Динамическая компрессия (Dynamic range compression, DRC) - сужение (или расширение в случае экспандера) динамического диапазона фонограммы. Динамический диапазон , это разница между самым тихим и самым громким звуком. Иногда самым тихим в фонограмме будет звук чуть громче уровня шума, а иногда чуть тише самого громкого. Аппаратные устройства и программы, осуществляющие динамическую компрессию, называют компрессорами, выделяя среди них четыре основные группы: собственно компрессоры, лимитеры, экспандеры и гейты.

Ламповый аналоговый компрессор DBX 566

Понижающая и повышающая компрессия

Понижающая компрессия (Downward compression) уменьшает громкость звука, когда она начинает превышать определенное пороговое значение, оставляя более тихие звуки в неизменном виде. Экстремальным вариантом понижающей компрессии является лимитер . Повышающая компрессия (Upward compression), наоборот, увеличивает громкость звука, если она ниже порогового значения, не затрагивая более громкие звуки. При этом оба вида компрессии сужают динамический диапазон аудиосигнала.

Понижающая компрессия

Повышающая компрессия

Экспандер и Гейт

Если компрессор уменьшает динамический диапазон, экспандер его увеличивает. Когда уровень сигнала становится выше порогового уровня, экспандер увеличивает его еще больше, таким образом увеличивая разницу между громкими и тихими звуками. Подобные устройства часто используются при записи барабанной установки, чтобы отделить звуки одних барабанов от других.

Тип экспандера, который используется не для усиления громких, а для заглушения тихих звуков, не превышающих уровня порогового значения (например, фоновых шумов) называется Noise gate . В таком устройстве, как только уровень звука становится меньше порогового, прохождение сигнала прекращается. Обычно гейт используется для подавления шума в паузах. На некоторых моделях можно сделать так, чтобы звук при достижении порогового уровня не прекращался резко, а постепенно затухал. В этом случае скорость затухания устанавливается регулятором Decay (спад) .

Гейт, как и другие типы компрессоров, может быть частотно-зависимым (т.е. по-разному обрабатывать определенные частотные полосы) и может работать в режиме side-chain (см. ниже).

Принцип работы компрессора

Сигнал, попадающий в компрессор, разделяется на две копии. Одна копия направляется на усилитель, в котором степень усиления управляется внешним сигналом, вторая копия - формирует этот сигнал. Она попадает в устройство, называемое side-chain, где сигнал измеряется, и на основе этих данных создается огибающая, описывающая изменение его громкости.
Так устроено большинство современных компрессоров, это так называемый тип feed-forward. В более старых устройствах (тип feedback) уровень сигнала измеряется после усилителя.

Существуют различные аналоговые технологии управляемого усиления (variable-gain amplification), каждая со своими достоинствами и недостатками: ламповые, оптические с использованием фоторезистров и транзистрные. При работе с цифровым звуком (в звуковом редакторе или DAW) могут использоваться собственные математические алгоритмы или эмулироваться работа аналоговых технологий.

Основные параметры компрессоров

Threshold

Компрессор уменьшает уровень аудиосигнала, если его амплитуда первышает определенное пороговое значение (threshold). Оно обычно указывается в децибелах, при этом более низкий threshold (например, -60 dB) означает, что будет обработано больше звука, чем при более высоком пороге (например, −5 dB).

Ratio

Степень уменьшения уровня определяется параметром ratio (отношение): ratio 4:1 означает, что если входной уровень на 4 дБ превышает порог, уровень выходного сигнала будет выше порога на 1 дБ.
Например:
Threshold = −10 dB
Входной сигнал = −6 dB (на 4 dB выше порогового уровня)
Выходной сигнал = −9 dB (на 1 dB выше порогового уровня)

Важно иметь в виду, что подавление уровня сигнала продолжается и некоторое время после того, как он упадет ниже порогового уровня, и это время определяется значением параметра release .

Компрессия с максимальным значением ratio ∞:1 называется лимитированием (limiting). Это означает, что любой сигнал выше порогового уровня подавляется до порогового уровня (за исключением короткого периода после резкого увеличения входной громкости). Подробнее см. ниже «Лимитер».

