Компрессоры, лимитеры, гейты и экспандеры (Компрессоры. Регулировка и применение)

Содержание:

Введение

Динамическая обработка в современном продакшене является неотъемлемой частью процесса сведения. Если проанализировать популярные композиции в танцевальной стилистике, то можно отметить, что они звучат очень «громко» (правильнее сказать плотно). Такой эффект «громкого» звука - это следствие сужения динамического диапазона сигнала и последующее повышение уровня сигнала.
Динамическая обработка в большей степени применяется для упрощения процесса изменения громкости различных участков сигнала. Такую обработку также можно выполнить, используя автоматизацию громкости. Однако в некоторых случаях это занимает слишком много времени, поэтому не является целесообразным.
К динамической обработке относят автоматические регуляторы уровня - приборы, которые влияют на амплитудную составляющую сигнала. Автоматические регуляторы уровня сигнала могут работать по четырем алгоритмам: компрессор, лимиттер, экспандер и гейт.

Основная цель этого реферата – приобретение знаний о сложностях регулировки и применения приборов динамической обработки. Основной задачей же я ставлю разбор работы основных приборов (компрессор, лимиттер, экспандер, гейт). Так же я предоставлю список базовых значений настраиваемых параметров некоторых из них.

Глава 1. Компрессоры. Регулировка и применение

Что такое компрессор и для чего он нужен?
Компрессор – это прибор динамической обработки, который способствует уменьшению динамического диапазона сигнала путем уменьшения уровня его громких составляющих. Когда входной сигнал превышает пороговое значение, устанавливаемое вручную, коэффициент пропускания прибора меняется и становится меньше единицы. То, насколько сильно уменьшится коэффициент пропускания прибора, указывает параметр коэффициент компрессии (ratio), который также устанавливается вручную, и может находиться в пределах от одного до бесконечности (1:1 — ∞:1). Уменьшив пики фонограммы и усилив ее мы можем существенно повысить ее громкость и увеличить плотность звучания.
Компрессор – очень популярный прибор, им пользуются чуть ли не в любом звукоцехе.
Допустим, вы работаете над сведением роковой записи, средний динамический диапазон у нее 20 дБ. И вы хотите добавить в микс необработанный компрессором вокал. Средний динамический диапазон у вокала равен примерно 40 дБ. Чем это чревато для микса? Слишком тихие вокальные куски будут просто не слышны, а слишком громкие будут выпирать из общей картины. В данной ситуации компрессор необходим для уменьшения (компрессии) динамического диапазона вокала в пределах 10 дБ. В данном случае вокал будет находиться примерно на уровне +5 дБ. Диапазон - от 0 дБ до +10 дБ. Тихие фразы теперь будут выше самого низкого уровня сигнала в миксе, а громкие фразы не будут выпирать. Получается, что вокал занимает своё место в миксе. 
Тот же самый принцип работает для любого инструмента в миксе. У каждого инструмента есть свое место в миксе, а хороший компрессор помогает звукорежиссеру правильно их «смешать».
Еще широкое распространение получили компрессоры, работающие в определенной полосе частот, получившие названия полосовых компрессоров. С их помощью, зная частотный диапазон голосовых формант того или иного инструмента, можно «вытащить» этот инструмент на первый план фонограммы, не прибегая к использованию частотных фильтров. Полосовые компрессоры, работающие в верхней полосе частот (от 4000Гц и выше) используются для уменьшения уровня звучания свистящих согласных, убирания причмокиваний (слюней) и излишней артикуляции вокалистов и дикторов. Такие приборы получили название де-эссеры. Используются они, например, в такой ситуации.
Неопытный вокалист обычно допускает большие перепады в громкости. В результате некоторые слова тонут в общем звучании музыки, а другие, наоборот, слышны слишком громко. Поэтому при записи вокала всегда используется компрессия. Когда у вокалиста есть проблемы с шипящими звуками, а смена типа микрофона и его расположения не приводит к исправлению ситуации, тогда при сведении стоит использовать компрессор в режиме деэсера, в котором устраняются свистящие и шипящие согласные в вокальной партии. Если путем фильтрации при помощи внешнего эквалайзера подавить все низкие частоты, поступающие на вход канала управления, компрессор будет реагировать только на высокочастотные звуки. В таком случае сигнал, управляющий компрессором, формируется только из тех компонентов исходного аудиосигнала, что составляют свист и шипение. В этом и заключается принцип действия деэсера.
Важно отметить, что выбор частотных составляющих, на которые надо повлиять, производится на слух.

