Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Procesory dynamiki: Kompresory podstawowe

adambyw 03 Dec 2020 14:26 522 0
  • #1
    adambyw
    Moderator of Acoustics
    Procesory dynamiki: Podstawy

    Kompresory podstawowe

    Kompresory zmniejszają (kompresują) zakres dynamiki sygnału przechodzącego przez nie; dynamicznie zmniejszają najgłośniejsze sygnały. Kompresor zaczyna zmniejszać sygnał o ilość ustawioną przez stosunek kontroli (RATIO), gdy sygnał wejściowy przekracza poziom ustawiony przez kontrolę progu (TRESHOLD). Kompresor zmienia dynamikę dla celów estetyki, zrozumiałości, rejestracji lub ograniczeń transmisji.

    Na przykład wejściowy zakres dynamiki 110 dB może przejść przez kompresor i wyjść z nowym zakresem dynamiki 70 dB. Ten sprytny zabieg jest wykonywany w konstrukcjach analogowych przy użyciu VCA, którego wzmocnienie jest określane przez napięcie sterujące pochodzące z sygnału wejściowego (istnieją inne schematy, ale VCA dominuje). Konstrukcje cyfrowe wykorzystują złożone algorytmy matematyczne zoptymalizowane pod kątem dynamiki muzyki i sygnału mowy. Przed kompresorami, człowiek robił to na konsolecie mikserskiej i nazwaliśmy to gain riding.

    Trudność, z jaką systemy nagłaśniające radzą sobie z pełnym zakresem dźwięku, narzuca redukcję zakresu dynamiki. Jeśli włączyć go tak głośno, jak chcesz dla średnich sygnałów, a następnie nadejdą te ogromne muzyczne szczyty, które są niezbędne do uderzenia i dramaturgii muzyki, ale są zbyt duże dla wzmacniaczy mocy i głośników. Albo clipują wzmacniacze mocy, albo głośniki na dole, albo jedno i drugie - i system brzmi strasznie. Albo w drugą stronę, jeśli ustawisz wzmocnienie systemu, aby zapobiec tym przeciążeniom, wtedy gdy wszystko będzie ładnie i cicho, a wokal spadnie naprawdę nisko, nikt nic nie usłyszy.

    Aby to naprawić, potrzebujesz kompresora.

    Użycie jej jest dość proste: Należy ustawić punkt progu (treshold), powyżej którego wszystko będzie tłumione o określoną ilość, a następnie wybrać współczynnik (ratio) określający, ile wynosi "określona ilość", w dB. Wszystkie dźwięki poniżej punktu progowego pozostają nienaruszone, a wszystkie dźwięki powyżej tego punktu są kompresowane przez współczynnik określający ilość "określonej ilości" w dB. Wcześniejszy przykład redukcji 110 dB do 70 dB wymaga ustawienia stosunku 1,6:1 (110/70 = 1,6).

    Kluczem do zrozumienia kompresorów jest zawsze myślenie w kategoriach rosnących zmian poziomu dB powyżej punktu progowego. Kompresor powoduje, że te zmiany są mniejsze. Z przykładu, na każdy wzrost poziomu o 1,6 dB powyżej punktu progowego, wyjście wzrasta tylko o 1 dB. W związku z tym kompresory sprawiają, że głośne dźwięki są cichsze. Jeśli dźwięk staje się głośniejszy o 1,6 dB, a moc wyjściowa zwiększa się tylko o 1 dB, wówczas głośny dźwięk jest teraz cichszy.

    Kompresja szerokopasmowa

    Kompresja szerokopasmowa jest najprostszą formą kompresji, w której wszystkie częstotliwości są kompresowane jednakowo, a łańcuch boczny (side-chain) jest równie wrażliwy na wszystkie częstotliwości. Zazwyczaj stosowany jest detektor rms, a podstawowe elementy sterujące komputerowego wzmocnienia łańcucha bocznego to: próg (treshold), współczynnik (ratio), atak (attack) i zwolnienie (release), jak pokazano na rysunku 3a. Reakcja kompresora powyżej progu o wartości progowej -20 dB i stosunku 4:1 jest pokazana na rysunku 3b. Niektóre kompresory pracują powyżej i poniżej progu, jak pokazano na przykładzie automatycznego układu sterowania wzmocnieniem (AGC).