Примеры различных значений Ratio

Attack и Release

Компрессор предоставляет определенный контроль над тем, как быстро он реагирует на изменение динамики сигнала. Параметр Attack определяет время, за которое компрессор уменьшает коэффициент усиления до уровня, который определяется параметром Ratio. Release определяет время, за которое компрессор, наоборот, увеличивает коэффициент усиления, или возвращает к нормальному, если уровень входного сигнала падает ниже порогового значения.

Фазы Attack и Release

Эти параметры указывают время (обычно в миллисекундах), которое потребуется для изменения усиления на определенное количество децибел, обычно это 10 дБ. Например, в этом случае, если Attack установлено на 1 мс, для уменьшения усиления на 10 дБ потребуется 1 мс, а на 20 дБ - 2 мс.

Во многих компрессорах параметры Attack и Release могут настраиваться, но в некоторых они заданы изначально и не регулируются. Иногда они обозначаются как «automatic» или «program dependent», т.е. изменяются в зависимости от входного сигнала.

Knee

Еще один параметр компресоора: hard/soft Knee . Он определяет, будет ли начало применения компрессии резким (hard) или постепенным (soft). Soft knee уменьшает заметность перехода от необработанного сигнала к сигналу, подвергнутому компрессии, особенно при высоких значениях Ratio и резких увеличениях громкости.

Hard Knee и Soft Knee компрессия

Peak и RMS

Компрессор может реагировать на пиковые (кратковременные максимальные) значения или на усредненный уровень входного сигнала. Использование пиковых значений может приводить к резким колебаниям степени компрессии, и даже к искажениям. Поэтому компрессоры применяют функцию усреднения (обычно это RMS) входного сигнала при сравнении его с пороговым значением. Это дает более комфортное сжатие, приближенное к человеческому восприятию громкости.

RMS – параметр, отражающий среднюю громкость фонограммы. С математической точки зрения RMS (Root Mean Square) – это среднеквадратическое значение амплитуды определенного количества семплов:

Stereo linking

Компрессор в режиме stereo linking применяет одинаковое усиление к обоим стереоканалам. Это позволяет избежать смещения стереопанорамы, которое может стать результатом индивидуальной обработки левого и правого каналов. Такое смещение происходит, если, например, какой-либо громкий элемент панорамирован не по центру.

Makeup gain

Поскольку компрессор уменьшает общий уровень сигнала, обычно добавляется возможность фиксированного усиления на выходе, что позволяет получить оптимальный уровень.

Look-ahead

Функция look-ahead предназначена для решения проблем, свойственных как слишком большим, так и слишком маленьким значениям Attack и Release. Слишком большое время атаки не позволяем эффективно перехватывать транзиенты, а слишком маленькое может быть не комфортным для слушателя. При использовании функции look-ahead основной сигнал задерживается относительно управляющего, это позволяет начинать компрессию заранее, еще до того, как сигнал достигнет порогового значения.
Единственным недостатком этого метода является временная задержка сигнала, что в некоторых случаях нежелательно.

Использование динамической компрессии

Компрессия используется повсеместно, не только в музыкальных фонограммах, но и везде, где нужно увеличить общую громкость, не увеличивая при этом пиковые уровни, где используется недорогая звуковоспроизводящая аппаратура или ограниченный канал передачи (системы оповещения и связи, любительское радио и т.п.).

Компрессия применяется при воспроизведении фоновой музыки (в магазинах, ресторанах и т.п.), где нежелательны какие-либо заметные изменения громкости.

Но важнейшая сфера применения динамической компрессии - музыкальное производство и вещание. Компрессия используется для придания звуку "плотности" и "драйва", для лучшего сочетания инструментов друг с другом, и особенно, при обработке вокала.

Вокальные партии в рок- и поп-музыке обычно подвергаются компрессии, чтобы выделить их на фоне аккомпанемента и добавить ясности. Специальный вид компрессора, настроенный только на определенные частоты - деэссер, используется для подавления шипящих фонем.

В инструментальных партиях компрессия также используется для эффектов, не связанных непосредственно с громкостью, например, быстро затухающие звуки ударных могут стать более продолжительными.

