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[设备] 全面的讲解噪声门,以及详述使用技巧

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发表于 2019-9-6 22:18:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
噪声门(Gate或NoiseGate)是扩声系统最常见的音响周边设备之一,利用噪声门进行信号处理已是屡见不鲜。目前市场上可以买到独一功能的噪声门,一般是多路噪声门,以4路居多。但是我们更常见到的噪声门大多数是附加在压限器中的,有些效果器和其他的信号处理器中也有噪声门信号处理功能,有时我们还可以将扩展器用作噪声门。





【数字前级效果器K-5200】



人们都知道,门的最主要作用就是开关,即通过或关闭。噪声门的功能就像一个受输入信号控制的通道开关,当输入的声音信号小于一定程度(即阈值或起控电平,Threshold)时,噪声门无信号输出,声音信号被关闭;大于一定程度时声音信号正常输出,输入与输出之间为直通关系(如图1)。用开关来类比噪声门更为直观易懂,输入声音信号小于一定程度时,开关闭合,声音信号可以通过。


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【图1 噪声门原理】



从理论上讲,噪声门是低电平扩展器(Expender)的一种特殊形式。我们知道,扩展器是一种声音信号动态处理设备,它可以扩展声音信号的动态范围,其功能正好与信号压缩器完全相反。当输入扩展器(高电平扩展器)的声音信号小于一定值(阈值)时,其增益较小,输入信号大于阈值时增益较大,这就使得高于扩展阈值的信号增加增益,低于阈值的信号减少增益,即响度大的信号更强,响度小的信号更弱,增加了信号的动态范围。



扩展器有高电平扩展器与低电平扩展器两类,它们的原理与作用不甚相同。



高电平扩展器是用来解除信号压缩的扩展器,信号小于阈值时正常输出(扩展比为1:1),大于阈值时信号被扩展。高电平扩展器可以将录音时记录在磁带上被动态压缩的信号恢复成原来动态范围的信号,这种处理被称为解压缩。



低电平扩展器是当输入信号小于阈值时,输入信号被扩展高于阈值时,输出信号与输入信号的关系仍维持在1:1,即正常输出。噪声门就是利用低电平扩展器的原理而制成的,是低电平扩展器的一种特殊形式,它要求低电平扩展器的扩展比为∞:1或较大比值(3:1以上),如果扩展比太小,低电平扩展器就不能很好地充当起噪声门的作用。



如果用低电平扩展器的原理来解释噪声门,即输入的声音信号小于一定程度(阈值)时,扩展比很大,信号无法输出或输出很小;输入的声音信号大于一定程度(阈值)时,扩展比为1:1,输入增加多少输出就增加多少,即输出信号等于输入信号,从这一点不难看出,几乎所有的低电平扩展器都可以充当噪声门使用。



噪声门原理简单,其使用和操作也并不难。我们经常见到的噪声门一般只有一两个功能键,最多的也只有5个功能键,这些功能键的作用非常容易理解,下面给大家介绍一下噪声门最常见的几个功能键。



1

Threshold



阈值或起控电平,也有称为门限电平的。它决定噪声门在多大输入信号后打开,即在多大输入信号后声音信号能够通过,是噪声门最重要的功能键。



2

Attack



启动时间(开门时间)。输入信号超过阈值后多长时间后噪声门打开,即噪声门从不开门到开门所需要的时间。



3

Release,Attenuate,Hold,Slow/Fast



以上4个英文单词的含义是恢复时间,关门时间,开门保持时间,快/慢关门选择。这4种标识方法实际上指的是同一个功能,即输入信号小于阈值后噪声门要花多长时间才能关闭,即从开门到关门所需要的时间。