    Procesory dynamiki: Kompresory podstawowe
    Rysunek 3a. Schemat blokowy kompresora szerokopasmowego

    Procesory dynamiki: Kompresory podstawowe
    Rysunek 3b. Wykres odpowiedzi kompresora szerokopasmowego


    Zastosowania kompresora

    • Zmniejszenie zakresu dynamiki wokalu w celu umożliwienia mu pozostania obecnym i słyszalnym w miksie podczas konkurowania z innymi wzmocnionymi instrumentami. Stosowany przy miksowaniu zarówno materiału na żywo jak i zarejestrowanego.
    • Zmniejszenie zakresu dynamiki wokalistów i innych instrumentów muzycznych, które wykraczają poza możliwości rejestracji lub reprodukcji.
    • Zapobieganie wycinaniu i zniekształceniom w systemach dźwięku na żywo lub łańcuchach nagrań.
    • Łagodne i wyważone instrumenty, takie jak gitary basowe o szerokim zakresie dynamiki i dużych wahaniach poziomu strun do strun, lub wyrównywanie różnych poziomów głośności instrumentów dętych.
    • Zmniejszenie sybilantów (de-essing).
    • Produkcja głośniejszych nagrań do emisji.
    • Wyrównanie wahań głośności zapowiedzi z powodu różnych głosów ogłaszających.
    • Kontrola nad tworzeniem dźwięku. W połączeniu z mikrofonami i przetwornikami instrumentalnymi, kompresory pomagają w określeniu ostatecznego brzmienia poprzez selektywne kompresowanie określonych częstotliwości i przebiegów fal. Częstymi przykładami są tłuste dźwięki bębna, zwiększenie sustainu gitary, wygładzanie wokalu, i wychwytywanie (wybicie) konkretnych dźwięków w miksie.

    Kompresja jest dostępna w kilku formach. Jak wcześniej opisałęm podstawy są takie same dla wszystkich typów: poziom łańcucha bocznego jest porównywany z progiem i algorytm wzmocnienia wykorzystuje różnicę między progiem a poziomem łańcucha bocznego w połączeniu z ustawieniami kontroli łańcucha bocznego w celu określenia wzmocnienia. Każda z poniższych technik kompresji ewoluowała w celu zaspokojenia konkretnych potrzeb.


    Kontrola Side-Chain

    Aktywność side chain'u reguluje szereg parametrów, ale cztery najważniejsze to Threshold, Ratio, Attack and Release. Niektóre kontrolery dynamiki oferują regulację tych parametrów na panelu przednim lub kontrolę programową, podczas gdy inne automatycznie ustawiają je na optymalne wartości.

    Wartości progu (Treshold) i Stosunku (Ratio) mają jednoznaczne definicje:

    Threshold

    Jak przejście przez drzwi, jest to początkowy punkt regulacji wzmocnienia. Gdy sygnał wejściowy jest poniżej progu dla kompresorów, lub powyżej progu dla ekspanderów, procesor dynamiki działa jak kawałek drutu. Powyżej progu, łańcuch boczny działa samoczynnie i zmniejsza głośność (lub na odwrót w przypadku ekspanderów). Zakres roboczy dla kompresorów wynosi zazwyczaj od -40 dBu do +20 dBu. Dobry ekspander rozszerza ten zakres do -60 dBu dla sygnałów o niskim poziomie.

    Ratio

    Gdy sygnał przekroczy ustawiony próg (treshold), od ustawienia stosunku (ratio) zależy, jak bardzo zmieni się głośność. Zwykły prosty kabel ma stosunek 1:1 - wyjście śledzi wejście - 2 dB zmiana na wejściu daje 2 dB zmiany na wyjściu, inaczej w żaden sposób nie wpływa na sygnał.

    Wysoki współczynnik wynosi 10:1. Dla stosunku 10:1 wybuch 10 dB na wejściu zmienia się w tylko 1 dB na wyjściu - jest to mocne przetwarzanie. Delikatniejsze, łagodniejsze proporcje znajdują się w zakresie od 2:1 do 3:1.

    Na rysunku 4 pokazano normalne zakresy sterowania współczynnikami od 1:1 do 10:1. Jeśli istnieje, dolna granica 1:1 jest przeznaczona do ominięcia procesora dynamiki.

