動态範圍(英語:dynamic range)是可變化信号(例如聲音或光)最大值和最小值的比值。音頻信号的動态範圍被定義成最大不失真電平和噪聲電平的差。
雖然空氣振動所産生的聲音強度的最大值與最小值的差值(dB值),即動态範圍是很大的,但由于受人耳的生理特性所限制,可聽聲的動态範圍并不大。可聽聲波波長範圍是17.2mm~17.2m,波長17.2m(即頻率為20Hz,20℃時)的聲音是人耳能聽見的最低頻聲。可聽聲的聲壓範圍為2x10^-5 ~20Pa,對1kHz聲音通常以聽覺下限2x10^-5 Pa為0dB,這時聽覺上限可達120dB,即聽覺上限為下限的10^6 倍。
然而,這些生理上對聲壓感受的上、下限,并不是音響技術中所選擇的上、下限。因120dB已達痛阈,故上限選在110dB以下;又由于噪聲的原因,下限也不能選在0dB,它與錄音的環境噪聲有關,錄音室的噪聲一般規定不超過30dB。同時,最小聲音信号應高于噪聲電平10dB,這就是說,在音響技術中,聲音信号的動态範圍為110-(30 10)=70dB,或者說聲音信号的變化範圍大約為3000倍。顯然,它比人耳10^6 倍的正常聽覺範圍要小得多,而實際聲源的動态範圍,如語言為40~50dB,音樂約90dB,音響效果約100dB或更大一些,特别是後兩者的動态範圍都和聽覺範圍相接近。這就出現了可用聲頻信号的動态範圍與實際聲源的動态範圍的巨大差别,這種差别使聲音的“層次”級數減少,降低了重放聲音的質量。以往聲頻信号的動态範圍隻使用到70dB,比實際聲源的動态範圍110dB低得多,這樣就限制了還原聲音的質量。随着聲頻技術的發展,目前激光唱機等數字音頻設備的動态範圍已超過90dB,甚至達到了100dB以上。
音響應用技術中常用compressor(壓縮器)、limiter(限幅器)、expander(擴展器)和gate(噪聲門)等工具對音頻信号的動态範圍進行處理。
Compressor用于減小動态範圍。對于某些類型的音樂,譬如古典音樂,為了保證戲劇張力,保留足夠的動态範圍非常重要,但對于電子音樂,持續保持較大的響度更加重要。對音頻用compressor壓縮動态範圍,就能安全地放大音頻而不用擔心過載,經過這種處理的音頻比處理前的音頻有更大的響度,信号的幅度超過阈值compressor才會開始壓縮信号幅度。例如壓縮比例為x:1,意味着信号每超過阈值x dB,壓縮後變為超過阈值1 dB。Compressor的設置參數有阈值(THRESHOLD)、壓縮比(RATIO)、啟動時間(ATTACK)、恢複時間(RELEASE)。
Limiter限制了信号的最大幅度,當信号幅度達到或超過阈值時,它的幅度會被limiter壓縮到阈值。limiter相當于壓縮比例很大的compressor,一般而言,當compressor壓縮比例超過10:1,就可以看作limiter。
expander與compressor作用正好相反,會讓音量大的信号更響,讓音量小的信号更安靜,從而擴大了動态範圍。
Gate可以用于過濾呼吸聲或噪聲。當信号幅度小于阈值,信号幅度會被減弱到0,隻有幅度大于阈值的信号才能通過gate。
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