調(diào)音臺之信號處理設(shè)備之壓限器詳解

調(diào)音臺之信號處理設(shè)備之壓限器詳解

壓限器是壓縮器和限制器的組合設(shè)備，由于它具有多種特性，在擴(kuò)聲系統(tǒng)、錄音系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)中有諸多應(yīng)用。例如：給鼓聲增加堅實(shí)渾厚感；為吉他、弦樂增添弦外之音；使演唱聲更加圓潤；提升混合低電平信號；減少手持話筒拾音起伏；降低音樂大起大落變化；保護(hù)擴(kuò)聲系統(tǒng)不過載；數(shù)/模轉(zhuǎn)換；進(jìn)行壓縮處理等。同時，這種設(shè)備多數(shù)增設(shè)了擴(kuò)展門，用于音樂寧靜或間歇間的噪聲切除，使其應(yīng)用范圍更廣，更靈活。另外，還附設(shè)了邊鏈輸入、輸出插孔，進(jìn)行外控，使其應(yīng)用更加多樣化。要充分發(fā)揮壓限器的作用，必須全面了解它的原理特性和相應(yīng)的功能調(diào)節(jié)。

（一） 壓限器的工作原理
以美國Furman Sound公司生產(chǎn)的LC-6為例說明，它與日本YAMAHA
GC2020II型、美國dbx266XL、美國DOD866II相類似。LC-6的原理方塊圖如圖4-4所示。它由六個部分組成：輸入、壓控放大（VCA）、輸出、檢測/控制、擴(kuò)展門和電源。
輸入的聲信號經(jīng)平衡輸入放大器，進(jìn)入輸入增益放大器（增益調(diào)節(jié)范圍從—20dB～+20dB），做適當(dāng)?shù)脑鲆嬲{(diào)節(jié)，直接送出或反相后做平衡輸出。另一路信號到輸出電平檢測器（有的機(jī)器采用壓控放大器的輸入端信號，稱輸入電平檢測器），輸出電平檢測器對此信號的電平大小用壓縮門限（壓縮閾）去鑒別，壓縮閾可調(diào)（-40dB～+20dB），對于低于這個閾的信號，輸出電平檢測器不控制壓控放大器，壓控放大器做正常的放大輸出，對于高于這個閾的信號，輸出電平檢測器以一定的動態(tài)壓縮比、啟動時間、恢復(fù)時間去控制壓控放大器增益變化（靠阻抗變換）。同時，在壓控放大器輸出端與輸出電平檢測器輸入端之間安排了邊鏈插孔，它與調(diào)音臺上的插入插孔（INS）類似，在邊鏈插孔輸出口（Side Chain Output）可將壓控放大哭喊的輸出信號直接引出，并切斷進(jìn)入輸出電平檢測器的通路。邊鏈輸入插孔（Side Chain Input）可將超過壓縮閾的外控信號引入，通過輸出電平檢測器去控制壓控和放大器的輸出（有的邊鏈插孔安裝在壓控放大器輸入端品上，其作用完全一樣）。此外，在輸入增益放大器前（有的在其后）引出信號到擴(kuò)展門檢測器，衽門控閾調(diào)節(jié)。引來的信號若低于門控閾，將做35dB的衰減，若高于門控閾的信號，擴(kuò)展門檢測器輸出信號去控制壓控放大器工作，其作用與輸出電平檢測器相反，并且獨(dú)立工作。

（二） 壓限器的工作特性曲線
壓限器的工作狀態(tài)完全取決于電平檢測器的調(diào)節(jié)。為簡單起見，將壓限器的輸入增益和輸出增益都放在0dB電平上。輸入信號和輸出信號用相對量dB數(shù)表示，設(shè)壓縮閾在—40dB處，壓縮比2:1,橫坐標(biāo)表示送到輸出電平檢測器的輸入信號（dB），縱坐標(biāo)表示整機(jī)輸出信號(dB)，以壓縮閾為基準(zhǔn)，輸入信號變化20dB，輸出信號動態(tài)變化10dB，壓縮比等于輸入信號動態(tài)變化與輸出信號動態(tài)變化之比，即2：1，如圖4-5所示。同樣，若輸入信號動態(tài)變化40dB，按2：1壓縮，輸出信號動態(tài)變化為20dB。從圖4-5（b）中可以看出壓縮比不是絕對量的比，即不是輸入信號dB值與輸出信號dB值之比。該圖中也表示出啟動時間和恢復(fù)時間的含義。壓縮比∞:1，壓縮閾變成了限制閾。圖4-5(b)表示壓縮閾從—40dB移至+20dB處的情況，值得注意的是，圖中橫坐標(biāo)表示送到輸出電平檢測器的輸入信號，輸出增益調(diào)節(jié)改變了壓縮曲線的縱向基點(diǎn)位置。

