调音台之信号处理设备之压限器详解

调音台之信号处理设备之压限器详解

压限器是压缩器和限制器的组合设备，由于它具有多种特性，在扩声系统、录音系统和广播系统中有诸多应用。例如：给鼓声增加坚实浑厚感；为吉他、弦乐增添弦外之音；使演唱声更加圆润；提升混合低电平信号；减少手持话筒拾音起伏；降低音乐大起大落变化；保护扩声系统不过载；数/模转换；进行压缩处理等。同时，这种设备多数增设了扩展门，用于音乐宁静或间歇间的噪声切除，使其应用范围更广，更灵活。另外，还附设了边链输入、输出插孔，进行外控，使其应用更加多样化。要充分发挥压限器的作用，必须全面了解它的原理特性和相应的功能调节。

（一） 压限器的工作原理
以美国Furman Sound公司生产的LC-6为例说明，它与日本YAMAHA
GC2020II型、美国dbx266XL、美国DOD866II相类似。LC-6的原理方块图如图4-4所示。它由六个部分组成：输入、压控放大（VCA）、输出、检测/控制、扩展门和电源。
输入的声信号经平衡输入放大器，进入输入增益放大器（增益调节范围从—20dB～+20dB），做适当的增益调节，直接送出或反相后做平衡输出。另一路信号到输出电平检测器（有的机器采用压控放大器的输入端信号，称输入电平检测器），输出电平检测器对此信号的电平大小用压缩门限（压缩阈）去鉴别，压缩阈可调（-40dB～+20dB），对于低于这个阈的信号，输出电平检测器不控制压控放大器，压控放大器做正常的放大输出，对于高于这个阈的信号，输出电平检测器以一定的动态压缩比、启动时间、恢复时间去控制压控放大器增益变化（靠阻抗变换）。同时，在压控放大器输出端与输出电平检测器输入端之间安排了边链插孔，它与调音台上的插入插孔（INS）类似，在边链插孔输出口（Side Chain Output）可将压控放大哭喊的输出信号直接引出，并切断进入输出电平检测器的通路。边链输入插孔（Side Chain Input）可将超过压缩阈的外控信号引入，通过输出电平检测器去控制压控和放大器的输出（有的边链插孔安装在压控放大器输入端品上，其作用完全一样）。此外，在输入增益放大器前（有的在其后）引出信号到扩展门检测器，衽门控阈调节。引来的信号若低于门控阈，将做35dB的衰减，若高于门控阈的信号，扩展门检测器输出信号去控制压控放大器工作，其作用与输出电平检测器相反，并且独立工作。

（二） 压限器的工作特性曲线
压限器的工作状态完全取决于电平检测器的调节。为简单起见，将压限器的输入增益和输出增益都放在0dB电平上。输入信号和输出信号用相对量dB数表示，设压缩阈在—40dB处，压缩比2:1,横坐标表示送到输出电平检测器的输入信号（dB），纵坐标表示整机输出信号(dB)，以压缩阈为基准，输入信号变化20dB，输出信号动态变化10dB，压缩比等于输入信号动态变化与输出信号动态变化之比，即2：1，如图4-5所示。同样，若输入信号动态变化40dB，按2：1压缩，输出信号动态变化为20dB。从图4-5（b）中可以看出压缩比不是绝对量的比，即不是输入信号dB值与输出信号dB值之比。该图中也表示出启动时间和恢复时间的含义。压缩比∞:1，压缩阈变成了限制阈。图4-5(b)表示压缩阈从—40dB移至+20dB处的情况，值得注意的是，图中横坐标表示送到输出电平检测器的输入信号，输出增益调节改变了压缩曲线的纵向基点位置。

