el tiempo de ataque ha expirado.
Un compresor puede proporcionar cierto grado de control sobre la rapidez con la que actúa. El ataque es el período en el que el compresor disminuye la ganancia en respuesta al aumento del nivel en la entrada para alcanzar la ganancia determinada por la relación. La liberación es el período en el que el compresor aumenta la ganancia en respuesta a la reducción del nivel en la entrada para alcanzar la ganancia de salida determinada por la relación o, a la unidad, una vez que el nivel de entrada ha caído por debajo del umbral. Debido a que el patrón de sonoridad del material fuente se modifica mediante la operación variable en el tiempo del compresor, puede cambiar el carácter de la señal de manera sutil a bastante notable dependiendo de los ajustes de ataque y liberación utilizados.
La duración de cada período está determinada por la tasa de cambio y el cambio requerido en la ganancia. Para un funcionamiento más intuitivo, los controles de ataque y liberación de un compresor están etiquetados como una unidad de tiempo (a menudo milisegundos). Esta es la cantidad de tiempo que tarda la ganancia en cambiar una cantidad determinada de dB o un porcentaje determinado hacia la ganancia objetivo. No existe ningún estándar industrial para el significado exacto de estos parámetros de tiempo. [9]
En muchos compresores, el usuario puede ajustar los tiempos de ataque y liberación. Sin embargo, algunos compresores tienen tiempos de ataque y liberación determinados por el diseño del circuito y no se pueden ajustar. A veces los tiempos de ataque y liberación son automáticos o dependen del programa , lo que significa que el comportamiento puede cambiar dependiendo de la señal de entrada.
Otro control que puede ofrecer un compresor es la selección de codo duro o codo blando. Esto controla si la curvatura en la curva de respuesta entre por debajo y por encima del umbral es abrupta (dura) o gradual (suave). Una rodilla blanda aumenta lentamente la relación de compresión a medida que aumenta el nivel y finalmente alcanza la relación de compresión establecida por el usuario. Una rodilla suave reduce la transición potencialmente audible de no comprimido a comprimido y es especialmente aplicable para configuraciones de relación más altas donde el cambio en el umbral sería más notable. [10]
Un compresor con detección de picos responde al nivel máximo de la señal de entrada. Si bien proporciona un control más estricto del nivel de pico, la detección de nivel de pico no necesariamente se relaciona con la percepción humana del volumen. Algunos compresores aplican una función de medición de potencia (comúnmente raíz cuadrática media o RMS) en la señal de entrada antes de comparar su nivel con el umbral. Esto produce una compresión más relajada que se relaciona más estrechamente con la percepción humana del volumen.
Un compresor en modo de enlace estéreo aplica la misma cantidad de reducción de ganancia a los canales izquierdo y derecho. Esto se hace para evitar el cambio de imagen que puede ocurrir si cada canal se comprime individualmente. [11]
Debido a que un compresor descendente solo reduce el nivel de la señal, generalmente se proporciona la capacidad de agregar una cantidad fija de ganancia de compensación en la salida para que se produzca un nivel de salida óptimo.
La función de anticipación está diseñada para superar el problema de verse obligado a comprometerse entre tasas de ataque lentas que producen cambios de ganancia suaves y tasas de ataque rápidas capaces de detectar transitorios. La anticipación se implementa dividiendo la señal de entrada y retrasando un lado (la señal de audio) por el tiempo de anticipación. El lado no retardado (la señal de control de ganancia) se utiliza para impulsar la compresión de la señal retardada, que luego aparece en la salida. De esta manera, se puede utilizar una velocidad de ataque más lenta y suave para detectar transitorios. El costo de esta solución es la latencia de audio agregada a través del procesador.
La compresión se aplica a menudo en sistemas de audio para restaurantes, comercios minoristas y entornos públicos similares que reproducen música de fondo a un volumen relativamente bajo y necesitan comprimirla, no sólo para mantener el volumen bastante constante, sino también para hacer que las partes silenciosas de la música sean audibles. ruido ambiental.
