Динамическая обработка звукового сигнала

Параметры динамической обработки

В Adobe Audition основными средствами работы с уровнями фонограммы явля-

ются инструменты динамической обработки.

Инструменты динамической обработки сигналов применяются либо для эстети-

ческого оформления записи, либо для повышения качества звука фонограммы. Во-

прос качества может быть актуален, например, в случае получения исходного сигна-

ла по коммуникационному тракту, динамический диапазон которого ограничен.

Динамический диапазон устройств передачи и воспроизведения звука — напри-

мер, усилителя, микрофона, компакт-диска — может быть существенно ограничен. В

то же время динамический диапазон реальных сигналов, как правило, гораздо выше.

Например, для симфонического оркестра он может составлять до 120 дБ, а для ком-

пакт-диска реальное значение этого параметра составляет около 75 дБ. Напомним,

что теоретические вопросы, связанные с динамическим диапазоном и компрессией,

уже были рассмотрены в главе № 1.

Необходимость применения устройств динамической обработки звука может

быть мотивирована также необходимостью принятия мер для борьбы с мешающими

сигналами — шумом в паузе, посторонними сигналами в микрофоне, фоном и шипе-

нием от гитарных приставок и т.п.

Все программные инструменты динамической обработки делятся на два класса —

по характеру взаимосвязи их коэффициента усиления и уровня входного сигнала. Ес-

ли при увеличении уровня входного сигнала коэффициент передачи фильтра умень-

шается, то речь идет о компрессоре или его разновидностях. Если же при увеличении

входного сигнала коэффициент передачи фильтра также увеличивается, то это —

экспандер. Принцип действия данных программных инструментов заключается в

анализе уровня входящего аудиосигнала и изменении уровня выходного сигнала по

некоторому закону.

Ниже рассмотрены основные параметры устройств динамической обработки зву-

ка.

Передаточная характеристика. Представляет собой зависимость между требуе-

мым выходным и входным уровнями звука. В соответствии со своей передаточной

характеристикой устройство динамической обработки определяет тот коэффициент

усиления, который нужно применить к входному сигналу в каждый момент времени.

Динамическая характеристика. Определяет такие параметры, как время сраба-

тывания (Attack) и время восстановления (Release).

На рис. 6.32 представлены примеры передаточной и динамической характеристик

для компрессора.

Форма передаточной функции компрессора свидетельствует о том, что выходной

сигнал будет равен входному до достижения амплитудой сигнала точки порога сра-

батывания компрессора (Threshold). Перелом в передаточной характеристике ком-

прессора называется точкой перегиба (Knee). Начиная с этой точки выходной сигнал

компрессора увеличивается в меньшей степени, чем входной, т.е. осуществляется

уровень по сравнению с входным. Такие устройства, как отмечалось в главе 1, назы-

ваются экспандерами; они расширяют динамический диапазон.

Иногда передаточная характеристика сглаживается, чтобы в ней не было острых

углов. Этот режим называется мягким порогом (Soft knee или Soft threshold). Ком-

прессор с мягким порогом начинает немного уменьшать уровень сигнала еще до дос-

тижения им величины порога срабатывания.

Работу устройства динамической обработки можно описать следующей схемой.

Устройство следит за входным уровнем и в соответствии с ним регулирует выходной

уровень, т.е. применяет к входному сигналу некоторую амплитудную огибающую

(коэффициент усиления), меняющуюся со временем.

Степень сглаживания амплитудной огибающей в устройствах динамической об-

работки определяют два параметра — время атаки и время восстановления (см. рис.

6.32). Они определяют скорость реакции устройства на изменение входного уровня.

Время атаки (срабатывания) (Attack) — это промежуток времени между момен-

том, когда от источника подается скачок сигнала с уровнем, который на 6 дБ выше

исходного, и моментом, когда выходной уровень достигает значения, которое на     2

дБ выше прежнего установившегося значения выходного сигнала. Таким образом,

время атаки показывает, за какое время устройство реагирует на превышение порога

срабатывания,

Время восстановления (Release) — это промежуток времени между моментом,

когда уровень сигнала источника уменьшается на 6 дБ от исходного, и моментом, ко-

гда выходной уровень достигает значения, которое на 2 дБ ниже его прежнего уста-

новившегося значения. Следовательно, время восстановления соответствует скоро-

сти реакции устройства на возвращение входного уровня под порог срабатывания.

