イントロダクション
コンプレッションとは?

ダイナミック・コンプレッションとは、レベルコントロールに関するものです。例えば、トランペットとギターによる演奏を録音する場合を想像して下さい。トランペットに最適なレベルを設定すると、ギターが一人で演奏する場合、非常に小さく聞こえます。ギターに最適なレベルを設定すると、トランペットが演奏する場合には音が歪んでしまいます。これを解消するためには、ゲインのつまみを持ちながらトランペット奏者を見ていて、トランペット奏者が演奏しようとする時にレベルを下げるようにします。コンプレッサは、この作業をあなたの代わりに実行しようとしてくれます。ゲインの調整を行なうことによって、シグナルを適切な強さのレベルに保ってくれるのです。

VU メータとつまみ

コンプレッション装置は、常に2つの部分から構成されています。1つは、入力シグナルを計測する回路、もう1つは出力シグナルのゲインを調整するコントロールアンプです。レベル測定回路はアンプのゲインコントロールと接続されています。この測定値は、「スレッショルド(threshold - 閾値)」として設定された値と比較され、デバイスの動作を決定します。動作の選択肢には、次のようなものがあります。

・レコーディングで用いられるほとんどのコンプレッサは、シグナルのゲインがスレッショルドを超えた場合に、このゲインを減少させます。スレッショルドを超える全てのシグナルを完全に平らにならすコンプレッサは「リミッタ」と呼ばれます。

・ある種のコンプレッサでは、シグナルのゲインがスレッショルドを下回った場合にこのゲインを増加させ、スレッショルドを上回るシグナルはそのままにします。

・ラジオ放送で用いられるコンプレッサは、弱いシグナルを増幅し、強すぎるシグナルを制限します。自動的にゲインコントロールを行なうこのようなデバイスは、「コンプ・リミッタ」または 「AGC」と呼ばれます。

・マルチバンド・コンプレッサはコンプレッションとグラフィックイコライザを組み合わせたもので、個々の周波数帯を独立して扱います。マルチバンド・リミッタも利用できます。

・デバイスが、スレッショルドを下回ったシグナルのゲインを減少させる場合、これを「エキスパンダ」と呼びます。最も一般的なエキスパンダの例は「ノイズゲート」です。これは、非常に低いスレッショルドを持ち、静寂な間のノイズを遮断します。

・通信システムでは、送信前にシグナルをコンプレス(圧縮)し、受信側でこれをエクスパンド(伸張)するということがよく行なわれます。これは、ノイズの低減に役立ちます。このプロセス全体を「コンパンディング」と呼びます。

これらすべての処理をどの程度行なうかは、ゲインを変更する量の設定に基づいてコントロールされます。ゲイン変更の量は レシオ(ratio - 比)によって表されます。このレシオが2:1の場合、コンプレッサはスレッショルドを6dB超えたシグナルを半分にし、スレッショルドを 3 dB 上回る強さまで減少させます。レシオが 3:1 ならば、+12 dB のシグナルは +4 dB に減じられます。

コンプレッサが入力シグナルのレベル変化に応答するためにかかる時間がどのくらいかということは重要な点です。これには、少なくとも入力シグナルの最も低い周波数の1サイクルと同じ長さの時間を必要とします。最も低い周波数が30Hz の音であれば、1/30 秒が必要になります。ところが、リムショットはこの時間間隔では鳴り終わってしまいます。この速さをカバーできるだけの速さを持つコンプレッサでは、低音域では常に上下動を繰り返してしまうでしょう。このような素材の持つ複雑さをうまく取り扱うために、コンプレッサには応答の速さをコントロールするパラメータが複数あります。通常は、アタックタイム、リリースタイムの2つです。これは、音楽で使用される音が、始まりが速く、終わりがゆっくりである傾向を持つためです。

スレッショルド(Threshold)、レシオ(Ratio)、アタックタイム(Attack time)、リリースタイム(release time)はコンプレッサにとって不可欠なパラメータです。これらのパラメータによって、どのような音が、どのようなタイミングで聞こえるかが決定されます。ほとんどのコンプレッサでは、測定方法の詳細、入力レベルと出力レベル、ゲインの変更を行なう範囲、それ以外のオプションなどを設定するコントロールも追加されています。