В электронной танцевальной музыке (EDM) часто используется side-chaining (см. ниже) - например, басовая линия может управляться бочкой или чем-то подобным, чтобы предотвратить конфликт баса и ударных и создать динамическую пульсацию.

Сжатие широко используется в широковещательной передаче (радио-, теле-, интернет-вещание) для повышения воспринимаемой громкости при одновременном уменьшении динамического диапазона исходного аудио (обычно это CD). В большинстве стран имеются правовые ограничения на мгновенный максимальный объем, который может транслироваться. Обычно эти ограничения реализуются постоянными аппаратными компрессорами в эфирной цепи. Кроме того, увеличение воспринимаемой громкости улучшает "качество" звука с точки зрения большинства слушателей.

См. также Loudness war.

Последовательное увеличение громкости одной и той же песни, ремастированной для CD с 1983 по 2000 гг.

Side-chaining

Еще один часто встречающийся переключатель компрессора – «side chain». В этом режиме компрессирование звука происходит не в зависимости от его собственного уровня, а в зависимости от уровня сигнала, поступающего на разъем, который так обычно и называется - side chain.

Этому можно найти несколько применений. Например, вокалист шепелявит и все буквы «с» выделяются из общей картины. Вы пропускаете его голос через компрессор, а в разъем side chain подаете этот же звук, но пропущенный через эквалайзер. На эквалайзере вы убираете все частоты, кроме тех, что используются вокалистом при произнесении буквы «с». Обычно около 5 кГц, но может быть от 3 кГц до 8 кГц. Если затем поставить компрессор в режим side chain, то компрессирование голоса будет происходить в те моменты, когда произносится буква «с». Таким образом получился прибор, известный как «деэссер» (de-esser). Такой способ работы называется «частотно-зависимым» (frequency dependent).

Еще одно применение этой функции носит название «ducker». Например, на радиостанции музыка идет через компрессор, а слова диджея - через побочную цепь. Когда диджей начинает болтать, громкость музыки автоматически уменьшается. Этот эффект можно с успехом применять и в записи, например, уменьшать громкость клавишных партий во время пения.

Brick wall limiting

Компрессор и лимитер работаеют примерно одинаково, можно сказать, что лимитер, это компрессор с высоким Ratio (от 10:1) и, обычно, низким Attack time.

Существует понятие Brick wall limiting - лимитинг с очень высоким Ratio (от 20:1 и выше) и очень быстрой атакой. В идеале, он вообще не позволяет сигналу превысить пороговый уровень. Результат будет неприятным на слух, но зато это предотвратит повреждение звуковоспроизводящей техники или превышение пропускной способности канала. Многие производители интегрируют в свои устройства лимитеры именно с этой целью.

Clipper vs. Limiter, soft and hard clipping

, Медиаплееры

Пластинки, особенно старые, которые были записаны и изготовлены до 1982 года, с гораздо меньшей вероятностью подвергались микшированию, во время которого запись бы сделали громче. Они воспроизводят естественную музыку с естественным динамическим диапазоном, который сохраняется на пластинке и теряется у большинства стандартных цифровых форматов или форматов высокого разрешения.

Разумеется, здесь есть исключения – послушайте не так давно вышедший альбом Стивена Уилсона от MA Recordings или Reference Recordings , и вы услышите, насколько хорошим может быть цифровой звук. Но это редкость, большинство современных звукозаписей громкие и сжатые.

Последнее время компрессия музыки подвергается серьезной критике, но я готов спорить, что практически все ваши любимые записи сжаты. Какие-то из них менее, какие-то более, но все равно сжаты. Сжатие динамического диапазона – это своеобразный козел отпущения, которого винят в плохом музыкальном звучании, но сильно сжатая музыка – это не новое веяние: послушайте альбомы Motown 60-х годов. То же самое можно сказать про классические работы Led Zeppelin или более молодые альбомы Wilco и Radiohead. Сжатие динамического диапазона уменьшает естественное соотношение между самым громким и самым тихим звуком на записи, поэтому шепот может быть таким же громким как крик. Довольно проблематично найти поп-музыку последних 50 лет, которая не была подвержена компрессии.

