压限器及其应用

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目前，压限器在歌舞厅等文化娱乐场所得到了广泛的应用，人们越来越清楚地认识到了压限器在扩声中的重要作用。在扩声中，音响师的一个很重要的工作就是不断地控制音量，以避免由于信号过强而造成功放或音箱的损坏。这就要求音响师在整个调音过程中始终要保持精神高度集中，稍一疏忽就有可能造成事故。有时，需要限制厅堂的最大声压级，防止过高的声级损伤听众的听力。而演出和音乐是千变万化，在很大程度上是不以音响师的意志为转移的。例如，在演员手持话筒演唱时，话筒离嘴的远近和演唱音量是由演员个人来决定的，有一定的随意性。这就使音响师很难预计到将要发生的音量变化。对于这种大小起伏具有极大随机性和偶然性的信号来说，在大多数情况下都不能准确预见低电平信号和高电平信号何时到达，因而也就无法进行人为有效的调节。在这种情况下，给扩声系统加入压缩器或限制器就能有效地压缩信号的动态范围，以达到在提高弱信号响度的同时又能抑制大信号过冲击的目的。      
压限器是一种特殊的放大器，其放大倍数（增益）可以随输入信号的强弱而自动变化，当输入信号较小时，它的放大倍数相对较大；当输入信号较大时，它的放大倍数又会自动减小，从而使输出信号的电平保持相对的稳定。当输入信号达到一定程度（阈值）时，输出信号随输入信号的增加而增加，这种情况一般称为压缩（Compressor）；不再增加则称为限制（Limiter）。增益变化的转折点称为拐点。过去的压限器采用硬拐点（Hard-knee）技术，输入信号一达到阈值，增益就立即减少，这样就会出现信号在拐点处动态突变现象，使人耳明显地感觉到强信号被突然压缩的现象。现代一些新型压限器为了解决这一不足大多采用了软拐点（Soft-knee）技术，这种压限器在阈值前后的压缩比变化是平稳的、渐变的（软压缩），使压缩变化人们难以察觉，音质得到了进一步的提高。
压限器的功能键及其调节
(1)压缩比（Ratio）
压缩比是输入信号分贝数与输出信号分贝数之比，其大小决定了对输入信号的压缩程度，如果它为1:1时，对信号没有进行任何压缩；太大则会对信号过度压缩，使动态损失过大。在扩声系统中，如果作为压缩器使用，一般应将压缩比调到3:1左右，此时，意味着输入信号每增加3dB时输出信号才增加1dB；作为限制器使用时，应将压缩比调到∞:1，此时，意味着输出信号不随输入信号的增加而增加。当然，压缩和限制的条件必须是输入信号的电平要超过压限器的阈值电平；否则，起不到压缩和限制的作用。在一些特殊场合，压限器的压缩比也可以根据需要来确定，例如，在拾取吉它的声音时，有时要将压缩比调到15:1，这是因为吉它的低音部分和高音部分的音量差异较大，为了达到强声不强、弱声不弱的目的，就必须提高压缩比。但是，一般认为，压缩比小于10:1时为压缩；大于10:1时则为限幅。
(2)阈值(Threshold)
阈值的调节是至关重要的，它决定了压限器在多大电平时开始起作用。如果输入信号的电平高于阈值，那么压控放大器的增益将会明显减小，输入信号的动态范围被压缩；如果输入信号的电平小于阈值，那么压限器不会对输入信号作压缩处理。阈值调得过小，会造成输入信号还不是很强时就开始压缩，声音听起来十分压抑，信号动态损失严重；调得过大，则会出现输入信号已经很大仍得不到压缩的现象，压限器根本起不到作用，从而造成音箱或功率放大器的烧毁。正确的调节方法应该是：将阈值调节到最小位置，把调音台的音量开到最大（音量提升必须在确认压缩比大于2:1后进行，这时，输入信号一出现就开始压缩，不会造成输出信号过强的现象），然后逐渐提升阈值，此时音量在逐渐变大，当音量大到一定程度时（已经达到所需要的最大声压级或功放和音箱的额定功率），立即停止提升阈值。这种调节方法保证了在任何强的输入信号下，压限器的输出信号都不会超过所限定的幅度。