La compresión puede aumentar la ganancia de salida promedio de un amplificador de potencia entre un 50 y un 100% con un rango dinámico reducido. [ cita necesaria ] Para los sistemas de localización y evacuación, esto agrega claridad en circunstancias ruidosas y ahorra en la cantidad de amplificadores necesarios.
La compresión se utiliza a menudo en la producción musical para hacer que los instrumentos sean más consistentes en el rango dinámico, de modo que "se asienten" mejor en la mezcla con los otros instrumentos (ni desaparezcan durante períodos cortos de tiempo ni dominen a los otros instrumentos durante períodos cortos). [12] Las interpretaciones vocales en la música rock o pop se comprimen por la misma razón.
La compresión también se puede utilizar en sonidos de instrumentos para crear efectos que no se centran principalmente en estabilizar el volumen. Por ejemplo, los sonidos de batería y platillos tienden a decaer rápidamente, pero un compresor puede hacer que el sonido parezca tener una cola más sostenida. Los sonidos de guitarra a menudo se comprimen para producir un sonido más completo y sostenido.
La mayoría de los dispositivos capaces de comprimir la dinámica del audio también se pueden utilizar para reducir el volumen de una fuente de audio cuando otra fuente de audio alcanza un cierto nivel; esto se llama encadenamiento lateral. [13] En la música electrónica de baile , el encadenamiento lateral se utiliza a menudo en las líneas de bajo , controladas por el bombo o un disparador de percusión similar, para evitar que los dos entren en conflicto y proporcionar una dinámica rítmica y pulsante al sonido.
Se puede utilizar un compresor para reducir la sibilancia (sonidos 'ess') en las voces ( de-essing ) alimentando la cadena lateral del compresor con una versión ecualizada de la señal de entrada, de modo que las frecuencias específicas relacionadas con la sibilancia (normalmente de 4000 a 8000 hz) ) activar más el compresor. [14]
La compresión se utiliza en las comunicaciones de voz en radioaficionados que emplean modulación de banda lateral única (SSB) para hacer que la señal de una estación en particular sea más legible para una estación distante, o para hacer que la señal transmitida de una estación se destaque frente a otras. Esto es aplicable especialmente en DXing . La intensidad de una señal SSB depende del nivel de modulación . Un compresor aumenta el nivel promedio de la señal de modulación, aumentando así la intensidad de la señal transmitida. La mayoría de los transceptores SSB de radioaficionados modernos tienen compresores de voz incorporados. La compresión también se utiliza en radio móvil terrestre , especialmente en audio transmitido de walkie-talkies profesionales y consolas de despacho de control remoto . [15]
La compresión se utiliza ampliamente en la radiodifusión para aumentar el volumen percibido del sonido y al mismo tiempo reducir el rango dinámico del audio fuente. Para evitar la sobremodulación , las emisoras de la mayoría de los países tienen límites legales sobre el volumen máximo instantáneo que pueden transmitir. Normalmente, estos límites se cumplen mediante hardware de compresión insertado permanentemente en la cadena en el aire.
Las emisoras utilizan compresores para que su emisora suene más fuerte que estaciones comparables. El efecto es hacer que la estación más comprimida salte ante el oyente a un nivel de volumen determinado. [12] Esto no se limita a las diferencias entre canales; también existen entre material de programa dentro del mismo canal. Las diferencias de volumen son una fuente frecuente de quejas de la audiencia, especialmente los comerciales de televisión y las promociones que parecen demasiado ruidosas.