Недавно я мило побеседовал с основателем и редактором журнала Tape Op Ларри Крэйном (Larry Crane) о хороших, плохих и «злых» аспектах сжатия. Ларри Крэйн работал с такими группами и исполнителями как Стефан Маркус, Cat Power, Sleater-Kinney, Дженни Льюис, M. Ward, The Go-Betweens, Джейсон Литтл, Элиот Смит, Quasi и Richmond Fontaine. Он также управляет звукозаписывающей студией Jackpot! в Портленде, Орегон, которая являлась пристанищем для The Breeders, The Decemberists, Эдди Веддера, Pavement, R.E.M., She & Him и еще для многих-многих других.

В качестве примера удивительно неестественно звучащих, но все равно отличных песен, я привожу альбом Spoon «They Want My Soul», вышедший в 2014 году. Крэйн смеется и говорит, что слушает его в машине, поскольку там он отлично звучит. Что приводит нас к еще одному ответу на вопрос, почему музыку сжимают: потому что сжатие и дополнительная «четкость» позволяют лучше её слышать в шумных местах.

Ларри Крэйн за работой. Фото Джейсона Куигли (Jason Quigley)

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.

Многие торопятся обвинять мастеринг-инженеров в злоупотреблении компрессией, однако сжатие применяется непосредственно во время звукозаписи, во время микширования и только потом во время мастеринга. Если вы лично не присутствовали на каждом из этих этапов, то не сможете сказать, как звучали инструменты и вокальная партия в самом начале процесса.

Крэйн был в ударе: «Если музыкант хочет намеренно сделать звук безумным и искаженным как записи Guided by Voices, то в этом нет ничего плохого – желание всегда перевешивает качество звучания». Голос исполнителя практически всегда сжимается, то же самое происходит с басом, барабанами, гитарами и синтезаторами. С помощью компрессии громкость вокала сохраняется на нужном уровне на протяжении всей песни или немного выделяется на фоне остальных звуков.

Правильно выполненное сжатие может сделать звук барабанов более живым или намеренно странным. Чтобы музыка звучала отлично, нужно уметь пользоваться необходимыми для этого инструментами. Вот почему на то, чтобы понять, как пользоваться сжатием и не переусердствовать, уходят годы. Если микс-инженер слишком сильно сжал гитарную партию, то мастеринг-инженер уже не сможет в полной мере восстановить отсутствующие частоты.

Если бы музыканты хотели, чтобы вы слушали музыку, не прошедшую этапы микширования и мастеринга, то выпускали бы её на полки магазинов прямиком из студии. Крэйн говорит, что люди, которые создают, редактируют, микшируют музыкальные записи и проводят их мастеринг, существуют не для того, чтобы путаться под ногами у музыкантов – они помогают исполнителям с самого начала, то есть уже более ста лет.

Эти люди – часть процесса творения, в результате которого получаются удивительные произведения искусства. Крэйн добавляет: «Вам не нужна версия «Dark Side of the Moon», которая не прошла через микширование и мастеринг». Pink Floyd выпустили песню в таком виде, в каком они хотели её слышать.

Устройство US3342 компании ATEN, это коммутатор для совместного использования устройств, позволяющий подключить к 2 портам USB 3.2 Gen 2 ноутбуки, оснащенные USB-C, а еще к 4 портам USB 3.2 Gen 2 периферийные устройства для совместной работы и обмена данными. Коммутатор US3342 совместим с USB 3.2 Gen 2, поддерживает скорость передачи данных до 10 Гбит/с, а также совместим с USB 3.1 Gen 1, USB 2.0 и USB1.1.

Используя коммутатор US3342, Вы можете легко и быстро переключаться между компьютерами с помощью дистанционного переключателя портов, светодиодный индикатор которого указывает, какой компьютер активен. Также поддерживается передача питания по спецификации USB-C PD для ноутбуков с портами USB-C и под управлением Windows или Mac с профилями 5В, 9В, 15В и 20В.

Благодаря эксклюзивной функции, предоставляемой программным обеспечением BEZEL X, коммутатор US3342 позволяет двум ноутбукам обмениваться файлами и данными между двумя разными платформами - Windows и Mac, перетаскиванием мыши с одного экрана на другой. Программное обеспечение BEZEL X облегчает управление и передачу файлов до одного касания.