4

Ratio



扩展比,即低电平扩展器输入信号动态范围与输出信号动态范围之比。扩展比较大(大于3:1)时,扩展器基本上将起到噪声门的作用。



5

Gate指示灯



噪声门打开时此指示灯熄灭,噪声门关闭时此指示灯亮,通过它可以了解噪声门的开关工作状态。



噪声门的功能键虽少,原理不复杂,但它在扩声系统中的作用却不容忽视。现在很多音响师没有充分认识噪声门独有的作用,这确实是一件遗憾的事情。



作者在多年音响工作实践中深有体会,如果使用得当,噪声门将可以有效地提高扩声系统再现声音的质量,达到意想不到的效果。


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 楼主| 发表于 2019-9-6 22:19:34 | 显示全部楼层

1.消除有用声间歇过程中的本底噪声



在实践中,我们经常会发现,当扩声系统播放有用声(音乐或人声)时,系统的背景噪声并不明显,但当没有有用声时,系统的噪声就显得格外突出了。这是因为,当播放有用声时,背景噪声与有用声同时存在,有用声远远大于噪声,由于人耳的掩蔽效应,噪声被有用声掩蔽,所以我们几乎无法察觉到噪声的存在。



但当没有有用声时,系统中只有噪声出现,这个时候的噪声就显得比较突出了。利用噪声出现,这个时候的噪声就显得比较突出了。利用噪声门的不同电平开关特性,我们就可以消除声音间歇时的本底噪声,下面给大家介绍一下调节步骤和方法。



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(1)将阈值(Threshold)调到最小,Gate指示灯熄灭,此时的位置为Open,即打开噪声门。



(2)令系统无有用声信号,即将调音台的总推子拉下来。



(3)慢慢提升阈值,Gate指示灯一亮即停。



调整完毕后,我们会看到,当有声音信号时,Gate指示灯熄灭,没有声音信号时,Gate指示灯点亮,有用声音歇过程中的本底噪声消除。



需要注意的是,噪声门的阈值不要调得过大,如果调得太大,会出现明显的开门声和较弱声音被切除的现象,严重的还会导致声音的断续现象。但是如果阈值调得太小,噪声门将不起作用,系统的背景噪声仍无法消除。



有些噪声门设有Slow/Fast选择开关,如果选择慢关门(Slow),会造成当声音突然停止时,在门没有完全关闭前系统中仍然有背景噪声播放出来,但是当播放渐弱的音乐时,如果想让人们听这个音乐渐弱的过程,则必须用慢关门,否则尾音将被切去。但是对于人声等没有尾音的声音,则还是选择快关门比较好些,因为人声一般都是很快地就收住,几乎没有余音过程,如果这个时候噪声门还不关闭,那么背景噪声就将露出马脚了。



我们在使用某些噪声门时,猛然一播放有用声,可能会发现存在开门声。所谓开门声就是指声音刚一出现时,没有由弱到强的过程,一下子就变得很强,像遇到一个门坎,有一种明显的突兀感。目前,消除噪声门开门声的技术措施有很多种,大多数噪声门在设计时已经考虑到了消除开门声的问题(如图2),只要我们在选购和使用噪声门时稍加注意,就基本上可以最大限度地减少开门声的影响,一般来说,可以注意以下三点。


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【图2 软拐点噪声门】





一是采用软拐点(SoftKnee)噪声门。其原理是,在有用声信号电平接近阈值前,噪声门已经打开,到达阈值时,缓慢地打开,开门为一个渐变的过程,开门前后的声音信号存在一个过渡,开门声当然就基本没有了。



二是采用快开门噪声门,现在最快的噪声门的开门时间仅为3微秒。当信号电平达到阈值后,如果噪声门开门时间太长,将造成更大的信号电平时门才打开,使开门声益发生明显,而开门迅速就不会存在上述情况了。



三是如果用扩展器做噪声门,则要适当减少扩展比,扩展比调在3:1到8:1之间比较合适,扩展比太小会使噪声门的开关作用变差,消除间歇噪声的作用大打折扣,但太大了又会出现开门声。在调整时应尽量将噪声门调到当声音信号大于一定程度(小于阈值)时,门已经开了小许,但背景噪声不甚明显,当达到阈值时,门已经完全打开。