（三） 有關(guān)功能鍵
（1） 輸入增益（Input
Gain）：調(diào)節(jié)相對于壓縮閾的信號電平大小，0dB表示對輸入平衡放大器的信號不提升，也不衰減。正dB表示提升，意味著更多的輸出信號被壓縮。
（2） 門閾（Gate
Threshold）:調(diào)節(jié)門控限，低于此限的信號，包括噪聲，使其增益衰減35dB。順時針方向調(diào)，表示門控限提高，更多的信號處于門控限下被衰減。反時針調(diào)滿，門閾關(guān)閉。此門閾不受輸入增益控制的影響。
（3） 啟動時間（Attack
Time）:表示將從輸出電平檢測器檢測到壓縮閾以上的信號壓縮至規(guī)定的壓縮比值所需要的時間，順時針方向調(diào)，減慢這個過程，反時針方向調(diào)，加速這個過程。它是檢測部分和壓控部分對信號電平增長的快慢反應(yīng)。
（4） 恢復(fù)時間（Release
Time）:表示壓縮部分（輸出電平檢測器和壓近代放大器部分）對信號電平下降的反應(yīng)快慢。從壓縮狀態(tài)返回到壓縮閾值以下正常狀態(tài)所需的時間。
（5）壓縮比（Ratio）:調(diào)節(jié)壓縮作用的強(qiáng)弱。3：1表示壓縮閾以上的信號每增加3dB,在輸出端只增加1db；1：1表示壓限器不起壓縮作用；超過5:1，有明顯的壓縮作用；超過10:1，有明顯的限制作用；∞：1表示壓限器起限制器作用，壓控放大器輸出不再增長。壓縮閾成為限制閾。
（6） 壓縮閾（Compress
Threshole）:調(diào)節(jié)受壓縮的信號電平基準(zhǔn)。反時針方向調(diào)，受壓縮的信號多，順時針方向調(diào)滿，在+20dB上，大部分信號都不受壓縮。
（7） 輸出增益（Output Gain）:用于恢復(fù)信號壓縮處理過程中的總體增益，它僅影響整機(jī)輸出。
（8） 正常/連接立體聲開關(guān)（Normal/Linked
Switch）:雙聲道用于立體聲時按下它，增益衰減由聲道1主控，保留聲音的原來平衡狀況和聲像，聲道1的啟動時間、恢復(fù)時間、壓縮比、壓縮閾控制著兩個聲道。但聲道2的輸入增益和輸出增益控制仍起作用為平衡起見，一般調(diào)節(jié)與聲道1相同。但此鍵彈出時，兩個聲道獨(dú)立工作。
（9） 增益衰減表（Gain Reduction
Meter）：表示增益衰減大小。以5dB為一級，第一個燈亮表示只作1dB增益衰減。
（10） 接地開關(guān)（Ground
Switch）：它是機(jī)器后蓋上的一個開關(guān)。機(jī)器各線路板公共端接往電源地線與機(jī)架金屬欄桿形成地環(huán)路，可能引起哼哼聲，此開關(guān)往上接，隔開機(jī)架與所有信號地線，切斷地環(huán)路。但電源地線與機(jī)架仍然接通，以保證安全和屏蔽射頻干擾。
（11） 邊鏈輸入和輸出（Side Chain input and
output）：有特殊應(yīng)用（詳見后面章節(jié)）。