Входящие в комплект коммутатора соединительные кабели избавят от дополнительных затрат на приобретение USB-кабелей. Для выполнения гибкой установки в комплект включены кабели USB-C, позволяя пользователям подключать ноутбуки с USB-C. Коммутатор US3342 является наиболее экономичным решением для ноутбуков, оснащенных портам USB-C.

Как результат, коммутатор US3342, обладая компактным дизайном «все-в-одном», является идеальным решением для пользователей, которые стремятся сэкономить место на рабочем столе и эффективно организовать свое рабочее пространство.

• Позволяет двум компьютерам, оснащенным портами USB-C, совместно использовать четыре устройства USB 3.2 Gen 2 со скоростью передачи данных до 10 Гбит/с
• Поддерживает спецификацию USB-C Power Delivery 3.0 для зарядки ноутбука с мощностью до 85 Вт (необходим дополнительный адаптер питания USB-C)*
• Программное обеспечение BEZEL X - осуществляет функцию передачи файлов и управление мышью между двумя платформами - Windows и Mac
• Поддерживает профили питания 5В, 9В, 15В и 20В
• Переключение устройств нажатием кнопки с помощью дистанционного переключателя портов
• Светодиодный индикатор консоли - позволяет пользователям узнать, какой из компьютеров активен
• Работа режиме «Plug-and-play» - не требуется установка драйверов или подключение внешнего адаптера питания
• Защита от перегрузки по току

  *Для зарядки устройства рекомендуется использовать адаптер питания ограниченной мощности (LPS) соответствующий спецификации USB-C PD мощностью выше 65 Вт. Минимальное системное требование относительно питания для работы основных функций USB и вывода видеосигнала составляет не менее 5 В, 3 А.

Питание коммутатора от порта USB

рогресс в области проектирования и изготовления микросхем не только позволяет разместить в одной микросхеме сложное устройство, но и ведет к значительному снижению потребляемой этим устройством электрической мощности, что дает возможность применять новые способы подачи питания. Недавно мы рассказывали на страницах нашего журнала о технологии подачи питания к оконечным устройствам, работающим в сетях 10Base-T, 100Base-TX и 1000Base-T, непосредственно по кабелям Ethernet категории CAT5 и выше, которая получила название PoE (Power over Ethernet). В этой статье речь пойдет о возможности питания коммутатора от порта USB. Напомним, что порт USB обеспечивает внешние устройства питанием с напряжением 5 В и с током до 500 мА.

Для примера возьмем миниатюрные неуправляемые коммутаторы MultiCo EW-108R и EW-105T. Оба коммутатора изготовлены на базе высокоинтегрированных микросхем (Realtek RTL8309SB и IC+ IP175C), представляющих собой готовые девяти- и пятипортовые коммутаторы. Питание этих коммутаторов может осуществляться как от внешнего источника питания, так и от USB-порта ближайшего компьютера или сервера (блок питания и кабель для подключения к USB-порту входят в комплект поставки).

Коммутаторы EW-108R и EW-105T предназначены для работы в сетях Ethernet стандартов IEEE 802.3 (10Base-T) и IEEE 802.3u (100Base-TX) и имеют соответственно 8 и 5 портов RJ-45. Все порты поддерживают автоматическое определение полярности MDI/MDIX. Это исключает необходимость применения кроссированных кабелей или портов uplink. Любой порт можно подключить к компьютеру или к другому коммутатору, используя прямой кабель на основе витой пары.

Коммутация осуществляется по технологии Store and forward, что обеспечивает фильтрацию пакетов и удаление поврежденных. Неблокируемая архитектура коммутаторов (Non-blocking & Non-head-of-line blocking) гарантирует производительность на проводной скорости. Управление потоком выполняется по протоколу IEEE 802.3x на основе кадров в дуплексном режиме и методом backpressure в полудуплексном режиме. Коммутаторы имеют встроенную таблицу MAC-адресов, рассчитанную на 2К записей, и 512/768 Кбайт (EW-105T/EW-108R) буферной памяти. Автосогласование скоростей 100Base-TX или 10Base-T и режима соединения дуплекс/полудуплекс делают установку коммутатора в существующую сеть Ethernet очень простой.

