
ダイナミックレンジ圧縮(DRC)または単に圧縮とは、音声信号処理操作の 一種であり、大きな音の音量を下げたり、小さな音を増幅したりすることで、音声信号のダイナミックレンジを縮小または圧縮します。圧縮は、音声録音・再生、放送、[1]ライブサウンド強化、一部の楽器用アンプなどで一般的に使用されています。
圧縮を行う専用の電子ハードウェアユニットまたはオーディオソフトウェアは、コンプレッサーと呼ばれます。2000年代には、コンプレッサーはデジタルオーディオワークステーション(DAW)ソフトウェアで動作するソフトウェアプラグインとして利用可能になりました。録音された音楽やライブ音楽では、圧縮パラメータを調整することで、サウンドへの影響を変えることができます。圧縮とリミッティングはプロセスは同じですが、その程度と効果の感じ方が異なります。リミッターは、レシオが高く、一般的にアタックタイムが短いコンプレッサーです。
圧縮は、 PAシステムにおけるパフォーマンスと明瞭度の向上、ミキシングとマスタリングにおける効果、そして一貫性の向上に使用されます。音声においては歯擦音の低減、放送や広告においては音声プログラムの明瞭性向上に使用されます。また、一部のノイズ低減システムでは不可欠な技術となっています。
圧縮には、下方圧縮と上方圧縮の2種類があります。どちらの圧縮も、オーディオ信号のダイナミックレンジを低下させます。 [2]
ダウンワード・コンプレッションは、ある閾値を超える大きな音の音量を下げます。閾値以下の小さな音は影響を受けません。これは最も一般的なタイプのコンプレッサーです。リミッターは、閾値を超える音を特に強く圧縮するため、ダウンワード・コンプレッションの極端な形態と考えることができます。
上方圧縮は、特定の閾値以下の静かな音の音量を上げます。閾値 を超える大きな音は影響を受けません。
一部のコンプレッサーには、圧縮の逆、つまり拡張機能も備わっています。拡張はオーディオ信号のダイナミックレンジを拡大します。 [3]圧縮と同様に、拡張にも下方拡張と上方拡張の2種類があります。
下方拡張は、閾値以下の静かな音をさらに小さくします。ノイズゲートは、フロアの設定に応じて静かな音(例えばノイズ)をさらに小さく、あるいは完全に無音にするため、下方拡張の極端な形態と考えることができます。[2]
上方拡張により、閾値を超える大きな音がさらに大きくなります。

コンプレッサーに入る信号は分岐され、片方は可変ゲインアンプに送られ、もう片方はサイドチェーンに送られます。サイドチェーンでは信号レベルが測定され、測定された信号レベルによって制御される回路がアンプに必要なゲインを適用します。この設計はフィードフォワード型と呼ばれ、現在ではほとんどのコンプレッサーに採用されています。初期の設計はフィードバック型レイアウトに基づいており、信号レベルはアンプの後で測定されていました。[4]
可変利得増幅には様々な技術が用いられ、それぞれに長所と短所があります。真空管は、グリッドとカソード間の電圧を変化させることで利得を変化させる可変μと呼ばれる構成で用いられます。 [5]光コンプレッサーは、小型ランプ(白熱灯、LED、またはELパネル)[6]によって刺激されるフォトレジスタを用いて信号利得を変化させます。その他の技術としては、電界効果トランジスタやダイオードブリッジなどがあります。[7]
デジタルオーディオを扱う場合、オーディオプラグイン、ミキシングコンソール、デジタルオーディオワークステーションなどで圧縮を行うために、デジタル信号処理(DSP)技術が一般的に用いられます。これらのアルゴリズムは、上記のアナログ技術をエミュレートするために使用されることがよくあります。[要出典]

ユーザーが調整可能な多数の制御パラメータと機能を使用して、ダイナミック レンジ圧縮信号処理アルゴリズムとコンポーネントを調整します。
コンプレッサーは、オーディオ信号の振幅が特定の閾値を超えた場合に、そのレベルを低下させます。閾値は通常デシベル(デジタルコンプレッサーの場合はdBFS 、ハードウェアコンプレッサーの場合はdBu )で設定され、 [8] 、低い閾値(例えば -60dB)は、信号のより大きな部分が処理されることを意味します。信号レベルが閾値を下回る場合、処理は行われず、入力信号がそのまま出力されます。したがって、高い閾値(例えば -5dB)は、処理量が少なくなり、圧縮率も低くなります。