新型软拐点压缩/限制一体化压限器的阈值调节与上述方法基本相同，所不同的是，由于软拐点压限器的动态压缩是渐变的、令人难以察觉的，所以，即使输入信号达到所谓阈值，也会使输出信号有所增加，此时，使用者大可不必担心输出信号过强或压限器没有起作用，因为此时压限器已经开始严密监控输出信号的强度，不会再出现过强的信号了。
检查软拐点压限器的阈值调整是否得当的方法是：逐步提升音量，当音量不很大时压缩器的绿色指示灯闪亮，说明压缩器还没有进入压缩状态；音量偏大时其黄色指示灯闪亮，说明压缩器已经开始处于压缩临界状态；音量较大时其红色指示灯闪亮，说明压缩器已经开始压缩；如果音量再大压限器的红色指示灯闪亮，说明限制器已经开始对输入信号进行限幅。
(3)起动时间(Attack)
起动时间是当输入信号超过阈值后，从不压缩状态进入到压缩状态所需要的时间。如果压限器的起动时间长，输入信号超过阈值后要等一会儿才进入压缩状态，致使输出信号从弱到强的起始前沿变得陡峭并出现声音“前冲”现象，使声音变硬；如果压限器的起动时间很短，输入信号一达到阈值就立即进入压缩状态，声音则会变软。目前，压限器起动时间的调节范围一般在100μs～100ms之间，具体应该调节到多大，要由使用者根据实际需要来确定。比如，在播放迪斯科时，就可以把起动时间调得长些，使声音更有力度，音乐更具感染力；再比如，在给鼓的声音扩音时，可用起动时间调整鼓声的软硬度。但是，这种调节必须要与恢复时间互相配合；否则，根本调不出所需声音的软硬效果。
    (4)恢复时间(Release)  
    恢复时间是当输入信号小于阈值后，从压缩状态恢复到不压缩状态所需要的时间。如果压限器的恢复时间很长，输入信号低于阈值后要等一会儿才恢复到压缩状态，这就会使压限器在恢复时间内始终保持在压缩状态下，也就是说，保持在较小的放大倍数（增益）状态下。压限器恢复时间的调节应根据音乐的节拍速度或乐器声音衰减的过渡时间来确定。音乐的节拍速度为40～120拍/分，即一拍所需时间为1.5～0.5s之间，因为无论何种音乐其第一拍均为强拍，所以，当音乐信号很强时，在第一拍必然首先进入压缩状态，但如果压限器在一拍内仍不能恢复到不压缩状态，那么第二节拍开始时压限器还是处于压缩状态，此时，音乐很难摆脱被压缩的状态；如果恢复时间小于一拍所需时间，则不会使音乐始终处于压缩状态，此时，配合起动时间的调整，还可以创造软或硬的音乐效果。在调整乐器声音衰减特性时，恢复时间的长短起着非常重要的作用，恢复时间短，能使乐器的余音悠长；恢复时间长，会使乐器的余音短促。假如乐器余音的衰减时间长于恢复时间，还会出现超过恢复时间后余音又增加的现象，这种现象通常被称为喘息效应。
    此外，较长的恢复时间配合噪声门使用还可以起到改善对声音间歇过程中本底噪声的抑制作用。只使用噪声门抑制间歇噪声时，在有用声音逐渐减弱的同时，本底噪声将随之增加；或者有用声消失后，由于噪声门不可能立即起作用（这主要是防止音乐起伏间隙噪声门误动作而丢失音量较弱部分的音乐内容），故在声音信号消失和噪声门起作用的这段时间内，本底噪声将很明显。把压限器恢复时间调长，就可以解决这一问题。其原理是：当声音信号逐渐消失时，由于恢复时间很长，压限器在一定的时间内保持在较小的放大倍数（增益）的状态上，致使噪声没有被放大，其音量仍然很小，在这段恢复时间内，噪声门已经开始起作用了，故噪声被有效地抑制。

