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ダイナミックレンジ圧縮（DRC）または単に圧縮とは、大きな音の音量を下げたり、小さな音の音量を上げたことによって、オーディオ信号のダイナミックレンジを縮小または圧縮するオーディオ信号処理操作です。圧縮は、録音と再生、放送、[ 1 ]ライブサウンドの強化、および一部の楽器アンプで一般的に使用されています。
圧縮を適用する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、圧縮パラメーターを調整して、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、程度と知覚される効果が異なります。リミッターは、高いレシオを持ち、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、拡声システムにおけるパフォーマンスと明瞭度の向上、エフェクトとしての効果、そしてミキシングとマスタリングにおける一貫性の向上に用いられます。音声においては歯擦音を低減するために、また放送や広告においては特に音声番組を際立たせるために使用されます。一部のノイズリダクションシステムにおいて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。どちらのタイプの圧縮も音声信号のダイナミックレンジを縮小します。 [ 2 ]
ダウンコンプレッションは、一定の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、一定の閾値以下の小さな音の音量を増加させる。閾値以上の大きな音は影響を受けない。
コンプレッサーの中には、圧縮とは反対の、つまり拡張を行う機能を持つものもあります。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、しきい値以下の静かな音をさらに静かにします。ノイズゲートは、下方拡張の極端な形態と考えることができ、ノイズゲートは、フロア設定に応じて、静かな音（例えばノイズ）をより静かにしたり、完全に消音したりします。[ 2 ]
上方への膨張は、閾値を超える大きな音をさらに大きくする。
コンプレッサーに入力される信号は分割され、一方のコピーは可変ゲインアンプに送られ、もう一方のコピー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。フィードフォワード型として知られるこの設計は、現在ほとんどのコンプレッサーで使用されています。以前の設計は、アンプの後で信号レベルを測定するフィードバック構成に基づいていました。 [ 4 ]
可変ゲイン増幅にはさまざまな技術が用いられており、それぞれに長所と短所がある。真空管は可変μと呼ばれる構成で使用され、グリッド・カソード間電圧を変化させることでゲインを調整する。[ 5 ]光コンプレッサーは、小型ランプ（白熱灯、LED、またはエレクトロルミネッセンスパネル）[ 6 ]で励起されるフォトレジスタを使用して信号ゲインを変化させる。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る。[ 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実装するために、デジタル信号処理（DSP）技術が一般的に使用されます。多くの場合、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ます。
ダイナミックレンジ圧縮信号処理アルゴリズムおよびコンポーネントを調整するため、ユーザーが調整可能な多数の制御パラメータと機能が使用される。
コンプレッサーは、オーディオ信号の振幅が一定のしきい値を超えると、そのレベルを下げます。しきい値は一般的にデシベル（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 ]しきい値が低いほど（例えば -60 dB）、信号の大部分が処理されます。信号レベルがしきい値を下回ると、処理は行われず、入力信号は変更されずにそのまま出力されます。したがって、例えば-5 dB のような高いしきい値では、処理が少なくなり、圧縮も少なくなります。
しきい値タイミングの動作は、アタックとリリースの設定によって決まります（下記参照）。信号レベルがしきい値を超えると、コンプレッサーの動作はアタック設定分だけ遅延されます。入力信号がしきい値を下回った後、リリース設定で定められた時間だけ、コンプレッサーはダイナミックレンジ圧縮を継続的に適用します。
ゲイン低減量は比率によって決まります。比率が4:1の場合、入力レベルがしきい値より4dB高い場合、出力信号レベルはしきい値より1dB高いレベルまで低減されます。つまり、ゲインと出力レベルは3dB低減されます。言い換えれば、この場合、入力信号レベルがしきい値を超えると、出力レベルは入力レベルの25% （つまり1/4）だけしきい値を超えるレベルになります。
最高比率:1 はしばしば制限と呼ばれ、攻撃時間が経過すると、しきい値を超える信号はすべてしきい値レベルまで下げられることを効果的に示します。
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のゲインを下げ、比率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のゲインを上げ、比率で決定された出力ゲインに達するまで、または入力レベルがしきい値を下回った時点でゲインが1になるまでの期間です。コンプレッサーの時間変化動作によってソース素材のラウドネスパターンが変化するため、使用するアタックとリリースの設定によっては、信号の特性が微妙なものから非常に顕著なものまで変化する可能性があります。
各期間の長さは、変化率と必要なゲインの変化によって決まります。より直感的な操作のために、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）で表示されます。これは、ゲインが設定されたdB値または設定されたパーセンテージだけ目標ゲインに向かって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、業界標準はありません。[ 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、調整できません。また、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、これは入力信号によって動作が変化することを意味します。