Время атаки и время восстановления измеряются в миллисекундах и могут ме-

няться в широких пределах для различных фильтров динамической обработки и в за-

висимости от конкретных задач.

Программные инструменты динамической обработки

Кроме рассмотренных выше инструментов — компрессора, экспандера и лимите-

ра, — существуют и другие инструменты динамической обработки. Некоторые из

них рассмотрены ниже.

Лимитер. Этот инструмент был упомянут как один из частных случаев

компрессора.

Лимитирование отличается от компрессирования, прежде всего, степенью ком-

прессии. При лимитировании параметр Ratio равен бесконечности. При этом, неза-

висимо от приращения входного сигнала, уровень сигнала на его выходе увели-

чиваться не будет.

RMS-компрессор. Это еще одна из разновидностей компрессоров. Данный тип

компрессора должен реагировать на эффективное, действующее значение сигнала.

RM5 (Root Mean Square) — среднеквадратическое (эффективное) значение сигнала.

RMS-компрессор реагирует на мощность звукового сигнала, а не на мгновенные

значения его амплитуды, как обычный компрессор. Цепи управления компрессоров

этого типа построены таким образом, что длительный сигнал небольшой амплитуды

дБ (степень экспандирования— 7,06:1). Подходит для обработки фоно-

грамм с уровнем шума, менее высоким, чем в предыдущем случае.

■ Compander. Это специальный вариант динамической обработки. Устанав-

ливаются следующие параметры: полное подавление сигналов с уровнем

меньше -71,9 дБ (пороговый ограничитель); компрессия сигналов с уровнем

от -40 до -9 дБ (степень компрессии — 1,1:1); компрессия сигналов с уров-

нем ниже -9 дБ (степень компрессии — 3,75:1); расширение сигнала ниже

уровня -40 дБ (степень экспандирования — 2:1). Подобная обработка по-

зволяет улучшить качество сигналов, записанных с микрофона в условиях

студии с недостаточной звукоизоляцией.

■ Smooth Vocal.. Динамическая обработка голоса вокалиста. Устанавливают-

ся следующие параметры: компрессия сигналов с уровнем от -100 до -20 дБ

(степень компрессии— 2:1). Этот вариант предназначен для обработки зву-

ка, записанного в хороших студиях. Позволяет сгладить случайные перепа-

ды уровней, обусловленные, например, изменением расстояния от микро-

фона до рта певца.

■ Vocal Limiter. Компрессия динамического диапазона сигналов с уровнем

выше 8 дБ (степень сжатия — 6,15:1). Вариант подходит для обработки за-

писей, выполненных в хорошей студии с низким уровнем шума. В резуль-

тате улучшаются выразительность голоса и разборчивость нюансов в тихих

местах партии. Полностью устраняется различие уровней в громких местах

партии.

Нормализация участков волновой формы

Ограничитель Hard Limiting позволяет уменьшать амплитуду звуковых колеба-

ний до заданного уровня. Такое уменьшение возможно в случае превышения ампли-

тудой некоторого порога, ниже которого амплитуда всех звуковых выборок не изме-

няется. Доступ к инструменту осуществляется с помощью команды меню

Effects è Amplitude and Compression è Hard Limiting, в результате чего открыва-

ется диалоговое окно Hard Limiting, показанное на рис. 6.35.

С помощью инструмента Hard Limiting можно воздействовать именно на клип-

пированные участки волновой формы. Ограничитель Hard Limiting очень удобен

тем, что при нормализации можно воздействовать не на всю волновую форму, а

только на те ее фрагменты, в сигнале которых наблюдаются большие пики.

Программа позволяет открыть два разных диалоговых окна Hard Limiting. Одно

из них принадлежит плагину VST и содержит список стандартных установок пара-

метров Effect Preset, а также кнопки Save a new preset и Delete this preset. Установка

значений параметров осуществляется с помощью регуляторов ползункового типа и

графических элементов настройки — Limit Max Amplitude to, Boost Input by,

Lookahead Time, Release Time (их назначение будет описано ниже). В другом диа-

логовом окне, показанном на рис. 6.35, присутствует расширенный набор элементов

управления. Рассмотрим параметры настройки, присутствующие в диалоговом окне

Hard Limiting.

Sample) значения отсчетов, а также доля (в процентах) отсчетов, которые

были бы клиппированы, если бы ограничение не выполнялось (Percent

Clipped). Выводимая здесь информация собирается после щелчка на кнопке

Gather Statistics Now — каждый раз, когда вы изменяете значения любого

из параметров в этом окне.