Коммутаторы имеют индикатор подключения питания и индикаторы портов (по одному на каждый порт), позволяющие определять наличие соединения и сетевую активность. Прочные металлические корпуса гарантируют хорошее охлаждение и длительный срок службы. Размеры корпуса практически определяются размерами интерфейсных разъемов и составляют 79Ѕ62Ѕ20 (EW-105T) и 94Ѕ62Ѕ20 (EW-108R) мм. Благодаря пассивному охлаждению работа коммутаторов абсолютно бесшумна.

Компактные размеры и низкая потребляемая мощность открывают широкие возможности по выбору места размещения коммутаторов (например, их можно спрятать в кабельный канал). При помощи входящих в комплект самоклеящихся ножек из магнитной резины коммутатор легко закрепляется на любой стальной поверхности.

Для проверки функционирования к каждому порту коммутатора подключалась рабочая станция на базе процессора Intel Pentium 4 3,0 ГГц, оснащенная интегрированным на материнской плате гигабитным сетевым адаптером Marvel Yukon Gigabit Ethernet 10Base-T/100Base-TX /1000Base-T Adapter, который работал в режиме 100Base-TX.

На рабочих станциях была установлена операционная система Windows XP Professional SP1.

Для генерации сетевого трафика по протоколу TCP и измерения производительности использовался программный пакет NetIQ Chariot 5.0 с нагрузочным файлом High_Performance_Throughtput.scr.

Тест выполнялся с постепенным увеличением нагрузки на коммутатор. На первом этапе включалась передача между первой и второй станциями, затем между второй и третьей и так далее — вплоть до включения передачи между последней (пятой или восьмой) и первой станциями. В результате на последнем этапе все станции и соответственно все порты коммутатора работали в дуплексном режиме. Результаты теста (рис. 1 и 2) показывают, что коммутаторы легко справляются с нагрузкой. Выполнение теста при различной организации питания (от внешнего блока питания или от порта USB) не выявило различий в работе коммутаторов.

Редакция выражает признательность компании MultiCo (www.multico.com.ru ) за предоставление для тестирования коммутаторов EW-105T и EW-108R.

Характеристики:

• Задержка появления влага ошибки при горячем включении - 1 мс
• Схема плавного включения позволяет избежать бросков напряжения
• Признан лабораторией UL: Ref № 205202
• Ограничение выходного тока (не более 1 А) позволяет защитить источник питания от КЗ
• Тепловая защита
• Максимальный статический выходной ток - 500 мА
• Миниатюрный SO-8 корпус
• Диапазон входного напряжения от 2.7 до 5.5 В
• Сопротивление открытого ключа при 5 В входном напряжении - не более 140 мОм
• Ток потребления в дежурном режиме - не более 1 мкА
• Максимальный потребляемый ток в рабочем режиме- 200 мкА
• Блокировка при снижении напряжения (UVLO)

Применение:

• USB концентраторы для настольных и портативных ПК
• USB концентраторы мониторов
• USB концентраторы с автономным питанием
• Мощные USB устройства, требующие ограничения бросков тока
• Коммутаторы напряжения питания общего применения

Структурная схема:

Расположение выводов:

Общее описание:

LM3526 - коммутатор напряжения питания USB шины и ограничитель потребляемого тока. Этот двухпортовый прибор идеально подходит для применения в ноутбуках и портативных ПК.

1 мс задержка установки флага ошибки позволяет избежать ошибочных отключений при "горячем включении".

Прибор имеет две схемы тепловой защиты- по одной на каждый порт. При перегреве одного из коммутаторов, другой может продолжать работать.

LM3526 имеет диапазон входного напряжения от 2.7 до 5.5 В, что позволяет использовать его в качестве ограничителя бросков тока 3.3 В периферийных USB устройств, а также приборов с автономным 5.5 В питанием. Управляющие входы прибора совместимы с 3.3 В и 5.0 В логикой.

Небольшой размер, низкое сопротивление открытого ключа и 1 мс задержка установки флага ошибки делают прибор LM3526 идеальным для применения в концентраторах и миниатюрных устройствах с автономным питанием.

Документация:

Получить консультации и преобрести компоненты вы сможете у официальных поставщиков фирмы