スレッショルドタイミングの動作は、アタックとリリースの設定(下記参照)に依存します。信号レベルがスレッショルドを超えると、コンプレッサーの動作はアタック設定によって遅延されます。入力信号がスレッショルドを下回った後も、リリースによって決定される時間の間、コンプレッサーはダイナミックレンジ圧縮を継続します。

ゲインリダクションの量は比率によって決まります。比率が4:1の場合、入力レベルが スレッショルドを4dB超えると、出力信号レベルはスレッショルドを1dB超えるまで低下します。ゲインと出力レベルは3dB低下します。言い換えると、この場合、スレッショルドを超える入力信号レベルは、入力レベルに対してスレッショルドを25% (つまり1/4)超えたレベルで出力されます。
:1という最高の比率は、制限としてよく知られており、攻撃時間が終了すると、しきい値を超えるすべての信号がしきい値レベルまで下げられることを意味します。

コンプレッサーは、その動作速度をある程度制御できます。アタックとは、入力レベルの増加に応じてコンプレッサーがゲインを減少させ、レシオで決定されたゲインに達するまでの期間です。リリースとは、入力レベルの低下に応じてコンプレッサーがゲインを増加し、レシオで決定された出力ゲインに達するまでの期間です。入力レベルがしきい値を下回った場合、出力ゲインはユニティになります。ソース素材のラウドネスパターンはコンプレッサーの時間変化によって変化するため、アタックとリリースの設定に応じて、信号特性が微妙に変化する場合もあれば、非常に顕著に変化する場合もあります。
各周期の長さは、変化率と必要なゲイン変化によって決まります。より直感的な操作のため、コンプレッサーのアタックとリリースのコントロールは時間単位(多くの場合ミリ秒)で表記されます。これは、ゲインが目標ゲインに向かって一定dBまたは一定パーセンテージ変化するのにかかる時間です。これらの時間パラメータの正確な意味については、業界標準は存在しません。[9]
多くのコンプレッサーでは、アタックタイムとリリースタイムはユーザーが調整できます。しかし、一部のコンプレッサーでは、アタックタイムとリリースタイムは回路設計によって決定されており、調整できません。アタックタイムとリリースタイムが自動またはプログラム依存になっている場合もあり、入力信号に応じて動作が変化する可能性があります。

コンプレッサーが備えるもう一つのコントロールは、ハードニーとソフトニーの選択です。これは、スレッショルド以下とスレッショルド以上との間のレスポンスカーブの曲がり具合を、急激(ハード)にするか、緩やか(ソフト)にするかを制御します。ソフトニーは、レベルが上昇するにつれて圧縮率を緩やかに上げ、最終的にユーザーが設定した圧縮率に達します。ソフトニーは、圧縮されていない状態から圧縮された状態への、聞き取れる可能性のある遷移を軽減します。特に、スレッショルドでの切り替えがより顕著になるような、レシオの高い設定に適しています。[10]
ピークセンシング型コンプレッサーは、入力信号のピークレベルに反応します。より厳密なピークレベル制御を提供しますが、ピークレベルセンシングは必ずしも人間の音量知覚と関連しているわけではありません。一部のコンプレッサーは、入力信号のレベルをスレッショルドと比較する前に、パワー測定関数(一般的には二乗平均平方根、RMS)を適用します。これにより、人間の音量知覚により近い、より緩やかな圧縮効果が得られます。
ステレオリンクモードのコンプレッサーは、左右のチャンネルに同じ量のゲインリダクションを適用します。これは、各チャンネルを個別に圧縮した場合に発生する可能性のあるイメージシフトを防ぐためです。[11]
ダウンワード コンプレッサーは信号のレベルを下げるだけなので、最適な出力レベルが生成されるように、出力で 一定量のメイクアップ ゲインを追加する機能が通常は提供されます。