コンプレッサーが提供するもう1つの制御は、ニー選択です。これは、応答曲線の閾値以下と閾値以上の間の曲がりが急激（ハード）か緩やか（ソフト）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比をゆっくりと増加させ、最終的にユーザーが設定した圧縮比に達します。ソフトニーは、非圧縮から圧縮への移行時の可聴域の変動を低減し、特に閾値での切り替えがより顕著になる高比率設定に適しています。[ 10 ]
ピークセンシングコンプレッサーは、入力信号のピークレベルに反応します。ピークレベル制御はより厳密ですが、ピークレベルセンシングは必ずしも人間の音量知覚と一致するとは限りません。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、電力測定機能（一般的には実効値またはRMS）を適用します。これにより、より緩やかな圧縮が得られ、人間の音量知覚により近いものとなります。
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レベルを下げるだけなので、最適な出力レベルが得られるように、出力に一定量のメイクアップゲインを追加する機能が通常備えられています。
ルックアヘッド機能は、滑らか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ることができる高速アタックレートとの間で妥協を強いられる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。遅延させない側（ゲイン制御信号）は、遅延させた信号の圧縮を駆動するために使用され、その結果が出力に現れます。このようにして、滑らか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代償は、プロセッサを介したオーディオレイテンシーの増加です。
圧縮は、レストランや小売店など、比較的低い音量でBGMを流す公共の場で使用されるオーディオシステムでよく用いられます。音量を一定に保つだけでなく、周囲の騒音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も、圧縮が必要となるのです。
圧縮処理により、パワーアンプの平均出力ゲインを50～100%向上させることができますが、ダイナミックレンジは低下します。ページングシステムや避難誘導システムにおいては、これによりノイズの多い環境下でも明瞭度が向上し、必要なアンプの数を削減できます。
圧縮は、楽器のダイナミックレンジをより均一にするために音楽制作でよく使用され、他の楽器とミックスの中でより自然に馴染むようにします（短時間で消えたり、短時間で他の楽器を圧倒したりしないようにします）。[ 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、音量の安定化を主眼としない効果を生み出すために楽器の音にも使用できます。たとえば、ドラムやシンバルの音はすぐに減衰する傾向がありますが、コンプレッサーを使用すると、音に持続的な残響があるように見せることができます。ギターの音は、より豊かで持続的な音を作るためにコンプレッションされることがよくあります。コンプレッサーのアタックタイムとリリースタイムを調整することで、音のエンベロープのトランジェント部分とサステイン部分のコントラストを高めることができます。[ 13 ]
オーディオダイナミクスを圧縮できるほとんどのデバイスは、別のオーディオソースが一定のレベルに達したときに、ある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。これはサイドチェインと呼ばれます。[ 14 ]エレクトロニックダンスミュージックでは、キックドラムや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にサイドチェインがよく使用され、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与えます。
コンプレッサーは、入力信号のイコライジングされたバージョンをコンプレッサーのサイドチェーンに入力することで、特定の歯擦音に関連する周波数（通常4000～8000Hz）がコンプレッサーをより強く活性化するようにして、ボーカルの歯擦音（「ess」音）を軽減（ディエッシング）するために使用できます。[ 15 ]
圧縮は、単側波帯（SSB）変調を使用するアマチュア無線の音声通信で使用され、特定の局の信号を遠方の局でより読みやすくしたり、自分の局の送信信号を他の局よりも目立たせたりします。これは特にDXingに適用されます。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増加させ、送信信号強度を増加させます。最新のアマチュア無線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でも使用され、特に業務用トランシーバーやリモートコントロールディスパッチコンソールの送信音声で使用されます。[ 16 ]
放送では、音の知覚される音量を増幅しつつ、音源のダイナミックレンジを縮小するために、圧縮が広く用いられています。過変調を避けるため、ほとんどの国では放送事業者が放送できる瞬間的な最大音量に法的制限が設けられています。通常、これらの制限は、放送経路に常時接続された圧縮装置によって満たされます。
放送局は、同業他社よりも自分の放送局の音量を大きくするためにコンプレッサーを使用します。その効果は、特定の音量設定で、より強く圧縮された放送局がリスナーに際立って聞こえるようにすることです。[ 12 ]これはチャンネル間の違いに限ったことではなく、同じチャンネル内の番組素材間にも存在します。音量の違いは、特にテレビCMやプロモーションが大きすぎるように感じられる場合、視聴者からの苦情の頻繁な原因となります。
欧州放送連合（EBU）は、放送局や機器メーカーなど240名以上のオーディオ専門家で構成されるEBU PLOUDグループでこの問題に取り組んできました。2010年、EBUはオーディオの計測と正規化の新しい方法を導入したEBU R 128を公表しました。この勧告では、ITU-R BS.1770ラウドネス計測が使用されています。2016年現在ヨーロッパのいくつかのテレビ局が新しい規格への支持を表明しており[ 17 ] [ 18 ]、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ーをサポートする製品を発表している[ 19 ] 。
オーディオエンジニアが素材のラウドネス範囲を理解するのに役立つように（例えば、特定の配信プラットフォームのチャンネルに合わせるために圧縮が必要かどうかを確認するため）、EBUはラウドネス範囲（LRA）記述子も導入しました。[ 20 ]