Как настроить компрессор?
Практически все приборы динамической обработки звука имеют ряд общих параметров и вот некоторые из них:
- Threshold - этот параметр позволяет установить значение, с которого компрессор будет работать (то есть сжимать аудиосигнал). Так, если мы установим в threshold -12dB, компрессор будет срабатывать только в тех местах динамического диапазона, которые превышают это значение. Если весь звук тише -12db, компрессор просто пропустит его через себя, никак на него не влияя.
- Ratio - он определяет насколько сильно будет сжиматься сигнал, превышающий threshold. Например, мы настроили компрессор с threshold -12dB, ratio 2:1 и подали на него барабанный луп, в котором громкость бочки равна -4dB. В нашем случае уровень бочки превышает threshold на 8dB. Эта разница в соответствии с ratio будет сжата до 4dB (8dB / 2). В сумме с необработанной частью сигнала это приведёт к тому, что после обработки компрессором громкость бочки составит -8db (threshold -12dB + сжатый сигнал 4dB).
- Attack - это время, спустя которое компрессор будет реагировать на превышение порога срабатывания. То есть, если время атаки выше 0ms, то компрессор начинает сжатие превышающего threshold сигнала не мгновенно, а спустя указанное время.
- Release - противоположность атаке - значение данного параметра позволяет указать спустя какое время с момента возврата уровня сигнала ниже threshold компрессор прекратит сжатие.
- Колено или излом (Hard/Soft Knee). Этот параметр определяет как быстро будет применяться коэффициент сжатия (ratio): жестко по кривой или плавно. Отмечу, что в режиме Soft Knee компрессор срабатывает не прямолинейно, а начинает плавно поджимать звук уже перед значением threshold. Для обработки групп каналов и общего микса чаще используется именно soft knee, а для подчёркивания атаки и других особенностей отдельных инструментов — hard knee.

Есть один универсальный способ настройки компрессора, который подходит практически ко всем остальным приборам динамической обработки, так как их параметры сигнала практически одинаковы, и настраивать, например, attack и release в приборе gate можно точно так же, как при работе с компрессором.

Во-первых, необходимо установить значения параметров attack и release в среднее положение. Затем выставить максимально значение параметра threshold или input gain так, чтобы достичь максимально возможной работы прибора или VST-плагина.
Во-вторых, нужно настроить параметр release в необходимую длительность и при возможности сверить полученное значение формулой BPM to msec. Если такой возможности нет – по слуху настроить нужный шаг работы
В-третьих, необходимо выставить значение параметра attack, который приближает или отдаляет источник звука в случае работы с компрессором. По возможности при настройке параметра attack нужно ориентироваться на BPM проекта.
В-четвёртых, нужно настроить степень сжатия – ratio (найти подходящую агрессивность звучания) и затем установить значение параметра threshold или input gain для финальной степени компрессии
В-пятых, необходимо продублировать компрессируемый канал, чтобы получилось два канала – с компрессором и без. На первом включить противофазу и настроить выходную громкость компрессора так, чтобы разница между сигналами двух каналов была максимальной. То, что будет звучать – компрессор привносит в звук.

Для совсем неумелых пользователей можно сделать так: выкручиваешь всё на максимум и слушаешь. Нужно уметь слышать, понимать как именно компрессор сжимает сигнал для того, чтобы вносить изменения. Этот способ подходит совсем неопытному пользователю, который только начинает освоение такого вида динамической обработки как компрессия.

Значения attack и release классических компрессоров.
Если же говорить о компрессии сигнала аналоговыми приборами, то для наиболее популярных и известных из них существуют установленные значения параметров.