（三） 有关功能键
（1） 输入增益（Input
Gain）：调节相对于压缩阈的信号电平大小，0dB表示对输入平衡放大器的信号不提升，也不衰减。正dB表示提升，意味着更多的输出信号被压缩。
（2） 门阈（Gate
Threshold）:调节门控限，低于此限的信号，包括噪声，使其增益衰减35dB。顺时针方向调，表示门控限提高，更多的信号处于门控限下被衰减。反时针调满，门阈关闭。此门阈不受输入增益控制的影响。
（3） 启动时间（Attack
Time）:表示将从输出电平检测器检测到压缩阈以上的信号压缩至规定的压缩比值所需要的时间，顺时针方向调，减慢这个过程，反时针方向调，加速这个过程。它是检测部分和压控部分对信号电平增长的快慢反应。
（4） 恢复时间（Release
Time）:表示压缩部分（输出电平检测器和压近代放大器部分）对信号电平下降的反应快慢。从压缩状态返回到压缩阈值以下正常状态所需的时间。
（5）压缩比（Ratio）:调节压缩作用的强弱。3：1表示压缩阈以上的信号每增加3dB,在输出端只增加1db；1：1表示压限器不起压缩作用；超过5:1，有明显的压缩作用；超过10:1，有明显的限制作用；∞：1表示压限器起限制器作用，压控放大器输出不再增长。压缩阈成为限制阈。
（6） 压缩阈（Compress
Threshole）:调节受压缩的信号电平基准。反时针方向调，受压缩的信号多，顺时针方向调满，在+20dB上，大部分信号都不受压缩。
（7） 输出增益（Output Gain）:用于恢复信号压缩处理过程中的总体增益，它仅影响整机输出。
（8） 正常/连接立体声开关（Normal/Linked
Switch）:双声道用于立体声时按下它，增益衰减由声道1主控，保留声音的原来平衡状况和声像，声道1的启动时间、恢复时间、压缩比、压缩阈控制着两个声道。但声道2的输入增益和输出增益控制仍起作用为平衡起见，一般调节与声道1相同。但此键弹出时，两个声道独立工作。
（9） 增益衰减表（Gain Reduction
Meter）：表示增益衰减大小。以5dB为一级，第一个灯亮表示只作1dB增益衰减。
（10） 接地开关（Ground
Switch）：它是机器后盖上的一个开关。机器各线路板公共端接往电源地线与机架金属栏杆形成地环路，可能引起哼哼声，此开关往上接，隔开机架与所有信号地线，切断地环路。但电源地线与机架仍然接通，以保证安全和屏蔽射频干扰。
（11） 边链输入和输出（Side Chain input and
output）：有特殊应用（详见后面章节）。

四） 有关调节
（1） 关于扩展阈的调节：一般情况下，扩声设备档次较高，接入扩声系统，所有设备找开，功能键放在正常工作状态，整个扩声系统处于静态工作状态，不加声源信号，系统噪声声不大，耳朵可以容忍，不产生烦噪感。这时，扩展门可关闭不用。若扩声系统噪声较大，可将门阈提起（有的机器用红灯指示），直到仅能听见少许噪声为止，保证最低音乐信号都能通过，放声自然。有音乐时，门控打开，音乐信号通过（有的机器用黄灯指示），无音乐信号时，门关闭，将门阈以下的噪声衰减35dB.
（2）启动时间的调节：调到1ms以下时，会产生“喘息”效应。调短些，潜在瞬态危险不产生，有利于后接的高灵敏机器设备的保护，但不利于音乐信号瞬态特性的保留（例如：打击乐）。对于打击乐，应调到大于10ms，给予夸张，使乐凌晨丰满。启动时间调长些，压缩作用呈“软膝盖”特性。恢复时间调长些，压缩作用平滑自然，但有碍大信号后紧跟的小信号的表现。
（3） 压缩比的调节：1：1表示压缩器不起压缩作用，高于5：1的压缩，压缩猛烈，压扁了声音，平均音量有所增加，听音容易产生疲劳感。高于10：1的压缩，起明显的限制作用。∞：1起完全的限制作用，此时，压缩阈变成限制阈，阈前信号处于放大状态。就普通音乐资料而言，启动时间调在1ms～5ms间，恢复时间调在500ms以上，压缩比调在5:1以下为宜。

