Компрессор и его производные

Итак - компрессор. Название происходит от английского глагола “to compress” - сжимать. Как следует из самого названия, компрессор - это устройство для сжатия, в данном конкретном случае - динамического диапазона исходного звукового сигнала.

Основными параметрами компрессии являются: степень компрессии “ratio”, порог срабатывания “threshold”, а также время срабатывания “attack” и время восстановления “release”. Первые две величины отражены на графике компрессии (рис.1).

Рис.1

На этом рисунке по горизонтали отложено входное напряжение компрессора, выраженное для удобства в децибелах, по вертикали - выходное, а толстая линия - это проходная характеристика компрессора. На этом графике видно, что выходной сигнал - в точности равен входному, до точки срабатывания (начала работы) компрессора - THRESHOLD (порог срабатывания). Начиная с этой точки, выходной сигнал компрессора увеличивается в меньшей степени, чем входной, т.е. осуществляется компрессия. Мерой компрессии служит степень компрессии (RATIO).

Степень компрессии - это отношение величины приращения входного сигнала к величине вызванного им приращения выходного сигнала. (При этом - измеряемые величины должны быть выражены в децибелах!)

RATIO=dUвх(дБ)/dUвых(дБ)

Динамические характеристики компрессоров определяются временами срабатывания ATTACK и восстановления RELEASE.

Время срабатывания (ATTACK) - это промежуток времени между моментом, когда от источника подаётся скачок сигнала с уровнем на 6 дБ выше исходного, и моментом, когда выходной уровень достигает значения на 2 дБ выше установившегося значения выходного сигнала.(рис.2).

Рис.2

Время восстановления (RELEASE) - это промежуток времени между моментом, когда уровень сигнала источника уменьшается на 6 ДБ от исходного, и моментом, когда выходной уровень достигает значения на 2 дБ ниже его установившегося значения (рис.3).

Рис.3

Естественно, что всё это должно происходить в области уровней входного сигнала, лежащих выше порога срабатывания!

Любой компрессор (как, впрочем, и любое устройство динамической обработки вообще) содержит, как минимум, две больших составных части - звуковой тракт и цепь управления (рис.4). Последняя в англоязычной литературе носит название “side chain”.

Рис.4

В состав звукового тракта входят обычно - как минимум - три элемента: входной и выходной усилители (1 и 3, соответственно), и собственно элемент, изменяющий коэффициент усиления звукового сигнала (управляемый усилитель) - VCA (2).

Цепь управления состоит из выпрямителя 4 - для преобразования звукового сигнала в управляющее постоянное напряжение, и цепи управления компрессией 5. В последней как раз и осуществляется установка динамических параметров компрессора, а также управление степенью компрессии и порогом срабатывания.

В некоторых моделях компрессоров - как и гейтов, и прочего в этом роде - предусматриваются гнёзда SIDE CHAIN - для включения в цепь управления, перед выпрямителем, дополнительного эквалайзера. При включении какого-либо эквалайзера в разрыв цепи управления - компрессор как-бы “обманывается”, т.е. он “видит” не совсем тот сигнал, который поступает ему на вход. Этим обеспечиваются более широкие функциональные возможности для обработки исходных сигналов - становится возможной

частотно-зависимая динамическая обработка - такая, например, как де-ессер.

(Хотя, строго говоря, применение компрессора с эквалайзером в SIDE CHAIN - это только имитация настоящего де-ессера. И может более-менее терпимо использоваться лишь на сольной вокальной партии, да и то - либо компрессор, либо де-ессер. Одно из двух...)

Эти гнёзда по выполняемым функциям являются аналогом гнёзд INSERT на микшерном пульте. С одной “маленькой разницей”...

Помните! Любые эквалайзеры, включённые в SIDE CHAIN, не изменяют тембр звука в основном канале!
Они влияют только на параметры управления, и соответственно, на характер осуществляемой динамической обработки.

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

В “ручных” - все динамические параметры задаются пользователем. Это обеспечивает очень большую свободу в их выборе, для получения тех или иных необходимых вам художественных результатов. Ведь не секрет, что компрессором можно изменить исходное звучание как угодно, хоть до “полной неузнаваемости”. Вот “ручной” компрессор - как раз и служит именно для этого, для специального и преднамеренного изменения характера исходного звучания в нужную вам сторону. В зарубежной литературе этот тип компрессоров часто носит название CREATIVE - “творческий”, “созидательный”.