C0mBuilding a Compressor というパッチでは、コンプレッション・システムがどのように構成されているかを示しています。入力されたシグナルはレベル測定回路とゲインコントロール回路に分けられます。測定は avarage~ オブジェクトの rms モードを使って行なわれます。この結果はゲインの計算を行なうために dB に変換されますが、これはそれほど複雑ではありません。サブパッチの中では、シグナルレベルとスレッショルドの差に ratio から導かれた係数を掛けます。その結果を絶対レベルに再変換し、オフセットを行なってゲインの補正値を求めています。

メインパッチに戻りましょう。>~ オブジェクトは補正を適用するかどうかを決定します。これにより、ゲイン補正を行なわない状態から、ゲイン補正を行なう状態へ急激に変化します。これは、「ハード・ニー(hard knee)」コンプレッションと呼ばれるテクニックです(ほとんどの商用コンプレッサユニットでは、ゆっくりと緩やかにゲインリダクションモード(ゲインの補正を行なう状態)に入る「ソフト・ニー(soft knee)」機能が提供されています)。rapmsmooth~ オブジェクオトはゲインの変化を緩やかにします。コンプレッサのアタックタイムが rampdown メッセージによって設定されている点に注意して下さい。コンプレッサが作動し始めるときにゲインが減少するのはこのためです。

最終的なゲインは入力シグナルと掛け合わされ、これが出力されます。

デシベル(dB)はサウンドレベル間の比を測定するものです。サウンドレベルは 1 pW(ピコワット)から 1W(ワット)におよぶ、非常に大きな幅で変化します。これは比に直すと 1,000,000,000,000 : 1 になります。このように広いレンジを持つため、実際に必要なのは、この比率の 0 の数を知ることだけです。このような数値の幅を適当な範囲に抑えるには、対数を用いると便利です。2つのシグナル振幅の間の関係を表す dB の式は次のようになります。

20 log (A/B)

通常 B は基準の振幅値です。この式では、A が B より大きいとdB は正の値になり、A が B より小さいと dB は負の値になります。2つのシグナル振幅が等しい場合は 0 dB です。デジタルシステムでは、ほとんどの場合、最大振幅値を基準にします。したがって、ほとんどのシグナルで dB は負の値になります。MSP では 1.0 のシグナルが 0 dB です。

ゲインは、入力シグナルと出力シグナルの間の比になります。これは通常、dB で表されます。dB を求める式にいくつか値を代入してみると、シグナルの振幅が2倍になった場合に 6 dB のゲインになることがわかります。また、振幅が10倍になると dB の値は +20 増加します。MSP のシグナルに 0.001 を掛けた場合、振幅は 60 dB 減少します。

6 dB の変化は、大きな音の場合でも、小さな音の場合でも、ほぼ同じように聞こえるため、デシベルはシグナルを計測する便利な方法であると言えます

 

シグナルの計測

シグナルの計測には慎重を要します。波形は急速に変化するカーブを持っているため、計測には様々な方法があります。

・ピーク振幅(peak amplitude)は、サンプルの最も大きな値(あるいは最も小さい値、サンプルは正負の値を持っているため、その絶対値を使用します)です。

・平均振幅(average amplitude)は、一定の時間に含まれるサンプルの平均値です。

・RMS(実効値) は、サンプルの絶対値の2乗の平均の平方根です。これは個々のサンプル値を2乗し、その平均値を取り、さらにその平均値の平方根を求めることを意味します。この計算は、レベルを測定するアナログ回路の動作を再現したものです。

測定のタイプは、コンプレッションデバイスの動作にも影響を及ぼします。通常、リミッタはピークレベルに、コンプレッサは平均レベルに対応します。

相互変調歪み

低い周波数のシグナルが高い周波数のシグナルのレベルを変調する場合、あるいはその逆の場合に、相互変調歪み(IM) が生じます。

これは、2つの周波数の和と差の周波数を含むため、かなり荒いサウンドになります。IM は電子回路やスピーカでは、一般によくあるものですが、通常、もとのシグナルの1 % 未満です。これが 1 % を超えると目立つようになり、3% 以上では非常に耳障りなものになります。

参照

average~ マルチモードによる平均シグナルを計算します。
rampsmooth~ 入力シグナルを平滑化します。