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扩声系统的连接
(1)串接到主（左、右）通道
这种接法主要用于保护功放和音箱。此时，压限器必须放在均衡器后、功率放大器前，如图1所示。
现在，有些人把均衡器错误地接在压限器的后面，这是绝对不允许的。如果采用这种接法，将会带来以下后果：
(a)调整均衡器时极易烧毁功放和音箱。按照常规方法，系统联调时首先应调压限器，以避免由于误操作等带来的过强信号烧毁功放和音箱；压限器调好后，再调均衡器。均衡器的调整一般应在使用声压级下进行（大约在95dB左右，太低调整结果会不甚准确），在这样大的声压级下，一旦增益提升较大，输出信号就会过强，而现代图示均衡器每个频点的增益提升量可达12dB，其本身还带有信号增益调节，由于压限器没有接在它的后面，起不到对均衡器调整时过强信号的压缩和限制作用。所以，在均衡器的调整过程中，功放和音箱不可避免地会得到难以承受的过强信号，以致烧毁功放和音箱。
(b)压限器附带的噪声门无法消除均衡器部分的噪声。现代压限器一般都带有噪声门，噪声门可以消除声音间歇过程中系统的本底噪声。如果将压限器/噪声门接在均衡器前，那么其后面均衡器部分的噪声就根本无法消除。现在，任何人都很难保证均衡器部分的线路连接、屏蔽良好、绝对不会产生噪声，以及均衡器本身也绝无噪声，所以这种连接就有可能造成压限器虽然带有噪声门，而噪声门却不能消除所有的声音在间歇过程中出现噪声的这种奇怪现象。
将压限器错误地接到均衡器前面的一些人，错误地认为：压限器在压缩过程中会使声音信号动态受到损失、频率响应发生变化，在这种情况下，可以用均衡器对信号动态、频率响应进行补偿和修正。这种观点的错误在于：一是，均衡器不是扩展器，它不可能对声音信号的动态进行扩展；二是，主通道均衡器的调整应该根据房间的声场情况客观地进行调整。最为科学、准确的调整方法就是用粉红噪声-频谱分析仪法。用人耳听音调整均衡器很难达到人们普遍满意的声音效果。现在新型压限器有些已经采用了软拐点技术和频感压缩技术，使信号压缩带来的诸如动态、频响等方面的副作用已经基本上得到了解决，如果使用这种压限器，再将其接在均衡器前就更没有必要了。
读者可能会问，如果在主通道上接入激励器等一些声处理设备，那么它们应该置于何处，是装在压限器前还是压限器后？问题很简单。一般来说，压限器后面的设备不应该有增益；否则，就会造成调整这些设备时，一旦提升增益使信号过强，压限器不能起到保护作用，到有可能烧毁功放或音箱。激励器对信号没有增益作用，它只是给声音信号加入了少量的高频谐波，所以接在压限器的后面，是完全可以的。有些人出于保险起见或为了消除激励器部分的噪声，将激励器接在压限器前，这种接法也不能说是错误的，但条件应该是，这个压限器的频带宽度应该足够大（大于20Hz～20kHz）；否则，激励器产生的高频谐波成分就会被压限器吃掉。


(2)串（插）入话筒信道
串（插）入话筒信号，这种接法有下列三种作用：
(a)限制人声动态。一般来讲，人声的动态范围是非常大的，也就是说，人声的音量变化范围极大。演员在表演时，声音可以从低声细语到引吭高歌，既可以将嘴紧贴着话筒演唱，也可以远离话筒演唱。这就势必会使声音信号出现强烈的峰值起伏，很有可能造成削波失真和信号过激等诸多问题。所以，要对人声信号进行压缩，以确保系统的正常工作和人声的音质。