Соответственно, для их правильного использования - необходима достаточно высокая квалификация, а то ведь вместо улучшения звука можно его непоправимо испортить!

(Что, к сожалению, часто и происходит...)

Учтите: Перекомпрессированный сигнал исправить в дальнейшем невозможно!

В противоположность этому, в автоматизированных компрессорах - динамические параметры раз и навсегда установлены изготовителем, и их изменение пользователем невозможно. Хотя некоторые серьёзныепроизводители, выпускающие действительно добротную продукцию, в ряде моделей предлагают пользователю на выбор несколько алгоритмов автоматизации, для различных вариантов обработки.

Как правило, большинство автоматизированных компрессоров не изменяют динамические параметры звука сколько-нибудь существенным образом, а только “выравнивают” исходное звучание, делают его более плотным и насыщенным.

Автоматизированные компрессоры - также, в свою очередь, можно разделить на два больших класса - RMS, и, условно, “не-RMS”.

“Не-RMS” - это компрессоры, имеющие обычный (иногда называемый “пиковым”) детектор, и один или несколько наборов заводских предустановок (пресетов), различных сочетаний времён срабатывания ATTACK и восстановления RELEASE. Как правило, в случае только одного возможного варианта предустановок - такой компрессор предназначен для обработки какого-то одного типа сигналов, и только для него работа такого компрессора будет действительно хорошей. Связано это с тем фактом, что все сигналы имеют сильно различающиеся динамические параметры, причём эти параметры для различных звучаний могут отличаться в сотни, и даже тысячи, раз. Очевидно, что сочетание параметров, оптимальное для одного звучания - скорее всего, для другого будет малопригодно. Хотя и это - иногда - может дать интересные, неожиданные эффекты.

Несколько особняком стоит такой, до недавнего времени весьма “экзотический” для большинства наших звукорежиссёров класс компрессоров, как RMS. В последние годы всё большее количество фирм приступает к их выпуску, что объясняется постоянно растущей популярностью этого типа компрессоров, как при звукозаписи, так и в " живой" концертной работе. К сожалению, до сравнительно недавнего времени этот класс компрессоров был мало знаком большинству звукорежиссёров, да и сейчас не очень многие хорошо знают, что же это такое. А в самом деле, что?

Название RMS- это английская аббревиатура слов " Root Mean Square", которым соответствует отечественный термин " среднеквадратическое значение". (Ранее в электронике бытовало понятие " эффективное значение", эти термины - синонимы)

Как следует из названия, этот тип компрессора должен реагировать на эффективное, действующее значение сигнала. Это и в самом деле так: RMS-компрессор реагирует непосредственно на МОЩНОСТЬ звукового сигнала, а не на его мгновенные значения, как обычный компрессор. Цепи управления компрессоров этого типа построены таким образом, что, скажем, длительный сигнал небольшой амплитуды имеет гораздо большую " важность" для целей управления усилением компрессора, нежели короткий импульс большой амплитуды. Это, однако, вовсе не означает, что, взяв обычный компрессор и установив регуляторы Attack и Release на максимум, вы получите RMS-компрессор. Ничего подобного, увы! Всё гораздо сложнее...

Применяемые для цепей управления специальные схемы обладают очень малой погрешностью детектирования сигналов с большим пик-фактором, и, как правило, имеют специальные цепи адаптации динамических параметров детектора ко входному сигналу, с учётом его восприятия слухом. Иначе говоря, временные параметры в настоящем RMS-компрессоре не являются чем-то раз и навсегда заданным, а сложным образом изменяются в зависимости от частоты и уровня входного сигнала, его спектра. Это обеспечивает отсутствие " механистичности" в работе компрессора и очень малую заметность вмешательства компрессора в обрабатываемый сигнал.

Вместе взятые, эти меры обеспечивают очень высокую " музыкальность" работы RMS-компрессора, который при правильном применении практически не изменяет динамику исходного музыкального сигнала, а только его как бы " подравнивает", уплотняет: звучание становится более ровным и мощным, без ненужных " шероховатостей".