Для моделей оптических компрессоров:

LA2A: attack = 10 ms / release = 6 0ms @ 50% - .5 to 5 sec 100%;

LA3A: attack = 1.5 ms / release = 60 ms @ 50% - .5 to 5 sec 100%;

CL1B: attack = since 500 microsec to 300 ms / release = since 50 ms to 10 sec.

Для моделей ламповых компрессоров:

FairChild 660 / 670 (attack (номер положения ручки) = release):

T1 = since 200 microsec to 300 ms;

T2 = since 200 microsec to 800 ms;

T3 = since 400 microsec to 2 sec;

T4 = since 800 microsec to 5 sec;

T5 = since 200 microsec to 2 or 10 sec;

T6 = since 400 microsec to 300 ms or 10 sec.

Manley Vari Mu: attack = since 25 ms to 70 ms / release = since 200 ms to 8 sec.

Для моделей FET компрессоров (на базе полевых транзисторов):

1176AE: attack = since 20 microsec to 800 microsec / release = since 50 ms to 1.1

sec.

Для моделей VCA компрессоров:

API 2500: attack = since 300 microsec to 30 ms / release = since 50 ms to 2 sec;

DBX 160: attack = 15 ms @10dB / attack = 5 ms @20dB / attack = 3 ms @30dB;

release = 120dB/sec;

SSL E Channel: attack = 30 ms / release = since 100 ms to 4 sec;

KEY: 1 second = 1 000 ms / 1 ms = 1 000 microsec.

Пример лицевой панели управления Fairchild 670

Глава 2. Лимитеры.

Что такое лимитер и для чего он нужен?
«Пробивной, хорошо слышимый, с хорошим презенсом - это все описания звуковых сигналов, полученных при помощи их обработки компрессорами и лимитерами».
Лимитер - это прибор динамической обработки, работающий по такому же принципу, что и компрессор. Отличает его то, что коэффициент пропускания прибора при превышении сигналом порогового значения, равен нулю. Проще говоря, лимитер - это компрессор с параметром Ratio, близким к бесконечности. Эти приборы широко используются, как ограничители уровня сигнала. Если нет возможности контролировать записываемый сигнал, то в цепь прохождения сигнала включают лимитер, чтобы защитить записываемую фонограмму от перегрузки и соответственно нелинейных искажений. На практике такими приборами пользуются достаточно редко, так как работают они грубо и при неправильной настройке приносят больше вреда, чем пользы. Они могут существенно сузить динамический диапазон и из-за этого потеряются все оттенки игры музыкантов.
В общем лимитер - это ограничитель динамического диапазона. В большинстве случаев используется для предотвращения перегрузки (клиппинга) и подавления кратковременных всплесков уровня (пиков), при выравнивании динамики сигнала. Как правило он ставится в линию обработки в самом конце. Настраивается аналогично компрессору.

Глава 2. Гейты

Что такое гейт и для чего он нужен?
Гейт - прибор динамической обработки, который пропускает сигнал выше установленного уровня и не пропускает сигнал ниже этого уровня, то есть - это пороговый шумоподавитель. Гейт - это «младший брат» компрессора, действующий абсолютно противоположно. Этот прибор применяется для жесткого шумоподавления, используется для подавления ненужных звуков в паузах между словами, а также для вырезания не нужных частей лупов. По принципу работы он похож на экспандер (см.Глава 4.Экспандеры.) за исключением того, что коэффициент пропускания ниже заданного порогового значения у этого прибора равен нулю. Гейты обычно используют для удаления шума паузы при трансляции зашумленных фонограмм или фонограмм, записанных на магнитную ленту. Иногда гейты используют во время концертов, чтобы убрать лишнее послезвучание у некоторых инструментов (например, у барабанов).
Следует также отметить, что компрессор и экспандер, помимо перечисленных регулировок, обладают возможностью регулировки времени срабатывания прибора (attack) и времени восстановления коэффициента пропускания до единицы после прекращения работы (release). Эти параметры очень важны, и сильно влияют на окончательное звучание фонограммы. Например, при малом времени срабатывания, компрессор начинает свою работу практически сразу после превышения сигналом порогового значения, а при большом времени срабатывания, компрессор начнет работать через определенное время. То же самое происходит и с временем восстановления. Зная структуру звуковой волны инструмента, можно представить себе, как будет звучать этот инструмент в первом и втором случае.