ルックアヘッド機能は、スムーズなゲイン変化を生み出す低速アタックレートと、トランジェントを捉えられる高速アタックレートの間で妥協を強いられるという問題を克服するために設計されています。ルックアヘッド機能は、入力信号を分割し、片側(オーディオ信号)をルックアヘッド時間だけ遅延させることで実現されます。遅延されない側(ゲイン制御信号)は、遅延された信号の圧縮に使用され、出力に現れます。これにより、スムーズなサウンドの低速アタックレートでトランジェントを捉えることができます。このソリューションのデメリットは、プロセッサを介した オーディオレイテンシの増加です。
圧縮は、比較的低い音量でバックグラウンド ミュージックを再生し、音量をほぼ一定に保つためだけでなく、周囲のノイズの中でも音楽の静かな部分を聞き取れるようにするために圧縮が必要となるレストラン、小売店、および同様の公共環境のオーディオ システムでよく適用されます。
圧縮により、ダイナミック レンジは減少しますが、パワー アンプの平均出力ゲインは50 ~ 100% 増加します。[引用が必要]ページング システムや避難システムの場合、これにより、ノイズの多い状況でも明瞭度が向上し、必要なアンプの数を削減できます。

音楽制作において、圧縮は楽器のダイナミックレンジをより一定に保ち、他の楽器とのミックスの中でより自然に「収まる」ようにするためによく使用されます(短時間で消えたり、他の楽器を圧倒したりすることがありません)。[12]ロックやポップミュージックのボーカルパフォーマンスも同じ理由で圧縮されます。
コンプレッションは、楽器の音に音量の安定化を主眼としない効果を加えるためにも使用できます。例えば、ドラムやシンバルの音は減衰が早い傾向がありますが、コンプレッサーを使用することで、より長く持続するサウンドに仕上げることができます。ギターの音は、より豊かで持続的なサウンドを得るためにコンプレッションをかけることがよくあります。
オーディオのダイナミクスを圧縮できるデバイスのほとんどは、あるオーディオソースが特定のレベルに達したときに別のオーディオソースの音量を下げるためにも使用できます。これはサイドチェーンと呼ばれます。[13]エレクトロニックダンスミュージックでは、サイドチェーンはキックドラムまたは同様のパーカッシブトリガーによって制御されるベースラインでよく使用され、2つの音が衝突するのを防ぎ、サウンドに脈動するリズミカルなダイナミクスを提供します。
コンプレッサーは、コンプレッサーのサイドチェーンに入力信号のイコライズ版を送り、特定の歯擦音関連の周波数(通常4000~8000Hz)でコンプレッサーをより強く作動させることで、ボーカルの歯擦音(「エッセンス」音)を低減(ディエッシング)するために使用できます。[14]
圧縮は、単側波帯(SSB)変調を用いたアマチュア無線の音声通信において、特定局の信号を遠距離の局が聞き取りやすくしたり、自局の送信信号を他局より目立たせたりするために使用されます。これは特にDXingに当てはまります。SSB信号の強度は変調レベルに依存します。コンプレッサーは変調信号の平均レベルを上げ、送信信号強度を高めます。現代のアマチュア無線用SSBトランシーバーのほとんどには音声コンプレッサーが内蔵されています。圧縮は陸上移動無線、特に業務用トランシーバーや遠隔操作ディスパッチコンソールの送信音声にも使用されています。[15]
放送業界では、音源のダイナミックレンジを狭めながら、知覚される音量を高めるために圧縮技術が広く用いられています。過変調を避けるため、ほとんどの国の放送局は放送できる瞬間ピーク音量に法的制限を設けています。通常、これらの制限は、オンエアチェーンに恒久的に挿入された圧縮ハードウェアによって満たされます。
放送局は、自局の音量を同等の放送局よりも高くするためにコンプレッサーを使用します。その効果は、特定の音量設定において、より圧縮率の高い放送局の音量がリスナーの耳に飛び込んでくることです。[12]これはチャンネル間の差に限ったことではなく、同じチャンネル内の番組素材間でも発生します。音量差は視聴者からの苦情の頻繁な原因であり、特にテレビCMやプロモーション映像が音量が大きすぎると感じる場合に顕著です。