2、与压限器配合强制降噪



有些人会问,声音间歇过程的本底噪声可以用噪声门消除,但是当系统的本底噪声过大时,譬如噪声水平已经接近了最弱的有用声时,又将如何是好呢?因为在系统本底噪声比较大的情况下,仅使用噪声门降器噪,势必要将噪声门的阈值调在较大位置,但随之会带来较弱的有用声也可能被噪声门关在门外,声音有明显的断续感,听起来很不舒服。



在以上噪声较大情况下,单独用噪声门的确难以解决好降噪问题,在这种情况下就要求我们采用噪声门与压限器共同配合,对声音信号进行强制降噪处理。



为什么绝大多数压限器要附设噪声门呢?



其中一个最主要的原因就是噪声门与压限器配合将具有一种强制降噪的功能,作者曾做过实验,将带有噪声门的压限器串接在扩声系统主通道中,使用强制降噪方法可以明显消除比较大的系统本底噪声,下面先介绍一下调节方法和步骤,然后再对为什么这样调节做一些说明。





(1)将压限器的阈值(Threshold,决定压限器在多大信号电平后开始压缩的值)调到最小。(2)将压限器的压缩比(Ratio,表示信号的压缩程度,压限器输入信号动态范围与输出信号动态范围之比)调到3:1以上。(3)将压限器的启动时间(Attack,为压限器从不压缩状态进入到压缩状态所需要的时间),调到最短。(4)恢复时间(Release,为压限器从压缩状态恢复到不压缩状态所需要的时间),调到最长。(5)在没有有用声信号的前提下,提升噪声门阈值,Gate指示灯亮后再将噪声门阈值提起来一点。








为什么要采用上述的步骤和操作方法才可以完成降噪呢?下面通过压限器和噪声门的信号处理过程,给大家解释一下。



当放送有用声信号时,由于压限器的阈值被调得很小,压缩比调得较大,声音信号必然会被压限器大大地压缩。大家知道,有用声肯定会远远地大于噪声,而压限器的功能就像一具音量控制器,两者同时压缩的结果势必是有用声还保持在较高电平上时,噪声却被压制得比较小了,如果噪声小于人的听阈,加上人耳的掩蔽效应(有用声掩蔽噪声),人们将很难察觉到噪声的存在。



当系统不放送有用声时,如果压限器没有噪声门配合,在压限器从压缩状态恢复到不压缩状态的过程中,噪声会逐步变大,出现噪声的“回潮”现象。但是如果我们在压限器恢复到不压缩状态前噪声门迅速关闭所有信号,噪声将不复存在。这就要求我们一定要将压限器的恢复时间调得比较长,使得它慢些恢复到不压缩状态,否则噪声门还没有来得及关闭,而压限器很快恢复到不压缩状态,我们将听到回潮噪声。



当有用声再次出现时,噪声门打开,压限器必须迅速进入到压缩状态,否则在压限器从不压缩状态到压缩状态之间,噪声将无法有效地抑制,这时的噪声被称为“音头噪声”。消除音头噪声的最佳方法就是要将压限器的启动时间调得尽可能地小,使压限器在最短的时间内进入到压缩状态。
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 楼主| 发表于 2019-9-6 22:19:52 | 显示全部楼层

3、处理鼓声



我们在拾取架子鼓的声音时,一般要在每一个鼓前都放置一只话筒进行拾音,如果有4个鼓我们就要用4只话筒。但是,当鼓手敲击某个鼓时,由于所有话筒可以拾取到这个声音外,必然会出现除了该鼓拾音话筒可以拾取到这个声音外,其他话筒同样也可以拾取到这个声音的情况。



其他话筒由于与正在发出声音的鼓的距离较拾取发声话筒略远,故该鼓的声音信号被送入调音台混合叠加后,我们听到的鼓声不是“咚”地一下,而是一串先后发出的“咚——”声。鼓声的到达时间不同,使鼓声出现了“重影”现象,造成鼓声听起来拖泥带水,有点像擦鼓皮的敲击声,通透感受到影响。