（五） 扩声系统中主通道上压限器的连接
压限器在主通道上的连接关键是压限器放在起房间均衡补偿作用的均衡器之前还是之后的问题，如图4-6所示。有人特别强调把压限器放在房间均衡器之后，其主要理由是保护后接的功放和音箱，并且可把房间均衡器引入的噪声切除。其实，这是对压限器的功能不甚了解，忽略了其功能键调节的相互关系的缘故。
如果压缩比调在∞：1，压限器起限制作用；压缩阈调在+20dB上，基本上让声音信号都通过；输出增益调在+20dB，压限器的输出，接往激励器，电子分频的信号高达+40dB,这样，即使压限器起限制作用，也无济于事，难于保护功放或音箱。何况电子分频器又有高、中、低三个频段提升量调节，调节不当，可使功放过载，损坏功放，烧毁音箱，因此，必须做综合调整，否则将产生严重后果。
有人认为带噪声门的压限器放在房间均衡器之前，会大大增加扩声系统的噪声，其实这是一种表面现象。我们不妨作一个基本估计，压限器本身的静态噪声为—95dB,房间均衡器的静态噪声为—95dB,若把压限器放在房间均衡器之前，把房间均衡器刻度频率点的提升量放在极端状态+12dB，忽略房间均衡器后接的激励器和功放的噪声，并把它们对噪声的放大量+38dB考虑进去，那么，从功放输出端出现的噪声为—95dB+12dB+38dB=—45dB。如果把压限器放在房间均衡之后，用其噪声门切除前面房间均衡器引入的噪声，把压限器本身的表态噪声考虑进去，那么，从功放输出端出现的噪声为—95dB+38dB=—57dB。可见，这两种情况对扩声系统的噪声并没有多少影响。
从另一角度来看，房间均衡器置于压限器之前时压限器用作压缩器，尽管压限器上的立体声连接键被按下，但对立体声的压缩作用依然很明显，立体声放声效果差，信号动态被压缩，从而使音乐层次感变差。如果压限器的压缩比又调得较大，这时，利用房间均衡器进行房间均衡补偿有时显得很困难，比如：对某些刻度频点提升12dB，4：1的压缩比，经压限器后被压缩成3dB提升量，这对某些歌舞厅来说是不利的，若压缩阈放在—20dB上，利用房间均衡器抑制某些啸叫频率作用不明显，如衰减12dB，在压限器上却只衰减了约3dB。由此可见，在卡拉OK厅、歌厅、音乐厅、多功能厅里的扩声系统中，最好将房间均衡器接在压限器之后，压限器可对比较猛烈的音乐信号进行压缩处理，用房间均衡器进行均衡补偿，使立体声放声效果、音乐层次以及临场感得到恢复（不是扩展器的扩展作用）。但这样连接后，房间均衡器对某些频点提升12dB,是否对功放不利，容易造成过载呢？一般功放工作时，都留有3～4储备量，功放的最大不失真功率等于功放的额定功率的2倍，绝大多数功放都能随音乐峰值功率，音乐峰值功率等于功放额定功率的4倍，所以，房间均衡器提升某些频点12dB（4倍）的音乐信号不会使轼放过载烧毁。目前，许多卡拉OK厅，不再配置压限器，只要操作者熟练，功放留有储备量，一般不会产生功放过载、音箱烧毁现象。在专业DISCO舞厅，放声功率要求很大，声压级达到110dB，音乐信号起伏猛烈，必须将房间均衡器放在压限器之前，利用压限器当做限制器，统调各设备的增益，达到保护功放的目的。

（六） 压限器的一些特殊应用
（1） 压限器可用于画外音压缩或用于体育实况转播（见图4-7）。话筒输入信号经话筒放大器放大后，分成两路，一路进入混合器，另一路进压限器的边链输入端，通过输出电平检测器去控制压控放大器起压缩作用。当对白声音或解说员声音出现时，声信号经过放大，一方面送出，另一方面去控制压限器起压缩作用，将压限器输入端进来的背景音乐声或场地比赛声压缩下降。当对白声音或解说员的声音不出现时，压限器不受控，进行普通放大，使背景音乐或比赛场地声音自动上升。利用实况转播调音台，可轻而易举地实现图4-7的连接。话筒插入调音台，利用该路上的直接输出接到压限器边链输入端，背景音乐进压限器，压限器输出接到调音台的另一线路输入端上，然后在调音台上混合，再经调音台送出去。将压缩比调低，启动时间和恢复时间调长，用以控制背景音乐或比赛场地声音。
（2） 去除扩声系统的嘶嘶声或讲话、演唱中的齿音，其连接方式见图4-8所示，利用图表均衡器的输入输出与压限器的边链插孔的输出、输入对接。即压限器的边链输出进图表均衡器的输入端，图表均衡器的输出进压限器的边链插孔的输入端。嘶嘶声的频点将在2.5kHz～10kHz间逐个提升，若仍有嘶嘶声，则说明不是该频点，应放回0dB处。若提升某频点，嘶嘶声消失，则该频点便是嘶嘶声频率，它控制了扩声系统的嘶嘶声。一般启动时间和恢复时间要调得短些，压缩比调到低于8:1。
（3） 在演唱表演场合，为防止因演员过高的演唱声而产生的失真或演唱人手持话筒距离嘴太近而导致音量过大产生的失真，可将压缩阈调高，对过高的声音进行压缩和增益衰减，保持歌声动态完整。
（4） 利用扩展门与压限器的相反作用。例如：在会议室里，多个话筒打开，调节门控阈，只对讲话人声拾音，将旁边的杂音或翻动讲稿的声音或过多的混响尾声衰减、切除。
许多专业音响设备，由于其功能的多样性，导致其使用的灵活性。不存在单一刻板的使用模式，压限器便是其中的一种。只有充分了解它的工作特性，才能运用自如，按照不同的场合，运用不同的连接方式，达到不同的使用目的。