Применение RMS-компрессора не требует высокой квалификации, и доступно практически любому звукорежиссёру, от совсем начинающих - до опытных профессионалов. (Впрочем, даже при не слишком умелом использовании, сильно испортить звук RMS-компрессором практически невозможно.)

Помимо основных, в некоторых моделях компрессоров имеются и некоторые дополнительные устройства, улучшающие их потребительские свойства.

Так, например, для уменьшения заметности момента включения компрессора в работу многие компрессоры имеют так называемый " мягкий порог" (Soft Threshold), обеспечивающий плавное вхождение в режим компрессии. На рис.5 изображены проходные характеристики (зависимость уровня выходного сигнала от уровня входного) для двух компрессоров - обычного (ломаная линия 1) и компрессора с " мягким порогом" (кривая 2).

Рис.5

Как видно из рисунка, во втором случае по мере возрастания входного сигнала степень компрессии увеличивается плавно, а не включается скачкообразно, как в обычном компрессоре. Таким образом удаётся сильно ослабить заметность начала компрессии, сделать этот момент практически неслышным.

В особо престижных моделях компрессоров - можно даже регулировать степень крутизны излома проходной характеристики, делать его более (или менее) “мягким”.

Далее - общеизвестно свойство компрессии, особенно быстрой (при малых временах срабатывания и восстановления), как-бы “съедать” высокие частоты в обрабатываемом сигнале. Для устранения этого явления в некоторых компрессорах применяются различного рода специальные устройства (ВЧ-экспандеры), позволяющие в ряде случаев избежать этого нежелательного эффекта. Обычно в таких устройствах сигнал разделяется на две полосы, и в то время, как основной сигнал компрессируется, его высокочастотная составляющая передаётся на выход либо неизменной, либо наоборот - усиленной, пропорционально ослаблению уровня основного сигнала. В выходном усилителе обе эти составляющие суммируются, и эффект “съедания ВЧ” таким образом существенно ослабляется. К сожалению, большинство подобных устройств хорошо себя проявляют лишь при использовании их в качестве “спецэффектов”, а их применение для заявленных изготовителями целями - малоэффективно.

Конечно, кроме описанных выше, существуют и некоторые другие разновидности компрессоров. Рассмотрим некоторые из них подробнее.

Лимитер. В принципе, это не какой-то “отдельный вид” компрессоров, а всего лишь один из частных случаев работы компрессора. Лимитирование отличается от компрессирования прежде всего степенью компрессии RATIO. Для лимитирования достаточно перевести этот регулятор в положение RATIO=бесконечность: 1, при этом - независимо от приращения входного сигнала - уровень сигнала на его выходе увеличиваться не будет. (Естественно, что речь идёт о сигналах, лежащих выше порога срабатывания!) Но... Здесь есть одна тонкость.

Дело в том, что основное предназначение лимитера - защита последующих узлов тракта от перегрузок. Любых, даже малейших. При этом он должен на 100% не допускать превышения установленного Вами выходного уровня, но абсолютно не трогать сигналы, лежащие ниже порога срабатывания. Отсюда - с неизбежностью следует вывод, что компрессоры с “мягким коленом” - принципиально непригодны для этих целей. Ведь для них само понятие “порога” имеет весьма расплывчатый смысл. Действительно - ведь для “незаметности” работы у них протяжённость “мягкого” участка характеристики весьма велика, и у некоторых моделей достигает 40дБ! Т.е. от начала вмешательства такого компрессора в сигнал, и до того момента, когда он достигнет режима лимитирования - уровень входного сигнала должен возрасти на эту величину! И всё это время никакого лимитирования ещё не происходит, но сигнал - уже “жуётся”... Почему? Об этом - чуть ниже.

Широко применяемые компрессоры, имеющие ту или иную автоматизацию динамики своей работы - также практически непригодны для использования в качестве лимитера.