Многополосный компрессор

Это четырехканальный компрессор с четырехполосными элементами управления

и изменяемой частотой кроссовера. Данный инструмент представляет собой плагин

VST. Он позволяет независимо работать с уникальными динамическими параметра-

ми для четырех частотных полос — эта возможность может широко использоваться

при мастеринге. Динамические органы управления инструмента позволяют эффек-

тивно удалять чрезмерный уровень сигнала от микрофонов или других, источников

после записи живого выступления или в студии. Диалоговое окно инструмента

Multiband Compressor (рис. 6.36) открывается после выбора команды меню Effects

è Amplitude and Compression è Multiband Compressor.

В верхней области диалогового окна находится координатное поле амплитудно-

частотных характеристик, предназначенное для отображения графиков мгновенных

спектров фрагмента на входе и выходе компрессора.

На графиках можно настраивать кроссовер. Изменяя положение линии разделе-

ния полос, можно расширять или сужать ширину полосы частот. Для этого доста-

точно захватить мышью и перетащить влево или вправо одну из трех узловых точек

кроссовера. Таким образом можно точно установить частоты кроссовера и доступные

полосы. Значения параметров кроссовера контролируются и вводятся также в специ-

альные поля ввода — low, mid и high.

новления характерна для более спокойных произведений, а пониженная —

для ударных инструментов.

Ползунковый регулятор величины порога срабатывания позволяет задать в диа-

пазоне от 0 до -60 дБ тот уровень, который входящий сигнал должен превысить, что-

бы на него начинал действовать компрессор. Величина порога срабатывания может

быть проконтролирована или изменена также в соответствующем поле ввода.

Для компрессии только отдельных пиков и сохранения динамического уровня ве-

личина порога срабатывания устанавливается на 5 дБ ниже пика входного уровня.

Для более глубокой компрессии аудио и существенного уменьшения динамического

диапазона порог срабатывания устанавливается на 15 дБ ниже пика входного уровня.

Рядом с ползунком порога срабатывания расположены индикатор ослабления

усиления (справа) и индикатор входного уровня (слева). Индикатор ослабления уси-

ления красными столбцами показывает величину компенсации, которая применяется

для сохранения пикового уровня. Другой индикатор показывает уровень амплитуды

входного сигнала. Желтыми столбцами отображается пиковая область, а красными

— область перегрузки. Щелчком на индикаторе область перегрузки очищается.

Каждая полоса снабжена кнопками S (Solo) и В (Bypass). Первая из них, Solo, по-

зволяет применять регулировки только к выделенной полосе частот. После установки

флажков подсвечиваются те полосы, которые выбраны для настройки параметров.

Флажок Bypass позволяет перенаправить сигналы данной полосы в обход настроек.

Щелкая на этой кнопке, можно быстро сравнить звук до и после его обработки ком-

прессором.

Группа output gain состоит из индикатора, ползункового регулятора и поля ввода

параметра gain. Эти элементы управления предназначены для контроля и изменения

аудиосигнала после компрессии. С их помощью можно повысить коэффициент уси-

ления или обрезать его одновременно для всех каналов. Изменения возможны в диа-

пазоне от -18 до 18 дБ относительно нуля. Желтыми столбцами обозначается пиковая

область, а красными — область перегрузки. Щелчком на индикаторе область пере-

грузки очищается.

В группе limiter содержатся поля параметров, которые используются для выпол-

нения установок в группе output gain с целью оптимизации всех уровней. Воздейст-

вие параметров threshold, margin, attack и release на сигнал оказывается менее аг-

рессивным, чем воздействие аналогичных установок для отдельных полос. Здесь па-

раметр Margin позволяет установить величину абсолютного максимума относитель-

но 0 dBFS.

В завершение рассмотрим группу флажков options.

■ spectrum on input. Устанавливается для отображения графика спектра

входного сигнала перед графиком спектра.

■ brickwall limiter. Устанавливается для немедленного и жесткого ограниче-

ния пиков аудиосигнала в пределах значения, заданного в поле Margin, что

позволяет снять перегрузки. Максимальное время attack для режима огра-

ничения brickwall составляет 5 мс.

■ link band controls. Устанавливается для связывания между собой парамет-

ров настройки всех полос.