(b)抑制声反馈。声反馈是音箱放送的音量较大时，音箱的声音传到话筒而引起的啸叫现象。声反馈出现后，由于信号很强，会烧毁功放和音箱，所以要抑制声反馈。抑制声反馈有很多种方法，使用压限器就是其中一种。使用压限器抑制声反馈的调节方法非常简单，即只要将压限器的阈值调节到反馈临界点（最高可用增益点，即要啸叫又没有啸叫的点）上，适当选择压缩比（一般应大一些）即可。此时，话筒通道一旦出现过大的声反馈啸叫信号，立即就会被压缩或限制，使系统不会进入到深度的声反馈状态。应该指出的是，使用压限器彻底消除声反馈虽然可以做到，但所付出的代价是，话筒通道的增益变小，音量下降。
(c)防止话筒不慎掉落地上而带来的过强信号。在歌舞厅中，经常会出现客人没有将话筒放置好，而使话筒掉落地上的情况。发生这种情况极有可能造成音箱高音头的烧毁，使经营者受到损失，有时还会影响歌舞厅的正常营业。话筒通道接上压限器后，就可以完全避免发生上述事故。




压限器及其应用

(3)利用旁链(Side Chain)控制   
旁链控制是一种将控制信号直接送入压限器内部的增益控制电路中，对输入信号的压缩情况进行控制的一种特殊控制，有时也称为“潜控”(Ducking)。只要有插头插入压限器的旁链输入(Side Chain in)插口时，输入信号(Input)就不能再控制压限器的状态了，此时由输入到压限器的旁链信号的大小来决定压限器是否要进行压缩或限制。   
在扩声系统中，使用旁链一般按照图2所示方法连接。
压限器及其应用
以上连接方法可以实现两种特殊效果：   
(a)画外音压缩。将人声作为控制信号，背景音乐作为受控信号，这样一来，人声信号就可以控制压限器的放大倍数（增益），使之在衰减背景音乐的同时不衰减人声音量。也就是，在人声出现时，背景音乐的电平将自动减小。这种用法在实际应用中非常有意义，如有时人们在演唱时，经常会觉得自己的声音由于背景音乐的作用显得不够突出，而用这种方法就可以处理好演唱和伴奏的关系。演唱时伴奏声就会自动下降到所需要的电平，达到了人声控制音乐电平的目的。为了使人声实时控制背景音乐，即人声一出现背景音乐就立即弱下去，人声一消失背景音乐就变强，压限器应该调成起动时间最短、恢复时间最短和阈值较小的状态。   
(b)音头同步。所谓音头同步是指在乐器声音激发的过程中，假如一个乐器声音的启始阶段比另一个乐器声音的启始阶段更为短促，而两个声音同时出现时，更为短促的声音的音头要压制另一个声音的音头，致使两个声音的同步感变差，如鼓和贝司同时打节奏时就会出现这种情况。解决的方法是，将贝司的声音作为控制信号，将鼓的声音作为受控信号，当贝司的声音和鼓的声音同时出现时，由于贝司的声音先行将压限器置于压缩状态，所以鼓的音头上升变缓，这样就实现了两个声音良好的同时感觉。此种用法的调节也是采用快起动、快恢复，但阈值应调到最小。   
除了以上两种使用压限器旁链的方法外，压限器旁链还有一种去咝（DE-ESSING）的用法。这种用法是：将压限器旁链输出端接到均衡器的输入端，再从均衡器的输出端连接到压限器的旁链输入端，由于高频咝声的频率范围是2.5～10kHz，所以只要将均衡器的这一频段进行提升，压限器就会相应地减小这一频段的增益，从而也就减少了高频咝声。   
结束语   
压限器虽然具有多种用途，但是，千万不要忘记，压限器的使用会造成动态损失。为了进一步提高音质，现代压限器普遍采用了软拐点等新技术，这样可进一步减小压限器的副作用，但这并不一定意味着压限器对音质的破坏作用就已经不复存在了，从某种意义上讲，使用压限器仍然是迫不得已。所以，在扩声系统中，不要滥用压限器，即使要用也应该慎用或少用压限器对信号进行处理。不但如此，在调整压限器的过程中也要慎之又慎，这不仅仅是保护功放、音箱的需要，也是改善音质的需要，因为过大的压缩会造成音乐平淡、压抑和缺少层次感。

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