Для примера возьмем бас-барабан. Он обладает звуком, который можно разделить на несколько составляющих: удар колотушкой по пластику (нам он слышен, как щелчок) и затухающие резонансы самого барабана (низкий отзвук). Что же мы услышим, используя компрессор? При установке малого времени срабатывания, компрессируется сам щелчок, и звук барабана становится резким и плоским. Увеличивая время срабатывания, компрессор начинает работать уже после щелчка, и звук смягчается, становится более объемным и полным. Так как звук бас-барабана короткий, с быстрым затуханием, то время восстановления компрессора можно установить на минимальное значение.
Второй пример – бас-гитара. Волновая структура этого инструмента сложнее, чем у барабана, и настройки компрессора здесь во многом зависят от приемов игры на этом инструменте. Медиатором играет музыкант или пальцами, «слэпом» или обычным перебором. Все это нужно учитывать при настройке прибора. Затухание этого инструмента может быть как коротким, так и длинным. Нередко затухание является амплитудно-модулированным и здесь недопустимо устанавливать малое время восстановления. В этом случае непременно возникнет повторное срабатывание компрессора, что повлечет за собой искажение звуковой волны. Установив большое время восстановления прибора, мы получим плавное, красивое затухание звука бас-гитары.
Как настроить гейт?
Давайте рассмотрим параметры гейта на примере плагина С1 gate из пакета Waves.
C1 gate – это плагин для динамической обработки звука, который совмещает в себе два инструмента – гейт и экспандер. Для выбора нужного прибора используется верхняя кнопка Gate/Expander.
Floor – характер обработки сигнала, насколько резким будет подавление (в классическом гейте этот параметр считается равным «минус бесконечности»);
Gate Open – верхний порог срабатывания (сигнал превышающий это значение не обрабатывается);
Gate Close – нижний порог срабатывания (сигнал не превышающий это значение подавляется);
Attack – атака гейта (время срабатывания);
Release – восстановление гейта (время выключения от момента исчезновения сигнала);
Hold – время удержания (время, на протяжении которого гейт должен оставаться открытым даже если произойдет несколько скачков сигнала);
Output – уровень сигнала на выходе.
В классическом гейте параметры Gate Open и Gate Close объединены в один – Threshold (порог срабатывания). Раздвоение параметра порога срабатывания было сделано для устранения побочных эффектов, возникающих в результате резкого подавления сигнала.
Помимо параметров для настройки С1 gate с левой стороны имеет область, где отображается уровень входного сигнала и показания глубины обработки и с правой стороны – уровень выходного сигнала.

Глава 3. Экспандеры

Что такое экспандер и для чего он нужен?
Экспандер – это прибор динамической обработки, который, начинает свою работу тогда, когда уровень сигнала находится ниже заданного порога. Пока сигнал не достиг заданного порогового значения, коэффициент пропускания прибора находится в пределах от нуля до единицы. Экспандером пользуются в основном для снижения шумов и посторонних звуков в канале основного сигнала.
Существует два основных вида экспансии: динамическая и нисходящая. Экспансия расширяет динамический диапазон сигнала, когда он выше порогового значения.
Динамическая экспансия - это, по сути, компрессия наоборот. Динамическая экспансия применяется на ТВ и радио, чтобы отменить компрессию непосредственно до передачи аудио сигнала. Компрессию с последующей экспансией называют компандированием (об этом позже я расскажу по подробнее). На данный момент чаще всего применяют нисходящую экспансию. В отличие от компрессии, которая понижает сигнал выше порогового значения, экспансия понижает сигнал ниже порога экспансии. Степень понижения определяется соотношением экспансии.
Например, соотношение 2:1 понижает сигнал вдвое (это значит, что если сигнал ниже порогового значения на 5дБ, экспандер понизит его до 10дБ).
Экспансию часто используют для уменьшения шумов, это очень мощный и простой нойз-гейт. Главное различие между экспандером и нойз-гейтом в том, что экспансия зависит от того, насколько сильно сигнал ушёл “под порог”, тогда как при работе нойз-гейта это не имеет значения.
И так, теперь о компандировании. Существуют приборы, объединяющие в себе компрессор и экспандер. Они носят название компандеры. Эти устройства были разработаны фирмой «Dolby» и использовались для подавления шума магнитных лент. Это осуществляется следующим образом:
На вход компандера поступает записываемый сигнал, динамический диапазон которого сжимается компрессором до определенного параметра. Потом уже сжатая фонограмма записывается на магнитную ленту. Затем на выходе тот же сигнал пропускается через экспандер, снижая средние значения уровней, а вместе с ними и шумы. В результате получается фонограмма с тем же динамическим диапазоном, что и на входе прибора, но уровень структурных шумов магнитной ленты заметно ниже, чем он есть на самом деле.