解决以上问题的关键就是要保证某只鼓发出声音时,只有这只鼓的话筒能拾取声音,其他的话筒关闭;或只有这只话筒的信号可以送出去,其他被话筒信号根本就送不出去。但是,哪只鼓发声就打开哪只鼓的拾音话筒是根本做不到的,而要求音响师实时同步地推起正在拾取发音鼓的那路推子更是不可能。如果我们使用噪声门,利用它的开关特性来解决这个问题,可以说是易如反掌。



噪声门用于鼓拾音的连接方法非常简单,只要将噪声门串接在每只话筒和调音台之音就可以了,但在调整时要注意以下问题:





一是每路噪声门的阈值(Threshold)要调到敲打相邻鼓时噪声门刚好处于关闭状态(Gate指示灯亮),而敲打本路鼓时噪声门能够完全打开(Gate指示灯灭),阈值太大会使鼓声发干,余音不足,太小噪声门不起作用。



二是如果噪声门设有启动时间(Attack)功能,可以用它调节鼓声的的软硬度。启动时间长时,鼓声的前冲声(即鼓声从无到极强的阶段的声音)将由于门没有及时打开而无法通过,声音听起来鼓声偏软,启动时间短时,门迅即打开,鼓的前冲声可以充分表现出来,声音听起来比较硬朗。



三是要利用好噪声门的开门保持时间或关门时间(Hold或Attenuate)功能,一般来说,开门保持时间或关门时间应该小于或等于鼓声的余音过程时间。开门时间太短会使鼓声的余音丢失,也就是说,在鼓声的余音在还没有充分展示时噪声门就已经关闭了,声音听起来会有发干的感觉。但时间太长也不好,因为太长的开门保持时间会造成噪声门关闭不及时,致使下一个鼓声有可能被拾取进来,致使鼓声的“重影”出现。






使用噪声门处理鼓声时,由于噪声门在一定电平下要关闭,帮较弱的鼓余音可能会被切去,鼓声听起来欠圆润,缺乏延宕。解决这个问题的最佳方法就是将从噪声门出来的鼓的声音信号送到效果器,用效果器中的鼓效果(Drum)或混响效果处理一下,将鼓的声音就会十分理想了。





4、提高声音的分离度



在上面一节中,我们谈到了使用噪声门处理鼓声的问题,实际上,这个问题就是利用噪声门提高声音分离度的最好范例。根据作者多年的音响技术工作实践,用噪声门提高声音的分离度,主要用于多只话筒同时拾音,当然也有利用声音信号之间的电平差来减少来自声音之间(如声道或信号通道)互相串扰(Crosstalk)的情况。



从理论上讲,噪声门具有高电平导通(开门)、低电平截止(关门)的性质,根据这个性质,我们可以解决很多音响工作遇到的提高声音分离度的问题。下面给大家举一个用噪声门消除话筒声音之间互相串扰(即分离度)、减少不必要噪音干扰的应用实例。



假如我们正在进行会议拾音,主席台上有三个人要发言,一个人在发言时,其他的人可以要随时插话。在这种情况下,就必须要求音响师将三个发言人的话筒推子都推起来,否则就有可能由于没有及时推起推子而使某人的发言没有被扩声,因为音响师很难预料哪位发言人会突然插话。



这就将带来一个问题,即当某一个人讲话时,另外两只话筒也在拾音,这两只话筒在大多数时间内拾取的声音肯定是我们不需要的各种环境噪音,如空调噪声和人所发出的各种声响等,这样的声音被拾取后通过音箱播放出去,不仅会增加系统的本底噪声,影响语言的可懂度,还会干扰听讲人的注意力,破坏会场气氛。