欧州放送連合(EBU)は、240人以上の音響専門家(放送局や機器メーカー出身者多数)で構成されるEBU PLOUDグループでこの問題に取り組んできました。2010年、EBUはEBU R 128を発行し、音声の計測と正規化の新しい方法を導入しました。この勧告では、ITU-R BS.1770ラウドネスメータが採用されています。2016年現在[アップデート]、複数の欧州テレビ局がこの新しい規格への支持を表明しており[16] [17]、20社以上のメーカーが新しいEBUモードラウドネスメータに対応した製品を発表しています[18] 。 [検証失敗]
オーディオエンジニアが自分の素材がどのようなラウドネス範囲で構成されているかを理解できるように(例えば、特定の配信プラットフォームのチャンネルに収めるために圧縮が必要かどうかを確認するなど)、EBUはラウドネス範囲(LRA)記述子も導入しました。[19]
ほとんどのテレビCMは、許容範囲内に収めつつ、ほぼ最大音量に近い知覚音量を実現するために、高度に圧縮されています。このため、視聴者がしばしば気付く問題が生じます。放送局が最低限の圧縮率で放送されている番組から高度に圧縮されたCMに切り替えた際、音量が劇的に上昇しているように感じることがあるのです。ピーク時の音量は同じで、法律の文言は満たしているかもしれませんが、高度に圧縮されたCMでは、CM内の音声の大部分が許容最大値に近くなり、CMの音量がはるかに大きく感じられるのです。[20]

レコード会社、ミキシングエンジニア、マスタリングエンジニアは、商業アルバムの全体的なラウドネスを徐々に高めてきました。これは、ミキシングとマスタリングにおいて、より高度な圧縮とリミッティングを用いることで実現されています。圧縮アルゴリズムは、デジタルストリームにおけるオーディオレベルを最大化するために特別に設計されています。その結果、ハードリミッティングやクリッピングが発生し、音楽のトーンや音色に影響を与える可能性があります。ラウドネスを高めようとするこの取り組みは、「ラウドネス戦争」と呼ばれています。
ノイズ低減システムは、コンプレッサーを用いて信号のダイナミックレンジを圧縮し、伝送または録音時にそれを拡張する処理(コンパンディング)を使用します。これにより、ダイナミックレンジが制限されたチャンネルまたは記録媒体の影響を軽減します。
楽器用アンプには、スピーカーを損傷する可能性のある突然の高出力ピークを防ぐためのコンプレッション回路が搭載されていることがよくあります。エレキベース奏者は、ペダル式、ラックマウント式、あるいはベースアンプ内蔵のコンプレッションエフェクトを使って、ベースラインの音量レベルを均一化させることがよくあります。
ゲイン・ポンピングとは、キックドラムなどの一定の振幅ピークによってコンプレッサーの作用でミックス全体の音量が変化する現象で、音楽制作においては一般的に避けられています。しかし、多くのダンスミュージックやヒップホップミュージシャンは、この現象を意図的に利用し、ビートに合わせてリズミカルにミックスの音量を変化させています。[21]
補聴器は、音量を聴者の可聴範囲に収めるためにコンプレッサーを使用します。患者が音の方向を認識できるように、両耳圧縮機能を備えた補聴器もあります。[22]
コンプレッサーは、一部の電子式アクティブ聴覚保護イヤーマフや耳栓にも聴覚保護に利用されており、通常の音量の音は正常に聞こえるようにしつつ、大きな音を減衰させ、場合によっては小さな音を増幅させる効果もあります。これにより、例えば射撃場で聴覚保護具を着用した射手は、銃声などの大きな音を大幅に減衰させながら、会話を普通に行うことができます。[23]同様に、音楽家は静かな音楽を聴きながら、ドラムやシンバルの衝突音などの大きな音から保護されます。[要出典]
アルゴリズムがオーディオサンプルでトレーニングされる機械学習のアプリケーションでは、ダイナミックレンジ圧縮はより大きなデータセットのサンプルを増やす方法です。[24]

コンプレッションとリミッティングはプロセスは同じですが、程度と効果の感じ方が異なります。リミッターとは、一般的にアタックタイムが速く、レシオが高いコンプレッサーのことです。レシオが10:1以上のコンプレッションは、一般的にリミッティングとみなされます。[25]
