15、动态范围压缩器：原理、实现与应用

动态范围压缩器：原理、实现与应用

1. 动态范围压缩概述

动态范围压缩（Dynamic range compression，简称压缩）旨在将音频信号的感知动态范围映射到更小的感知范围。动态范围压缩器通过降低高信号电平，同时保持较安静部分不变来实现这一目标。在音乐和游戏中，当大量独立声音同时播放时，动态范围压缩尤为重要，它有助于控制整体信号电平，避免音频输出到扬声器时出现削波（失真）现象。需要注意的是，动态范围压缩与音频编解码器中使用的数据压缩是完全不同的概念。

压缩器本质上是一种可变增益控制，其增益量取决于输入信号的电平。当信号电平较高时，会应用衰减（增益小于 1），从而使较响亮的段落变柔和，减小动态范围。

由于动态范围压缩器的实现形式多种多样，常见的压缩器在行为和声音表现上会略有不同，某些压缩器型号也因此成为音频工程师处理特定类型信号的首选。分析压缩器较为困难，因为它们代表具有记忆功能的非线性时变系统。增益降低是平滑进行的，而非像简单静态非线性那样瞬间完成。此外，众多的设计选择使得几乎不可能绘制出适用于大多数实际压缩器的通用框图。不过，我们可以描述压缩器单元的主要参数，并指定一组几乎存在于任何压缩器设计中的标准阶段和构建模块。

2. 压缩器的基本理论

压缩器有一组与参数直接相关的控制，通过这些控制可以设置效果。以下是一些常用的压缩器参数：
- 阈值（Threshold） ：定义压缩器开始起作用的电平。当信号电平超过该阈值时，电平将被降低。
- 比率（Ratio） ：控制超过阈值电平的信号的输入/输出比率，决定了压缩的程度。例如，3:1 的比