Причина этого кроется в том, что, как ранее уже говорилось, их динамика оптимизирована под какой-либо конкретный вид сигнала, и именно под его компрессию, а не что-либо иное. А лимитер, помимо большего RATIO, имеет и принципиально иные динамические характеристики. В самом деле - он должен очень быстро (в идеале - мгновенно!) “съесть” сигнал перегрузки, и столь же быстро вернуться к исходному состоянию. В автоматизированном компрессоре получить это - попросту невозможно. В хорошем же лимитере возможно установить время срабатывания вплоть до 5 микросекунд, чего в компрессорах просто не бывает. Время восстановления в реальном защитном лимитере также весьма мало - несколько десятков миллисекунд. Очевидно, что компрессия с такими параметрами способна - и сильнейшим образом - изуродовать сигнал. Вот вам заодно и причина того, что если в компрессоре с “мягким” порогом (как, впрочем, и в любом другом) выставить динамические параметры, пригодные для лимитирования, то сигнал будет просто изуродован - не та динамика...

Левеллер. Это - ещё одна разновидность RMS-компрессора. Основное его отличие от “обычного RMS” - это гораздо большие постоянные времени детектора, вплоть до 10 секунд в некоторых моделях. Кроме этого, они имеют несколько другую проходную характеристику (рис.6).

Рис.6

На этом рисунке изображено семейство проходных характеристик левеллера при различных значениях RATIO. Из него видно, что независимо от RATIO - сигнал со входным уровнем 0дБ на выходе имеет такой же уровень, а сигналы с иными уровнями как-бы “подтягиваются” к нему. Более сильные - ослабляются, более слабые - усиливаются. Причём, чем большее RATIO установлено - тем сильнее сигналы “прижимаются” к уровню 0дБ. (Конечно, уровень 0дБ здесь приведён только для примера. В реальных устройствах имеется регулятор уровня, к которому должны “подтягиваться” сигналы).

Де-ессер, де-поппер. Варианты частотно-зависимого компрессора, а точнее - “полосового” компрессора. Почему полосового? Потому, что настоящий де-ессер (и, естественно, де-поппер) должен обрабатывать только узкую полосу мешающего сигнала, не затрагивая всего остального. (Обычный компрессор - в режиме де-ессера, с фильтром (эквалайзером) в цепи управления - обрабатывает всю полосу частот входного сигнала. Он просто более “чуток” к выделенной области спектра.) Отличие де-ессера и де-поппера в том, что де-ессер работает на высокочастотных сигналах, убирая “цыканье” и шепелявость. Де-поппер (смешное название, правда?) - наоборот, работает в низкочастотной области спектра, убирая “пыханье” и бубнение. В остальном они принципиальных отличий не имеют. Главное отличие этих приборов от остальных устройств динамической обработки - это то, что порог срабатывания в них не фиксированный (ручкой управления THRESHOLD, как обычно), а “плавающий”. Что значит - плавающий? То, что он определяется разностью уровней обрабатываемой части спектра, с одной стороны, и всего остального - с другой стороны. Такое построение обеспечивает нормальное их функционирование, независимо от абсолютных уровней входных сигналов. Т.е. де-ессер постоянно анализирует спектр входного сигнала, и если “видит”, что уровень сигнала в установленной вами полосе превышает допустимое соотношение его и “всего остального”, то он уменьшает уровень сигналов в этой полосе до допустимой (установленной вами) величины.

Компрессор/лимитер. Яркий пример широко распространённого заблуждения. Очень многие считают, что купив прибор с таким названием - они купили и компрессор и лимитер. Неверно! Это - не компрессор + лимитер. Вы имеете обычный компрессор, который можно перевести в режим лимитера. И ничего больше! Т.е. либо - это у вас работает как компрессор, либо - как лимитер. Третьего - не дано... Если же вам нужно и то, и другое - то при покупке убедитесь, что имеется хотя бы один отдельный регулятор для установки параметров лимитирования. Чаще всего - это регулятор порога срабатывания лимитера LIMIT. Хотя, конечно, встречаются и другие названия - PEAK STOP, например, и прочие.

Естественно, что кроме описанных выше, существуют и другие виды компрессоров - такие, как многополосные компрессоры, AGC-контроллеры, АРУЗ и т.д. и т.п. Но, к сожалению, описать более-менее подробно все виды компрессоров в одной статье, на журнальных страницах, просто невозможно...