La Unión Europea de Radiodifusión (UER) ha estado abordando esta cuestión en el grupo EBU PLOUD, que está formado por más de 240 profesionales del audio, muchos de ellos de emisoras y fabricantes de equipos. En 2010, la UER publicó EBU R 128 que introduce una nueva forma de medir y normalizar el audio . La Recomendación utiliza la medición de sonoridad ITU-R BS.1770 . A partir de 2016 [actualizar], varias estaciones de televisión europeas han anunciado su apoyo a la nueva norma [16] [17] y más de 20 fabricantes han anunciado productos compatibles con los nuevos medidores de sonoridad en modo EBU . [18] [ verificación fallida ]
Para ayudar a los ingenieros de audio a comprender en qué rango de sonoridad consiste su material (por ejemplo, para comprobar si es posible que se necesite algo de compresión para encajarlo en el canal de una plataforma de entrega específica), la UER también introdujo el descriptor de rango de sonoridad (LRA). [19]
La mayoría de los comerciales de televisión están muy comprimidos para lograr un volumen percibido casi máximo mientras se mantienen dentro de los límites permitidos. Esto causa un problema que los espectadores de televisión suelen notar: cuando una estación cambia de un material de programa mínimamente comprimido a un comercial muy comprimido, el volumen a veces parece aumentar dramáticamente. El volumen máximo puede ser el mismo (cumpliendo la letra de la ley), pero una compresión alta hace que una mayor parte del audio del comercial se acerque al máximo permitido, lo que hace que el comercial parezca mucho más ruidoso. [20]
Las compañías discográficas, los ingenieros de mezcla y de masterización han ido aumentando gradualmente el volumen general de los álbumes comerciales. Esto se logra utilizando mayores grados de compresión y limitación durante la mezcla y masterización ; Los algoritmos de compresión se han diseñado específicamente para realizar la tarea de maximizar el nivel de audio en el flujo digital. Puede resultar en una fuerte limitación o recorte , afectando el tono y el timbre de la música. El esfuerzo por aumentar el volumen se ha denominado la guerra del volumen .
Los sistemas de reducción de ruido utilizan un compresor para reducir el rango dinámico de una señal para su transmisión o grabación, ampliándolo posteriormente, un proceso llamado compresión . Esto reduce los efectos de un canal o medio de grabación con rango dinámico limitado.
Los amplificadores de instrumentos suelen incluir circuitos de compresión para evitar picos repentinos de alta potencia que podrían dañar los altavoces. Los bajistas eléctricos suelen utilizar efectos de compresión, ya sea unidades de efectos disponibles en pedales, unidades de montaje en bastidor o dispositivos integrados en amplificadores de bajo, para igualar los niveles de sonido de sus líneas de bajo .
En la producción musical generalmente se evita el bombeo de ganancia , donde un pico de amplitud regular (como un bombo) hace que el resto de la mezcla cambie de volumen debido al compresor. Sin embargo, muchos músicos de dance y hip-hop utilizan este fenómeno a propósito, haciendo que la mezcla altere el volumen rítmicamente al compás del ritmo. [21]
Los audífonos utilizan un compresor para llevar el volumen del audio al rango auditivo del oyente. Para ayudar al paciente a percibir la dirección de donde proviene el sonido, algunos audífonos utilizan compresión binaural . [22]
Los compresores también se utilizan como protección auditiva en algunas orejeras y tapones para los oídos electrónicos de protección auditiva activa , para permitir que los sonidos a volúmenes normales se escuchen normalmente mientras se atenúan los sonidos más fuertes, posiblemente también amplificando los sonidos más suaves. Esto permite, por ejemplo, que los tiradores que usan protección auditiva en un campo de tiro conversen normalmente, al tiempo que se atenúan bruscamente los sonidos mucho más fuertes de los disparos, [23] y de manera similar, que los músicos escuchen música tranquila pero estén protegidos de ruidos fuertes como tambores o Choques de platillos. [ cita necesaria ]
En aplicaciones de aprendizaje automático en las que un algoritmo se entrena con muestras de audio, la compresión de rango dinámico es una forma de aumentar las muestras para un conjunto de datos más grande. [24]
La compresión y la limitación son idénticas en cuanto a proceso, pero diferentes en grado y efecto percibido. Un limitador es un compresor con una relación alta y, generalmente, un tiempo de ataque rápido. La compresión con una relación de 10:1 o más generalmente se considera limitante. [25]
La limitación de paredes de ladrillos tiene una proporción muy alta y un tiempo de ataque muy rápido. Idealmente, esto garantiza que una señal de audio nunca exceda la amplitud del umbral. Las proporciones de 20:1 hasta ∞:1 se consideran paredes de ladrillo . [25] Los resultados sonoros de la limitación más que momentánea e infrecuente de una pared de ladrillos son duros y desagradables, por lo que es más común como dispositivo de seguridad en aplicaciones de transmisión y sonido en vivo.
