• 动态处理器:压缩器/限幅器

    1. 引言
    使用压缩(compressor)器的目的是降低最响信号的电平。通常使用压缩的理由如下:

    注:如果你还没有,请一定要先阅读[U]动态处理器简介。

    • 控制信号的能量. 人耳能察觉到信号的能量变化。我们可以用RMS值这样的数学方式来表示信号的能量(约等于它的绝对平均值) 。人耳对能量的变化非常敏感,所以能量变化应该始终平滑和细微以使人耳不易察觉。此外,突然的或者极度的压 缩可能会作为一种效果来使用,但是这通常使用在录音应用上,不会用在实况声上。

      如此,我们就可以使歌手的声音受控,补偿由于嘶吼或者离话筒太近而产生的高电平,并由此使歌声电平更为平坦 。


    • 控制信号的峰值电平>. 很常见的是,我们的设备会由于自身的峰值信号容纳能力而受限。在混音台各个信号路径的放大可能会饱和。功率 放大器可能会削波。扬声器可能会由于单元过度偏移而开始损坏。在这些情况下,我们应该关心如何控制信号的峰 值电平,所以我们更需要一种处理用来做限制,而不仅仅是压缩。


    • 减少信号的动态范围. 动态范围是指最响和最轻信号之间的差异。如果我们衰减一个信号的峰值,就等于减少了它的动态范围。由于很多 设备都有峰值限制(功率放大器、录音设备),这就允许我们增加信号的RMS电平。


    除了压缩RMS或者峰值电平,监测电路也应基于RMS或者峰值。有些压缩器的监测可在基于平均(RMS,最 常见的选项)电平压缩或者基于瞬态(峰值)电平压缩之间选择。监测RMS电平的方式也有差异:高质量的压缩 器监测真正的RMS,而廉价的压缩器只是做近似值。

    让我们再来了解何为限幅器。限幅器实际上只是压缩器的一种形式。我们可以说压缩是平滑的衰减,而限幅则是较 为生硬。我们经常可以见到压缩器上带有限幅器的功能,在一台设备上同时提供压缩和限幅。一般来说,限幅器这 个专业术语也同更快的时间,尤其是启动时间联系在一起,只需始终避免信号电平超过指定的最大值。标准的压缩 器一般可以调节比率的范围,这就允许它同时拥有压缩和限幅的功能,这也就是我们称其为压缩器/限幅器的原因。

    2. 控制
    压缩是个困难的工作,根据信号的类型,它可能需要完全不同的调试参数。因而需要大量的控制。下图展示了一台 有最常见控制功能的压缩器。


    以下给出了压缩器上提供的最常见的控制。你的设备上可能不一定都有,或者你的设备上可能会有更 多:

    • 门限. 当超过这个设定的电平,处理器开始压缩(即衰减、降低音量)。
      以下的插图表示的是信号通过较高的门限电平(左图)和较低的门限电平(右图)处理后所得到电平。在第一个范 例中,第三个信号峰值未做处理而通过。





    • 启动时间. 它是当信号超过门限电平,开始压缩的触发时间。根据设备的品牌和型号,最小的启动时间可能在50至500u s(微秒)之间,而最大的启动时间在20至100ms(毫秒)范围内。有时候这些时间并不被标示为时间,而 是以每秒钟的dB数的斜率表示。快的时间可能会产生失真,因为它们改变了更慢速的低频的波形。例如,在10 0Hz上的周波持续10ms,因此一个1ms的启动时间有时间来改变波形,从而产生失真。

      对于期望低动态的母带后期制作和调频广播应用,专门有一种多段式压缩器(也被称为分段式压缩器),它可将频 谱划分为多个频段,以不同的压缩时间(高频较快,低频较慢)分别进行压缩,然后再整合成单个信号。这种最小 化的压缩在当达到最高压缩的时候也不会诱发失真,并避免音色发暗,压缩方面的效果在以后会有解 释。

      在有限制的应用中,我们想要避免扬声器损坏,启动时间设得越长,设备损坏的风险越高。然而,太快的启动时间 会引发失真…我们开始意识到选择正确的时间的困难性。


    • 释放时间. 它与启动时间正好相反,也就是说,这个时间是信号从被处理状态(衰减)到不被处理之间的时间。释放时间要比 启动时间长很多,它的范围从40-60毫秒至2-5秒,这取决于设备。有时候这些时间并不被标示为时间,而是以每秒钟的dB数的斜率表示。一般来说,释放时 间应该尽可能短以防止由于压缩激活和不激活的循环而产生的“抽气”效应。这些循环会激发震荡信号(通常是低 音鼓和低音吉他)并改变本底噪声,产生“呼吸”效应。