ほとんどのテレビコマーシャルは、許容範囲内に収まりながら知覚される音量をほぼ最大にするために、高度に圧縮されています。これにより、テレビ視聴者がしばしば気づく問題が生じます。放送局が最小限に圧縮された番組素材から高度に圧縮されたコマーシャルに切り替えると、音量が劇的に増加するように感じられることがあります。ピーク音量は同じで、法律の条文を満たしているかもしれませんが、高度に圧縮されているため、コマーシャルの音声の大部分が許容される最大音量に近くなり、コマーシャルがはるかに大きく聞こえるのです。[ 21 ]
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音量を徐々に上げてきました。これは、ミキシングとマスタリングの際に、より高いレベルのコンプレッションとリミッティングを使用することで実現されています。コンプレッションアルゴリズムは、デジタルストリームのオーディオレベルを最大化するという目的の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、音楽の音色や音質に影響を与える可能性があります。音量を上げるためのこうした取り組みは、「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、コンプレッサーを使用して信号のダイナミックレンジを伝送または録音時に縮小し、その後拡張する処理（コンパンディングと呼ばれる）を行います。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や記録媒体の影響を軽減できます。
楽器用アンプには、スピーカーを損傷する可能性のある急激な高出力ピークを防ぐために、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、ベースラインの音量を均一にするために、ペダル型、ラックマウント型、またはベースアンプに内蔵されたコンプレッションエフェクトをよく使用します。
ゲインポンピングとは、通常の振幅のピーク（キックドラムなど）によってコンプレッサーによってミックスの残りの部分の音量が変化する現象で、音楽制作では一般的に避けられています。しかし、多くのダンスやヒップホップのミュージシャンは、この現象を意図的に利用し、ビートに合わせてミックスの音量をリズミカルに変化させています。[ 22 ]
補聴器は、コンプレッサーを使用して音声の音量をリスナーの聴力範囲に調整します。患者が音の方向を認識できるように、一部の補聴器は両耳圧縮を使用します。[ 23 ]
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でも聴覚保護に使用され、通常の音量の音は正常に聞こえるようにしながら、より大きな音を減衰させ、場合によってはより小さな音を増幅します。これにより、たとえば射撃場で聴覚保護具を装着した射撃手は、銃声の非常に大きな音を大幅に減衰させながら、通常どおり会話することができます[ 24 ]。同様に、ミュージシャンは、ドラムやシンバルクラッシュなどの大きな音から保護されながら、静かな音楽を聴くことができます。
機械学習の応用において、アルゴリズムが音声サンプルでトレーニングを行う場合、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拡張する方法である。[ 25 ]
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、程度と知覚される効果が異なります。リミッターは、高い比率と一般的に速いアタックタイムを持つコンプレッサーです。10:1以上の比率で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。[ 26 ]
ブリックウォールリミッティングは、非常に高い比率と非常に速いアタックタイムを持ちます。理想的には、これによりオーディオ信号がしきい値の振幅を超えることがなくなります。20:1 から ∞:1 までの比率はブリックウォールとみなされます。[ 26 ] 瞬間的かつまれなブリックウォールリミッティング以上の音響結果は、耳障りで不快なため、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より一般的です。
一部のベースアンプやPAシステム用アンプには、急激な音量上昇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搭載されています。
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へのゲインを制御します。[ 27 ]エフェクトユニットにおけるサイドチェーン圧縮の初期の革新者は、1974 年のEventide Omnipressor でした。 [ 28 ]サイドチェーンを使用すると、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ると、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（話す際に音楽の音量を自動的に下げる機能）を行うために使用されます。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るため、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制御を備えたサイドチェーンは、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、 6～9 kHz の範囲のボーカルの歯擦音のレベルを下げることができます 。[ 29 ]音楽制作におけるサイドチェーンのもう 1 つの用途は、バスドラムが全体的なヘッドルームの損失につながる過剰なピークを引き起こすことなく、大きなベーストラックを維持することです。[ 27 ]
コンプレッサーを並列信号経路に挿入することを並列圧縮と呼びます。これは、圧縮比が比較的低く、コンプレッサーの音が比較的ニュートラルである限り、大きな可聴上の副作用なしにダイナミックコントロールを容易にするアップワード圧縮の一種です。一方、2 つの並列信号経路のいずれかで、大きな可聴上のアーティファクトを伴う高い圧縮比を選択することもできます。これは、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、ニューヨーク圧縮またはモータウン圧縮と呼ばれる芸術的効果として使用されています。線形信号とコンプレッサーを組み合わせてから、圧縮チェーンの出力ゲインを下げると、ピークの低減なしに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、低レベルでのみ合成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、異なる周波数帯域で異なる動作をすることができます。マルチバンド圧縮のフルバンド幅圧縮に対する利点は、特定の周波数範囲に関連する問題を、他の無関係な周波数で不要な圧縮を行うことなく解決できることです。欠点は、周波数固有の圧縮はフルバンド幅圧縮よりも複雑で、より多くの処理能力を必要とし、位相の問題を引き起こす可能性があることです。[ 30 ]