Algunos amplificadores de bajo y amplificadores de sistemas de megafonía incluyen limitadores para evitar que los picos repentinos de volumen causen distorsión o dañen los altavoces.
Un compresor con entrada de cadena lateral controla la ganancia desde la entrada principal a la salida en función del nivel de la señal en la entrada de cadena lateral. [26] Uno de los primeros innovadores de la compresión de cadena lateral en una unidad de efectos fue el Eventide Omnipressor de 1974. [27] Con el encadenamiento lateral, el compresor se comporta de la manera convencional cuando tanto las entradas principales como las de la cadena lateral reciben la misma señal. Los disc jockeys utilizan la entrada de cadena lateral para agacharse , es decir, bajar el volumen de la música automáticamente al hablar. La señal del micrófono del DJ se dirige a la entrada de cadena lateral para que cada vez que el DJ hable, el compresor reduzca el volumen de la música. Se puede utilizar una cadena lateral con controles de ecualización para reducir el volumen de señales que tienen un fuerte contenido espectral dentro de un cierto rango de frecuencia: puede actuar como un de-esser , reduciendo el nivel de sibilancia vocal en el rango de 6 a 9 kHz. [28] Otro uso de la cadena lateral en la producción musical sirve para mantener una pista de bajo fuerte sin que el bombo cause picos indebidos que resulten en la pérdida de espacio libre general . [26]
Insertar el compresor en una ruta de señal paralela se conoce como compresión paralela . Es una forma de compresión ascendente que facilita el control dinámico sin efectos secundarios audibles significativos siempre que la relación sea relativamente baja y el sonido del compresor sea relativamente neutral. Por otro lado, se puede elegir una relación de compresión alta con importantes artefactos audibles en una de las dos rutas de señal paralelas. Algunos mezcladores de conciertos e ingenieros de grabación lo utilizan como un efecto artístico llamado compresión de Nueva York o compresión Motown . Combinar una señal lineal con un compresor y luego reducir la ganancia de salida de la cadena de compresión da como resultado una mejora de los detalles de bajo nivel sin ninguna reducción de picos; El compresor aumenta significativamente la ganancia combinada sólo en niveles bajos.
Los compresores multibanda pueden actuar de manera diferente en diferentes bandas de frecuencia. La ventaja de la compresión multibanda sobre la compresión de ancho de banda completo es que los problemas relacionados con un rango de frecuencia específico se pueden solucionar sin compresión innecesaria en otras frecuencias no relacionadas. La desventaja es que la compresión de frecuencia específica es más compleja y requiere más capacidad de procesamiento que la compresión de ancho de banda completo y puede introducir problemas de fase. [29]
Los compresores multibanda funcionan dividiendo primero la señal a través de una serie de filtros de paso de banda , filtros cruzados o bancos de filtros . Luego, cada señal dividida pasa a través de su propio compresor y se puede ajustar de forma independiente en cuanto a umbral, relación, ataque y liberación. Luego, las señales se recombinan y se puede emplear un circuito limitador adicional para garantizar que las señales combinadas no creen niveles máximos no deseados.
En la producción musical, los compresores multibanda son principalmente una herramienta de masterización de audio , pero su inclusión en conjuntos de complementos de estaciones de trabajo de audio digital está aumentando su uso entre los ingenieros de mezclas. El TC Electronic Finalizer incluía un compresor de tres bandas y era una herramienta de masterización de audio popular alrededor del año 2000. [30]
Las cadenas de señales al aire de estaciones de radio suelen utilizar compresores multibanda para aumentar el volumen y evitar la sobremodulación . Tener un sonido más alto suele considerarse una ventaja en la radiodifusión comercial.
