Динамическая обработка звуковых сигналов

В настоящее время существует большое количество различных устройств для динамической обработки звуковых сигналов – это компрессоры, пороговые ограничители (гейты), лимитеры и т.д. В таком многообразии нетрудно и запутаться... Какой прибор необходим в конкретной ситуации? Чем отличаются приборы, имеющие схожее действие, например, лимитер и гейт? И таких вопросов – множество, включая и наиболее часто встречающийся – для чего вообще нужна «динамическая обработка»?

Звуковой сигнал изменяется в очень широких пределах. Иначе говоря, звуковой сигнал имеет очень большой динамический диапазон. Чаще всего, возможности аппаратуры (особенно аналоговой) не позволяют записать исходный сигнал с натуральным динамическим диапазоном. Эта проблема стоит еще более остро, если сигнал надо передавать по каналам связи.

Все устройства динамической обработки можно разделить на два больших класса: по характеру взаимосвязи их коэффициента усиления и уровня входного сигнала. Если при увеличении уровня входного сигнала коэффициент передачи устройства уменьшается – то это компрессор или его разновидности. Если же при увеличении входного сигнала коэффициент передачи устройства также увеличивается – то это экспандер или гейт.

Компрессор.Название прибора происходит от английского глагола«tocompress» – сжимать. Это устройство для сжатия динамического диапазона исходного звукового сигнала. Компрессоры характеризуются амплитудными и временными характеристиками. Амплитудными характеристиками являются: степень компрессии и порог срабатывания. Эти характеристики отражены на амплитудной характеристике компрессора, показанной на рис. 6.1.

Из графика видно, что выходной сигнал равен входному до точки срабатывания (начала работы) компрессора – порогcpaбaтывания(Threshold)^*.Начиная с этой точки,выходной сигнал компрессораувеличивается в меньшей степени, чем входной, т.е. осуществляется компрессия. Мерой компрессии служит степень компрессии (Ratio).

Рис. 1. Амплитудные характеристики компрессора

Степень компрессии – это отношение величины приращения входного сигнала к величине вызванного им приращения выходного сигнала. При этом измеряемые величины выражаются в децибелах.

Любой компрессор, как, впрочем, и любое устройство динамической обработки вообще, содержит основной канал и канал управления

Рис. 2. Функциональная схема компрессора

Если отвлечься от конструктивных особенностей, то по характеру реакции на входной сигнал все компрессоры можно разделить на две большие группы: приборы с ручным управлением параметрами компрессии, и автоматизированные – с той или иной степенью автоматического управления этими параметрами.

В «ручных» все динамические параметры задаются пользователем, что обеспечивает очень большую свободу в выборе, для получения необходимых художественных результатов. Ведь не секрет, чтокомпрессором можно изменить исходное звучание до полной неузнаваемости. «Ручной» компрессор как раз и служит для специального изменения характера исходного звучания. В зарубежной литературе этот тип компрессоров часто называется creative – «творческий».

Пользователю для работы с ними необходима достаточно высокая квалификация, так как вместо улучшения звука его можно непоправимо испортить. Перекомпрессированный сигнал исправить в дальнейшемневозможно!

В автоматизированных компрессорах динамические параметры раз и навсегда установлены изготовителем, и их изменение пользователем невозможно. Как правило, большинство автоматизированных компрессоров существенно не изменяют динамические параметры звука, а только выравнивают исходное звучание, делают его более плотным и насыщенным.

Автоматизированные компрессоры, в свою очередь, можно разделить также на два больших класса: RMS^∗, и, условно говоря, «не–RMS».

«He-RMS» – это компрессоры, имеющие обычный детектор (иногда называемый пиковым), и один или несколько наборов заводских предустановок различных сочетаний времен срабатывания и восстановления. Как правило, один вариант предустановок компрессора предназначен для обработки какого-то одного типа сигналов, и только в этом случае работа такого компрессора будет действительно хорошей. Связано это с тем, что все сигналы имеют сильно различающиеся динамические параметры, причем эти параметры для различных звучаний могут отличаться в сотни и даже тысячи раз. Очевидно, что сочетание параметров, оптимальное для одного звучания, для другого, скорее всего, будет малопригодно.

Несколько особняком стоит RMS-компрессор – до недавнего времени экзотический тип компрессора для большинства наших звукорежиссеров. В последние годы все больше фирм приступает к их выпуску, что объясняется все большей популярностью этих компрессоров, как при звукозаписи, так и в «живой» концертной работе.

Этот тип компрессора должен реагировать на среднеквадратическое (эффективное) значение сигнала. Иначе говоря, RMS-компрессор реагирует непосредственно на мощность звукового сигнала, а не на его мгновенные значения, как обычный компрессор. Это, однако, вовсе не означает, что, взяв обычный компрессор и установив регуляторы Attack и Releaseна максимум,Вы получитеRMS-компрессор.Временныепараметры в настоящем RMS-компрессоре не являются чем-то раз и навсегда заданным, а сложным образом изменяются в зависимости от частоты, уровня и его спектра входного сигнала.