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を通して分割することで動作します。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、信号は再結合され、結合された信号が不要なピークレベルを生成しないように、追加のリミッティング回路が使用される場合があります。
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ですが、デジタルオーディオワークステーションのプラグインセットに搭載されることで、ミキシングエンジニアの間での使用が増加しています。TC Electronic Finalizerには3バンドコンプレッサーが搭載されており、2000年頃には人気のオーディオマスタリングツールでした。 [ 31 ]
ラジオ局の放送信号処理回路では、過変調を避けつつ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ます。商業放送においては、音量が大きいことはしばしば有利とみなされます。
近年、アグレッシブなマルチバンド圧縮（Ableton Liveの標準マルチバンドコンプレッサーのプリセットにちなんでOTTと呼ばれる）は、ダブステップのようなラウドなエレクトロニックミュージックジャンルでよく追求される特定の音響特性と関連付けられるようになった。[ 32 ]
シリアルコンプレッションは、サウンドレコーディングやミキシングで使用されるテクニックです。シリアルコンプレッションは、信号経路内で2つのかなり異なるコンプレッサーを使用することで実現されます。一方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、もう一方のコンプレッサー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機器の内部信号ルーティングの標準であり、RMSコンプレッサー（一般的なゲイン制御用）の後に、高速ピークセンシングリミッター（過負荷保護用）が続きます。適切に行えば、強力なシリアルコンプレッションでも、単一のコンプレッサーでは不可能な自然なサウンドが得られます。これは、不安定なボーカルやギターの音量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、圧縮機能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を使用すると、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、複数のジャンルの音楽を含むプレイリストなど）の音量を均一にすることができます。これにより、音質の悪いスピーカーで再生する場合や、騒がしい環境（車の中やパーティーなど）で再生する場合の音質が向上します。
2014 年 1 月にJournal of the Audio Engineering Societyに掲載された記事で、Emmanuel Deruty と Damien Tardieu は、音楽オーディオ信号に対するコンプレッサーとブリックウォールリミッターの影響を記述した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を使用しました。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何をするかについての客観的なデータを提供します。[ 33 ]
5 つの信号記述子が考慮されました。RMSパワー、EBU R 128統合ラウドネス[ 19 ] 、クレスト ファクター、R 128 LRA [ 20 ]、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レベルを表し、R 128 ラウドネスは知覚レベルを表します。[ 19 ]信号のピークと平均パワーの差であるクレスト ファクター[ 33 ]は、 TT Dynamic Range Meterプラグイン[ 34 ]のように、マイクロ ダイナミクスの測定の基礎として考慮されることがあります。最後に、R 128 LRA は、マクロ ダイナミクスまたは音楽的な意味でのダイナミクスの測定として繰り返し考慮されてきました。[ 33 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]
テストしたリミッターは、信号に次のような影響を与えた。
言い換えれば、リミッターは物理的レベルと知覚的レベルの両方を増加させ、クリップされたサンプルの密度を増加させ、クレストファクターを減少させ、リミッティングの量が相当な場合、マクロダイナミクス（LRA）を減少させる。
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、 一方では高速アタック（0.5ms）、 他方では低速アタック（50ms）を使用した。メイクアップゲインは無効になっているが、結果として得られるファイルは正規化されている。
アタックタイムを速く設定したテスト対象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。
言い換えれば、アタックの速いコンプレッサーは、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る。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る。
アタックタイムを遅く設定した場合、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、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るが、クレストファクターとクリップされたサンプル密度には影響を与えない。
業界標準はなく、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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