La compresión en serie es una técnica utilizada en la grabación y mezcla de sonido . La compresión en serie se logra mediante el uso de dos compresores bastante diferentes en una cadena de señal. Un compresor generalmente estabiliza el rango dinámico mientras que el otro comprime agresivamente los picos más fuertes. Este es el enrutamiento interno normal de la señal en dispositivos combinados comunes comercializados como compresores-limitadores , donde un compresor RMS (para control general de ganancia) es seguido por un limitador rápido de detección de picos (para protección contra sobrecarga). Si se hace correctamente, incluso una compresión en serie intensa puede sonar natural de una manera que no sería posible con un solo compresor. Se utiliza con mayor frecuencia para igualar voces y guitarras erráticas .
Algunos reproductores de audio de software admiten complementos que implementan compresión. Estos pueden aumentar el volumen de las pistas de audio o nivelar el volumen de música muy variable (como música clásica o una lista de reproducción que abarca varios tipos de música). Esto mejora la capacidad de escucha del audio reproducido a través de parlantes de mala calidad o cuando se reproduce en entornos ruidosos (como en un automóvil o durante una fiesta).
En un artículo publicado en enero de 2014 por el Journal of the Audio Engineering Society , Emmanuel Deruty y Damien Tardieu realizaron un estudio sistemático que describe la influencia de los compresores y los limitadores de pared en la señal de audio musical. En el experimento participaron cuatro limitadores de software: Waves L2, Sonnox Oxford Limiter, Loudmax de Thomas Mundt, Blue Cat's Protector, así como cuatro compresores de software: Waves H-Comp, Sonnox Oxford Dynamics, Sonalksis SV-3157 y URS 1970. El estudio proporciona datos objetivos sobre lo que los limitadores y compresores hacen con la señal de audio. [31]
Se consideraron cinco descriptores de señal: potencia RMS , sonoridad integrada EBU R 128 , [18] factor de cresta , R 128 LRA, [19] y densidad de muestras recortadas. La potencia RMS representa el nivel físico de la señal y la sonoridad R 128 el nivel percibido. [18] El factor de cresta, que es la diferencia entre el pico de la señal y su potencia media, [31] se considera en ocasiones como base para la medición de la microdinámica, por ejemplo en el complemento TT Dynamic Range Meter . [32] Finalmente, R 128 LRA ha sido considerado repetidamente como una medida de macrodinámica o dinámica en el sentido musical. [31] [33] [34] [35] [36]
Los limitadores probados tuvieron la siguiente influencia en la señal:
En otras palabras, los limitadores aumentan los niveles físicos y perceptivos, aumentan la densidad de las muestras recortadas, disminuyen el factor de cresta y disminuyen la macrodinámica (LRA), dado que la cantidad de limitación es sustancial.
En lo que respecta a los compresores, los autores realizaron dos sesiones de procesamiento, utilizando un ataque rápido (0,5 ms) en un caso y un ataque lento (50 ms) en el otro. La ganancia de maquillaje está desactivada, pero el archivo resultante está normalizado.
Equipados con un ataque rápido, los compresores probados tuvieron la siguiente influencia en la señal:
En otras palabras, los compresores de ataque rápido aumentan tanto los niveles físicos como los perceptivos, pero sólo ligeramente. Disminuyen la densidad de las muestras recortadas y disminuyen tanto el factor de cresta como la macrodinámica.
Con un ataque lento, los compresores probados tuvieron la siguiente influencia en la señal:
En otras palabras, los compresores de ataque lento disminuyen los niveles físicos y perceptivos, disminuyen la macrodinámica, pero no tienen influencia sobre el factor de cresta y la densidad de muestra recortada.
No existe un estándar industrial y los diferentes fabricantes definen [el tiempo de liberación] de manera diferente.
Son cómodos durante horas con sus tapas de gel, tienen controles de botones de fácil acceso, excelente corte y compresión de sonido y permiten tapones para los oídos si el NRR decente de 22 dB no es suficiente.
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