Это обеспечивает отсутствие «механистичности» в работе компрессора и очень малую заметность вмешательства компрессора в обрабатываемый сигнал. RMS-компрессор практически не изменяет динамику исходного музыкального сигнала, а только его как бы «подравнивает», уплотняет.

^∗RMS - RootMeanSquare (Среднеквадратическое значение). Ранее в электронике бытовало понятие «эффективное значение», и эти термины - синонимы.

Лимитер .В принципе,это не какой-то отдельный видкомпрессоров, а всего лишь один из частных случаев работы компрессора. Лимитирование отличается от компрессирования, прежде всего степенью компрессии. Для лимитирования достаточно перевести этот регулятор в положение Ratio = ∞, при этом независимо от приращения входного сигнала уровень сигнала на его вы ходе увеличиваться не будет. (Естественно, что речь идет о сигналах, лежащих выше порога срабатывания) Необходимо, однако, учитывать, что основное назначение лимитера – защита последующих узлов тракта от перегрузок.

Левеллер.Это еще одна разновидностьRMS-компрессора.Основное его отличие от обычного RMS – это гораздо большие постоянные времени детектора: до 10 секунд в некоторых моделях. Кроме того, они имеют несколько другую амплитудную характеристику.

На рис. 6.3 изображено семейство амплитудных характеристик левеллера при различных степенях сжатия. Независимо от Ratio сигнал с входным уровнем 0 дБ на выходе имеет такой же уровень, а сигналы с иными уровнями как бы подтягиваются к нему: более сильные ослабляются, более слабые – усиливаются. Причем, чем большее Ratio установлено, тем сильнее сигналы «прижимаются» к уровню 0 дБ (уровень 0 дБ здесь приведен только для примера).

Рис. 3. Амплитудные характеристике левеллера

Де-эссер, де-поппер.Это варианты частотно-зависимогокомпрессора, а точнее – полосового компрессора. Оба эти устройства обрабатывают только узкую полосу мешающего сигнала, не затрагивая всего остального. Отличие де-эссера и де-поппера в том, что де-эссер работает на высокочастотных сигналах, убирая «цыканье» и шепелявость. Де-поппер – наоборот, работает в низкочастотной области спектра, убирая бубнение.

Экспандер и гейт.Экспандер–это«компрессор наоборот»(отанглийского «toexpand» – расширять, растягивать). У него, как уже отмечалось, коэффициент передачи пропорционален уровню входного сигнала, т.е. чем громче входной сигнал, тем громче выходной.

Существуют две основных разновидности экспандера – «экспандер вверх» (upwardexpander) и «экспандер вниз» (downwardexpander).

Отличаются они по характеру реагирования на входной сигнал. «Экспандер вверх» обрабатывает сигналы, лежащие только выше порога его срабатывания, делая громкие еще более громкими. Тихие же сигналы, ниже порога срабатывания, он не трогает. В звукорежиссерской практике этот режим практически не используется, хотя про него часто говорят: «Хороший прибор, позволяет восстановить исходную динамику чрезмерно сильно зажатого компрессорами сигнала».

«Экспандер вниз», напротив, не «трогает» сигналы выше порога срабатывания, а только делает тише сигналы, лежащие ниже этого порога. По характеру своего действия на сигнал это устройство схоже с гейтом, и, как правило, применяется для аналогичных целей: для подавления слабых мешающих сигналов. В этом качестве «экспандер вниз» входит составной частью практически во все шумоподавители (денойзеры).

Гейт(от английскогоgate –клапан,ворота) –один из самыхраспространенных приборов динамической обработки. Функция Gate – полная противоположность сжатию и ограничению. Основное, изначальное назначение гейта – отсечка сигналов малого уровня, для которых он и является своеобразным клапаном, не пропуская их на выход.

На рис. 6.4 изображены три сигнала – входной (верхняя сигналограмма), сформированная генератором гейта огибающая (в середине) и результирующий выходной сигнал (внизу).

В момент превышения входным сигналом порога срабатывания запускается специальный триггер, который , в свою очередь, запускает формирователь огибающей гейта, и тот начинает последовательно вырабатывать три составных части управляющего напряжения. В первый момент после запуска формируется attack, затем сохраняется достигнутое состояние – до момента, когда входной сигнал станет меньше порога срабатывания. После того, как входной сигнал станет меньше порогасрабатывания, триггер изменяет свое состояние, и начинают формироваться следующие две части огибающей. Под действием этого напряжения управляемый усилитель изменяет свой коэффициент усиления и получается результирующий (обработанный гейтом) выходной сигнал.

Естественно, что динамика обработанного гейтом сигнала будет отличаться от исходной. Сигналы, лежащие ниже порога срабатывания, будут подавлены. Сигналы же выше порога будут зависеть от соотношения их исходной скорости и времени открывания гейта, т.е. результирующая сигналограмма может быть как более резкая, так и более плавная. Аналогично – и с процессом затухания сигнала.

Рис. 4. Диаграмма работы гейт