Как настроить экспандер?
Рассмотрим на примере обработки звуковой дорожки, в котором два человека ведут диалог.
- Ratio (соотношение, коэффициент, степень сжатия). Управляя этим параметром, мы указываем гейту уменьшить уровень громкости на величину относительно звуков, находящихся на звуковой дорожке. Соотношение ниже 20:1 будет действовать как экспандер с коэффициентами в районе 2:1, что делает еле заметное расширение вниз. Например, при 2:1 на каждые 1дБ уровень падает ниже порога (Threshold), а экспандер уменьшит его на 1дБ  (всего 2дБ, а значит 2:1).
- Range (диапазон). Если Ratio устанавливает относительный коэффициент уменьшения, параметр Range задает абсолютный предел уменьшения. Например, задав диапазон до -10дБ, тем самым мы сообщаем экспандеру/гейту никогда не уменьшать уровень более чем на 10дБ. Это означает, что шум будет на 10дБ тише, чем диалог.
- Threshold (порог). Он определяет уровень для экспандера. Необходимо установить этот уровень так, чтобы диалог не был затронут, но шум был уменьшен. Например, если диалог составляет в среднем -18дБ, установим порог на -20дБ (лучше оставить несколько дБ в случае непредвиденных обстоятельств).
- Attack и Release (время атаки и время спада). Время атаки и время спада определяет, сколько требуется экспандеру до полной активации (или «открытия»), и отключения (или «закрытия»). Для диалога рекомендовано время атаки от 10 до 50мс и время спада 12мс.
- Hold (удержание) - диктует, как долго ворота (gate) остаются открытыми после падения уровня ниже порога (Threshold). Для диалога установите значение 0 (или как можно ниже).

Заключение

Динамическая обработка - это процесс изменения динамического диапазона сигнала, позволяющий расширить возможности оборудования, через которое записывается или воспроизводится этот сигнал. Иными словами, мы получаем возможность записывать или проигрывать записанный сигнал без искажений и/или шума, тем самым упрощая себе задачу сведения. 

Восприятие музыки зависит от динамического диапазона, так как динамика позволяет передать эмоциональное содержание. Если совершенно сгладить динамику, сделать один неизменный средний уровень, то получится музыка, которую слушать неинтересно. Поэтому очень важно понимать, как именно работают основные приборы динамической обработки, уметь с ними работать и пользоваться ими очень осторожно, относясь к настройке крайне тщательно. Нередки случаи, когда из-за неправильной настройки приборов возникали проблемы, которые зачастую невозможно устранить.
В данном реферате все поставленные цели и задачи были выполнены.

Источники литературы

1. https://www.kombik.com/blog/read/chasto-zadavaemye-voprosy-po-dinamicheskoj-obrabotke-audio-signala/
2. http://pz-rec.ru/stati/kategoriya_statey_2/dinamicheskaya_obrabotka_zvuka
3. https://cubase.su/publ/1-1-0-161
4. https://fierymusic.ru/rabota-so-zvukom/obrabotka-zvuka/dinamicheskaya-obrabotka-zvuka
5. Лекции по теме «Динамическая обработка звука» Клюшникова А.А. Москва - 2020г