为了解决这个问题,国外很多公司设计了专门用于会议扩声的自动调音台。这种调音台的原理很简单,它的每一输入路均装有一个噪声门(有些是自动增益控制器),当调音台某路没有较大信号(有用声信号)输入时,该路自动关闭,无信号输出;当有较大信号输入时,该路打开,信号正常输出。一台自动调音台很贵,而大多数的自动调音台仅限于使用在会议拾音系统,不能用于其他方面。



我国的多功能厅很多,绝大多数的多功能厅既要开会还要搞卡拉OK和舞会等,自动调音台不太适用,而普通调音台又没有噪声门功能,会议拾音时就有可以出现不必要的噪音串扰问题。其实我们只要给普通的调音台上加上一台噪声门,将噪声门接在话筒与普通调音台之间即可解决不必要的噪音串扰问题,而且还没有增加大多投资。目前,市场上一台4路噪声门的价格仅在3千元左右,一般会议发言用话筒4只已经足够了,也就是说,一个多功能厅用一台噪声门就可以了。



噪声门用在会议系统拾音时,除了要将噪声门接在话筒与调音台之间外,还要注意其阈值的调整,一般将阈值(Threshold)调到对话筒讲话时噪声门能够打开、不对着话筒讲话时噪声门关闭就行。











5、改变混响效果的主观听音感受



大多数效果器中都设有噪声门功能,可以调节噪声门参数,很多人都不太理解个中原因,有些效果器甚至还有一种叫做“门混响”的效果。效果器中的噪声门到底起什么作用?在回答这个问题以前,先给大家讲一下绝对混响时间和相对混响时间的概念。



混响时间是指声源停止发声后声压级衰减60dB所需要的时间,它的符号是T60。T60在心理声学和音响学上被称为绝对混响时间,效果器标明的混响时间和房间的自然混响时间都属于绝对混响时间,绝对混响时间是一个客观的物理量,不受人的生理和心理因素影响。



而相对混响时间是一个主观感受值,主要受人的心理因素和生理因素影响,而直接作用于人的心理听觉和生理听觉的主体还是声音,故人耳实际感受到的相对混响时间长短受多种声音因素和条件的影响,如伴奏音乐声音量等,但噪声门的影响不可忽视。



如果让混响效果声通过噪声门进行处理,由于噪声门具有低电平关闭作用,我们将会得到一个混响余音被部分地切除掉的混响效果声,当我们仔细听这个混响效果声时,就不难发现混响时间好像变短了,噪声门的阈值(Threshold)调得越大,余音切除的就越多,混响时间的感觉就越短,导致主观听音所感觉到的相对时间变短的个中原因乃是由于噪声门使声音从有到无的过程变短所致。



很多效果器中设置噪声门的主要目的有二:一是要用它来调出符合人耳听音感受到的混响声;二是进一步改善混响效果声。



混响效果主要由早期反射声(或近次反射声)和混响声两部分组成,早期反射声来得较早,听起来比较响亮和悦耳;而混响声则来得较迟,听起来响度不大且略显浑浊。



为了使效果器发出的混响声更加明快活跃,我们可以利用噪声门来切除一部分多余的、混杂不堪的极多次、低响度反射响声,相对突出早期反射声,这样做不仅会使效果器发出的混响效果声更加优美动听,而且还会使混响声的清晰度和能见度有所提高。



效果器中的噪声门除了以上用途以外,还可以用来减少混响声与伴奏音乐声之间的交叉重叠,避免两者之间的相互干扰,尤其是抑制混杂的混响声的不良影响。我们知道,后期混合在一起时,虽然会被淹没在伴奏音乐声中,但是作为一种不良的本底噪声,它不仅会影响扩声系统的声音质量,还可能导致伴奏音乐的清澈度不理想。如果用噪声门除去这些多余且起负面作用的后期混响声,将充分发挥效果声的优点,进一步改善扩声音质。



噪声门在实践中的应用不外乎以上5种,但仅从以上5种应用方法中,大家就不难发现,噪声门在扩声系统中的作用是独特的,是其他设备无法替代的,充分认识噪声门的重要作用,用好噪声门,对广大音响工作者是很重要的。
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