四） 有關(guān)調(diào)節(jié)
（1） 關(guān)于擴(kuò)展閾的調(diào)節(jié)：一般情況下，擴(kuò)聲設(shè)備檔次較高，接入擴(kuò)聲系統(tǒng)，所有設(shè)備找開，功能鍵放在正常工作狀態(tài)，整個擴(kuò)聲系統(tǒng)處于靜態(tài)工作狀態(tài)，不加聲源信號，系統(tǒng)噪聲聲不大，耳朵可以容忍，不產(chǎn)生煩噪感。這時，擴(kuò)展門可關(guān)閉不用。若擴(kuò)聲系統(tǒng)噪聲較大，可將門閾提起（有的機(jī)器用紅燈指示），直到僅能聽見少許噪聲為止，保證最低音樂信號都能通過，放聲自然。有音樂時，門控打開，音樂信號通過（有的機(jī)器用黃燈指示），無音樂信號時，門關(guān)閉，將門閾以下的噪聲衰減35dB.
（2）啟動時間的調(diào)節(jié)：調(diào)到1ms以下時，會產(chǎn)生“喘息”效應(yīng)。調(diào)短些，潛在瞬態(tài)危險不產(chǎn)生，有利于后接的高靈敏機(jī)器設(shè)備的保護(hù)，但不利于音樂信號瞬態(tài)特性的保留（例如：打擊樂）。對于打擊樂，應(yīng)調(diào)到大于10ms，給予夸張，使樂凌晨豐滿。啟動時間調(diào)長些，壓縮作用呈“軟膝蓋”特性。恢復(fù)時間調(diào)長些，壓縮作用平滑自然，但有礙大信號后緊跟的小信號的表現(xiàn)。
（3） 壓縮比的調(diào)節(jié)：1：1表示壓縮器不起壓縮作用，高于5：1的壓縮，壓縮猛烈，壓扁了聲音，平均音量有所增加，聽音容易產(chǎn)生疲勞感。高于10：1的壓縮，起明顯的限制作用?！蓿?起完全的限制作用，此時，壓縮閾變成限制閾，閾前信號處于放大狀態(tài)。就普通音樂資料而言，啟動時間調(diào)在1ms～5ms間，恢復(fù)時間調(diào)在500ms以上，壓縮比調(diào)在5:1以下為宜。

（五） 擴(kuò)聲系統(tǒng)中主通道上壓限器的連接
壓限器在主通道上的連接關(guān)鍵是壓限器放在起房間均衡補(bǔ)償作用的均衡器之前還是之后的問題，如圖4-6所示。有人特別強(qiáng)調(diào)把壓限器放在房間均衡器之后，其主要理由是保護(hù)后接的功放和音箱，并且可把房間均衡器引入的噪聲切除。其實(shí)，這是對壓限器的功能不甚了解，忽略了其功能鍵調(diào)節(jié)的相互關(guān)系的緣故。
如果壓縮比調(diào)在∞：1，壓限器起限制作用；壓縮閾調(diào)在+20dB上，基本上讓聲音信號都通過；輸出增益調(diào)在+20dB，壓限器的輸出，接往激勵器，電子分頻的信號高達(dá)+40dB,這樣，即使壓限器起限制作用，也無濟(jì)于事，難于保護(hù)功放或音箱。何況電子分頻器又有高、中、低三個頻段提升量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)不當(dāng)，可使功放過載，損壞功放，燒毀音箱，因此，必須做綜合調(diào)整，否則將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。
有人認(rèn)為帶噪聲門的壓限器放在房間均衡器之前，會大大增加擴(kuò)聲系統(tǒng)的噪聲，其實(shí)這是一種表面現(xiàn)象。我們不妨作一個基本估計，壓限器本身的靜態(tài)噪聲為—95dB,房間均衡器的靜態(tài)噪聲為—95dB,若把壓限器放在房間均衡器之前，把房間均衡器刻度頻率點(diǎn)的提升量放在極端狀態(tài)+12dB，忽略房間均衡器后接的激勵器和功放的噪聲，并把它們對噪聲的放大量+38dB考慮進(jìn)去，那么，從功放輸出端出現(xiàn)的噪聲為—95dB+12dB+38dB=—45dB。如果把壓限器放在房間均衡之后，用其噪聲門切除前面房間均衡器引入的噪聲，把壓限器本身的表態(tài)噪聲考慮進(jìn)去，那么，從功放輸出端出現(xiàn)的噪聲為—95dB+38dB=—57dB?？梢姡@兩種情況對擴(kuò)聲系統(tǒng)的噪聲并沒有多少影響。
從另一角度來看，房間均衡器置于壓限器之前時壓限器用作壓縮器，盡管壓限器上的立體聲連接鍵被按下，但對立體聲的壓縮作用依然很明顯，立體聲放聲效果差，信號動態(tài)被壓縮，從而使音樂層次感變差。如果壓限器的壓縮比又調(diào)得較大，這時，利用房間均衡器進(jìn)行房間均衡補(bǔ)償有時顯得很困難，比如：對某些刻度頻點(diǎn)提升12dB，4：1的壓縮比，經(jīng)壓限器后被壓縮成3dB提升量，這對某些歌舞廳來說是不利的，若壓縮閾放在—20dB上，利用房間均衡器抑制某些嘯叫頻率作用不明顯，如衰減12dB，在壓限器上卻只衰減了約3dB。由此可見，在卡拉OK廳、歌廳、音樂廳、多功能廳里的擴(kuò)聲系統(tǒng)中，最好將房間均衡器接在壓限器之后，壓限器可對比較猛烈的音樂信號進(jìn)行壓縮處理，用房間均衡器進(jìn)行均衡補(bǔ)償，使立體聲放聲效果、音樂層次以及臨場感得到恢復(fù)（不是擴(kuò)展器的擴(kuò)展作用）。但這樣連接后，房間均衡器對某些頻點(diǎn)提升12dB,是否對功放不利，容易造成過載呢？一般功放工作時，都留有3～4儲備量，功放的最大不失真功率等于功放的額定功率的2倍，絕大多數(shù)功放都能隨音樂峰值功率，音樂峰值功率等于功放額定功率的4倍，所以，房間均衡器提升某些頻點(diǎn)12dB（4倍）的音樂信號不會使軾放過載燒毀。目前，許多卡拉OK廳，不再配置壓限器，只要操作者熟練，功放留有儲備量，一般不會產(chǎn)生功放過載、音箱燒毀現(xiàn)象。在專業(yè)DISCO舞廳，放聲功率要求很大，聲壓級達(dá)到110dB，音樂信號起伏猛烈，必須將房間均衡器放在壓限器之前，利用壓限器當(dāng)做限制器，統(tǒng)調(diào)各設(shè)備的增益，達(dá)到保護(hù)功放的目的。