    有些型号的压缩器会提供一个保持时间的控制,尽管它并不常见(在噪声门上有此功能)。当需要设置快速的释放 时间时,通过设置保持时间长于最低频率的周波,就可以帮助避免低频失真。例如,对于20Hz可设置为50毫 秒。那样的话,压缩器延缓一个周波来完成,从而避免波形失真。

    • 压缩比率. 这个参数指定了应用于信号的压缩(衰减)的量。它的范围一般在1:1(读作一比一,表现为一致的增益,即根 本不做衰减)到40:1(四十比一)之间。此比率以分贝表现,例如6:1的比率,意味着当一个信号超过门限 6dB时,将被衰减至门限之上的1dB,而当一个信号超过门限18dB时,将被衰减至门限之上的3dB。同 样的,3:1(三比一)的比率意味着一个信号超过门限3dB将被衰减到1dB。对于20:1及以上的比率, 压缩器则被认为是工作在限幅器状态下,尽管理论上来说限幅器的压缩比率应该为无穷大比一(无论输入电平是多 少,它总是被衰减到门限的电平,所以一旦到了启动时间,输出永远不会超过门限)。我们可以说大约3:1的比 率是适度的压缩,5:1是适中的压缩,8:1是强烈的压缩,而当超过20:1(或者10:1,取决于你的要 求)则为限幅。

      下图表示的是原始信号和压缩比率范围从适度的到最大的(限幅)压缩信号电平。压缩比率从左到右分别为3:1 、1.5:1和无穷大:1(注意有轻微的过冲因为有一定的启动时间来将信号降低到门限电平)。



    某种程度上来说,压缩比率与门限有一定的联系,因为同时增加比率并降低门限将导致对信号做更多 的压缩。
    通过输入输出比的图表能跟科学地表示压缩。我们可以在设备的用户手册中找到这种图表。45度的直线代表不做 动态处理,也就像一根(无损的)连接电缆。在门限之上(我们随意设置为0dB),这条45度的直线有所偏离 并形成另一条带有斜率的直线,那就是降低高电平的压缩比率。无穷大:1的直线显示为无斜率,因为我们不论输 入信号是什么都强制输出信号永不超过门限电平。

    注:如果你觉得这个图表难以理解,那就先找到一个输入电平(横坐标)并随着它直线向上直到你找到其中一条压 缩线。将那一点沿直线一直往左到输出电平(纵坐标)并检查电平降低。例图中用灰色虚线显示的是在2:1的压 缩比率下,一个+10dB的输入电平是如何成为+5dB的输出的。




    • 拐点. 在压缩器上能找到,它允许控制选择处理和不处理状态之间的过渡。通常你会得到“软拐点”和“硬拐点”的选项 。有时这个控制可以允许选择两种拐点间的任意位置。有时软拐点压缩也被称为”OverEasy”,比如DB X品牌的压缩器。软拐点使压缩更平滑和渐进。





    • 立体声链接. 一般来说,当动态处理器用来处理立体声信号,我们需要能将两个通道的处理链接起来以便同时处理两个通道。否 则声相会由于从中间移到其中一边或另一边而变得混乱。单声道的压缩器往往会带有链接的功能,可以连接到另一 台设备并同步压缩处理。


    • 输出增益. 由于压缩产生了衰减,此功能可以通过提升输出音量来做补偿,实际上这个控制也常常被称为“补偿增益”,因为 它补偿了压缩引起的衰减。或者说,考虑到压缩器降低了动态或是信号,我们可以提升输出增益来充分利用连接到 压缩器的设备可得到的余量,不过那样也意味着提高了存在于信号中的背景噪声。为避免后者,压缩器经常与噪声 门配合在一起使用,噪声门也可能自带于压缩器中。


    • 自动模式. 用它来自动控制基于信号特征的一些压缩器参数(一般为启动和释放时间)。变得越来越普遍。这种控制使那种工 作模式成为可能。一般来说,当需要进行人耳不易察觉的压缩时自动模式压缩工作得相当不错,而如果需要特殊的 效果则可使用手动模式。


    • 侧链监听. 具有侧链功能(稍后解释)的压缩器通常会提供一个侧链信号路由到压缩器输出的开关,它允许进行监听,可帮助 我们进行故障排解和压缩器设置。


    • 旁路. 允许对比压缩的和不压缩信号。正确的对比需要匹配压缩的和不压缩信号的电平(这时候可以使用输出增益控制功 能)。


    3. 电平表

    一般来说,压缩器都至少有某种形式表明衰减(压缩)的电平表,它一般是一排发光二极管指示灯。它会告知操作 者应用了多少衰减,以便操作者判断信号是否被正确地压缩(是否压缩过多或过少)。此电平表至少在某些时候应 该显示为0dB(即不压缩),否则某些压缩就只是连续地降低增益,通过音量控制可以很好地完成 。


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