ブリックウォール・リミッティングは、非常に高いレシオと非常に速いアタックタイムを備えています。理想的には、オーディオ信号がスレッショルドの振幅を決して超えることがないようにします。20:1から∞:1までのレシオはブリックウォールとみなされます。[25] 瞬間的かつまれなブリックウォール・リミッティングでは、音響的に耳障りで不快な結果となるため、ライブサウンドや放送アプリケーションでは安全装置として使用されることが多いです。
一部のベースアンプやPA システムアンプには、突然の音量のピークによる歪みやスピーカーの損傷を防ぐためのリミッターが組み込まれています。

サイドチェーン入力を備えたコンプレッサーは、サイドチェーン入力の信号レベルに基づいて、メイン入力から出力までのゲインを制御します。[26]エフェクトユニットにおけるサイドチェーンコンプレッションの初期の革新者は、1974年のEventide Omnipressorでした。 [27]サイドチェーンでは、メイン入力とサイドチェーン入力の両方に同じ信号が供給された場合、コンプレッサーは従来の方法で動作します。
サイドチェーン入力は、ディスクジョッキーがダッキング(話すときに音楽の音量を自動的に下げる)を行う際に使用されます。DJのマイク信号はサイドチェーン入力にルーティングされ、DJが話すたびにコンプレッサーが音楽の音量を下げます。
イコライゼーションコントロール付きのサイドチェーンは、特定の周波数範囲内で強いスペクトル成分を持つ信号の音量を下げるために使用できます。これはディエッサーとして機能し、 6~9kHzの範囲でボーカルの歯擦音のレベルを下げることができます。 [28]音楽制作におけるサイドチェーンのもう1つの用途は、ベースドラムが過度のピークを引き起こして全体的なヘッドルームが失われることなく、大音量のベーストラックを維持することです。[26]
コンプレッサーを並列信号パスに挿入することを並列圧縮といいます。これは上方圧縮の一種で、比率が比較的低く、コンプレッサーの音が比較的ニュートラルである限り、大きな可聴副作用なしにダイナミック コントロールを容易にします。一方、2 つの並列信号パスのうち 1 つで、大きな可聴アーチファクトを伴う高い圧縮率を選択することもできます。これは、ニューヨーク コンプレッションまたはモータウン コンプレッションと呼ばれる芸術的効果として、一部のコンサート ミキサーやレコーディング エンジニアによって使用されています。線形信号をコンプレッサーと組み合わせ、次に圧縮チェーンの出力ゲインを下げると、ピークを減らすことなく低レベルのディテールが強調されます。コンプレッサーは、低レベルでのみ、組み合わせたゲインを大幅に増加させます。
マルチバンドコンプレッサーは、周波数帯域ごとに異なる動作をします。フルバンド圧縮と比較したマルチバンド圧縮の利点は、特定の周波数帯域に関連する問題を解決できるため、他の無関係な周波数帯域で不要な圧縮を行わずに済むことです。欠点は、周波数帯域を指定した圧縮はフルバンド圧縮よりも複雑で、より多くの処理能力を必要とし、位相の問題が発生する可能性があることです。[29]
マルチバンドコンプレッサーは、まず信号を複数のバンドパスフィルター、クロスオーバーフィルター、またはフィルターバンクに分割することで機能します。分割された各信号はそれぞれ専用のコンプレッサーを通過し、スレッショルド、レシオ、アタック、リリースを個別に調整できます。その後、信号は再合成され、不要なピークレベルが生じないように、追加のリミッティング回路が使用される場合もあります。
音楽制作において、マルチバンド・コンプレッサーは主にオーディオ・マスタリング・ツールとして使用されますが、デジタル・オーディオ・ワークステーション(DAW)のプラグイン・セットに搭載されたことで、ミックス・エンジニアの間でも利用が増えています。TCエレクトロニックのFinalizerは3バンド・コンプレッサーを搭載し、2000年頃に人気のオーディオ・マスタリング・ツールでした。[30]
ラジオ局のオンエア信号チェーンでは、過変調を回避しながら音量を上げるために、マルチバンドコンプレッサーが一般的に使用されています。商業放送では、音量が大きいことはしばしば有利とみなされます。