（六） 壓限器的一些特殊應(yīng)用
（1） 壓限器可用于畫外音壓縮或用于體育實(shí)況轉(zhuǎn)播（見圖4-7）。話筒輸入信號經(jīng)話筒放大器放大后，分成兩路，一路進(jìn)入混合器，另一路進(jìn)壓限器的邊鏈輸入端，通過輸出電平檢測器去控制壓控放大器起壓縮作用。當(dāng)對白聲音或解說員聲音出現(xiàn)時，聲信號經(jīng)過放大，一方面送出，另一方面去控制壓限器起壓縮作用，將壓限器輸入端進(jìn)來的背景音樂聲或場地比賽聲壓縮下降。當(dāng)對白聲音或解說員的聲音不出現(xiàn)時，壓限器不受控，進(jìn)行普通放大，使背景音樂或比賽場地聲音自動上升。利用實(shí)況轉(zhuǎn)播調(diào)音臺，可輕而易舉地實(shí)現(xiàn)圖4-7的連接。話筒插入調(diào)音臺，利用該路上的直接輸出接到壓限器邊鏈輸入端，背景音樂進(jìn)壓限器，壓限器輸出接到調(diào)音臺的另一線路輸入端上，然后在調(diào)音臺上混合，再經(jīng)調(diào)音臺送出去。將壓縮比調(diào)低，啟動時間和恢復(fù)時間調(diào)長，用以控制背景音樂或比賽場地聲音。
（2） 去除擴(kuò)聲系統(tǒng)的嘶嘶聲或講話、演唱中的齒音，其連接方式見圖4-8所示，利用圖表均衡器的輸入輸出與壓限器的邊鏈插孔的輸出、輸入對接。即壓限器的邊鏈輸出進(jìn)圖表均衡器的輸入端，圖表均衡器的輸出進(jìn)壓限器的邊鏈插孔的輸入端。嘶嘶聲的頻點(diǎn)將在2.5kHz～10kHz間逐個提升，若仍有嘶嘶聲，則說明不是該頻點(diǎn)，應(yīng)放回0dB處。若提升某頻點(diǎn)，嘶嘶聲消失，則該頻點(diǎn)便是嘶嘶聲頻率，它控制了擴(kuò)聲系統(tǒng)的嘶嘶聲。一般啟動時間和恢復(fù)時間要調(diào)得短些，壓縮比調(diào)到低于8:1。
（3） 在演唱表演場合，為防止因演員過高的演唱聲而產(chǎn)生的失真或演唱人手持話筒距離嘴太近而導(dǎo)致音量過大產(chǎn)生的失真，可將壓縮閾調(diào)高，對過高的聲音進(jìn)行壓縮和增益衰減，保持歌聲動態(tài)完整。
（4） 利用擴(kuò)展門與壓限器的相反作用。例如：在會議室里，多個話筒打開，調(diào)節(jié)門控閾，只對講話人聲拾音，將旁邊的雜音或翻動講稿的聲音或過多的混響尾聲衰減、切除。
許多專業(yè)音響設(shè)備，由于其功能的多樣性，導(dǎo)致其使用的靈活性。不存在單一刻板的使用模式，壓限器便是其中的一種。只有充分了解它的工作特性，才能運(yùn)用自如，按照不同的場合，運(yùn)用不同的連接方式，達(dá)到不同的使用目的。