シリアルコンプレッションは、サウンドの録音とミキシングで使用される技術です。シリアルコンプレッションは、シグナルチェーン内で2つの全く異なるコンプレッサーを使用することで実現されます。1つのコンプレッサーは一般的にダイナミックレンジを安定させ、もう1つは強いピークを積極的に圧縮します。これは、コンプレッサー・リミッターとして販売されている一般的な複合デバイスにおける通常の内部信号ルーティングであり、RMSコンプレッサー(一般的なゲインコントロール用)の後に、高速ピーク検知リミッター(過負荷保護用)が配置されています。適切に実行すれば、強力なシリアルコンプレッションであっても、単一のコンプレッサーでは不可能な自然なサウンドを実現できます。これは、不安定なボーカルやギターの音を均一にするために最もよく使用されます。
一部のソフトウェアオーディオプレーヤーは、圧縮を実装するプラグインをサポートしています。これらのプラグインは、オーディオトラックの音量を上げたり、音量が大きく変動する音楽(クラシック音楽や複数の音楽ジャンルを含むプレイリストなど)の音量を均一化したりすることができます。これにより、低品質のスピーカーで再生されたオーディオや、車内やパーティーなど騒音の多い環境で再生されたオーディオの聞きやすさが向上します。
2014年1月にJournal of the Audio Engineering Societyに掲載された論文で、エマニュエル・デルーティとダミアン・タルディウは、コンプレッサーとブリックウォール・リミッターが音楽オーディオ信号に与える影響について体系的な研究を行いました。この実験では、Waves L2、Sonnox Oxford Limiter、Thomas MundtのLoudmax、Blue CatのProtectorという4つのソフトウェア・リミッターと、Waves H-Comp、Sonnox Oxford Dynamics、Sonalksis SV-3157、URS 1970という4つのソフトウェア・コンプレッサーが使用されました。この研究は、リミッターとコンプレッサーがオーディオ信号に及ぼす影響について客観的なデータを提供しています。[31]
検討された信号記述子は5つあります。RMSパワー、EBU R 128統合ラウドネス[18] 、 波高率、R 128 LRA [19]、およびクリップされたサンプルの密度です。RMSパワーは信号の物理的なレベルを表し、R 128ラウドネスは知覚されるレベルを表します。[18]波高率は信号のピークと平均パワーの差であり、[31] TTダイナミックレンジメータープラグインなど、ミクロダイナミクスの測定基準として考えられることがあります。 [32]最後に、R 128 LRAは、音楽的な意味でのマクロダイナミクスまたはダイナミクスの尺度として繰り返し考えられてきました。[31] [33] [34] [35] [36]
テストされたリミッターは信号に次のような影響を及ぼしました。
言い換えると、リミッターは、制限の量が相当大きい場合、物理的レベルと知覚的レベルの両方を増大させ、クリップされたサンプルの密度を高め、波高係数を低下させ、マクロダイナミクス (LRA) を低下させます。
コンプレッサーに関しては、著者らは2つの処理セッションを実施しました。1つは高速アタック(0.5ms)を使用し、もう1つは低速アタック(50ms)を使用しました。メイクアップゲインは無効ですが、結果として得られるファイルは正規化されています。
高速アタックを設定すると、テストしたコンプレッサーは信号に次のような影響を与えました。
言い換えれば、高速アタックのコンプレッサーは物理的レベルと知覚的レベルの両方をわずかに増加させます。クリップされたサンプルの密度を低下させ、クレストファクターとマクロダイナミクスの両方を低下させます。
遅いアタックに設定されたテスト済みのコンプレッサーは、信号に次のような影響を与えました。
言い換えると、スローアタック コンプレッサーは、物理的レベルと知覚的レベルの両方を低下させ、マクロ ダイナミクスを低下させますが、波高率とクリップされたサンプル密度には影響しません。
標準はなく、メーカーによって[リリース時間]の定義が異なります。
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