    Procesory dynamiki: Kompresory podstawowe
    Rysunek 4. Wejście i wyjście dla różnych zależności

    Wzmocnienie (gain)



    Czasami nazywane w kompresorach "make-up gain", sterują one pożądanym poziomem wyjściowym przy aktywnej kompresji. Preferowany zakres dla zastosowań profesjonalnych to ±12 dB przy ustawieniu wzmocnienia jednostkowego 0-dB w położeniu środkowym. Wzmocnienie może być realizowane w głównej ścieżce sygnału lub w bocznym łańcuchu jako Offset.

    Ciężkie czasy

    Niestety nie istnieją dokładne definicje terminów "atak"(attack) i "wyzwolenie" (release) z powodu braku standardów branżowych. Co więcej, producenci robią to jeszcze gorzej, nie wyjaśniając, jak definiują te terminy. Większość z nich nie, po prostu wymieniają szereg ustawień, pozostawiając użytkownikowi odgadnięcie, czy pokazywany czas oznacza, ile czasu potrzeba, aby dojść do końca zmiany wzmocnienia, czy do środka, czy do punktu 3-dB, czy cokolwiek.

    Atak (attack)

    Określa, jak szybko funkcja reaguje na wzrost poziomu wejścia w łańcuchu bocznym powyżej progu. W przypadku kompresorów i AGC definiuje on, jak szybko wzmocnienie jest zmniejszane. W przypadku bramek i ekspanderów definiuje, jak szybko wzmocnienie jest zwiększane.

    Ponieważ zwiększenie czasu ma coraz mniejszy wpływ na wzmocnienie w przypadku kompresorów, praktyczne jest określenie ataku jako czasu potrzebnego na osiągnięcie przez wzmocnienie określonego procentu wartości końcowej. Typowo jest to 86% lub 95% wartości końcowej.

    Czas ataku dla kompresorów wynosi zazwyczaj od 25 ms do 500 ms.

    W przypadku ekspanderów (z funkcją "ducking & gate") zakres ten zmienia się na 0 ms (atak " natychmiastowy", w stosunku do dowolnego DSP lub Ataku wyprzedzającego look-ahead dla procesorów cyfrowych) do 250 ms (ponieważ dłuższe czasy ataku nie są konieczne).

    W trybie ekspandera czas ataku określa tempo wzrostu wzmocnienia w miarę jak sygnał sterujący przesuwa się w kierunku lub powyżej ustawionego progu.

    W trybie bramki czas ataku określa, jak szybko bramka otwiera się w momencie, gdy sygnał sterujący przekroczy ustawiony próg.

    W trybie duckera, czas ataku określa jak szybko sygnał jest redukowany, gdy sygnał sterujący przekroczy ustawiony próg.

    Wyzwolenie (Release)

    Określa, jak szybko funkcja reaguje na spadek poziomu wejścia w łańcuchu bocznym poniżej progu. W przypadku kompresorów i AGC definiuje ona, jak szybko wzmocnienie jest zwracane po zatrzymaniu tych procesów. W przypadku bramek i ekspanderów definiuje, jak szybko wzmocnienie jest zmniejszane. Wzmocnienie jest zazwyczaj definiowane przez stałą czasową RC (rezystor-kondensator) w domenie logarytmicznej, co skutkuje stałą zmianą wzmocnienia dB na sekundę na wyjściu. Ponieważ dB na sekundę jest stały, wyzwolenie może być określone bezpośrednio w dB/sekundę lub jako czas wymagany do zmiany 10 dB (zazwyczaj 10 dB krok).

    Ważne jest, aby zrozumieć różnicę pomiędzy szybkością uwalniania dźwięku - określoną przez tę kontrolę - a czasem uwalniania. Nie istnieje żaden standard branżowy i różni producenci różnie definiują tę kontrolę.

    Regulator ten definiuje np. jak długo trwa zmiana wzmocnienia o 10 dB, a nie jak długo trwa powrót do wzmocnienia jednostkowego (bez redukcji wzmocnienia).

    Aby obliczyć rzeczywisty czas zwolnienia wymaga trochę matematyki: Czas zwolnienia = (Redukcja wzmocnienia x ustawienie zwolnienia) / 10 dB

    Przykład: przy ustawieniu regulatora release na 1 sek., gdy obecnie stosowany sygnał o 5 dB redukcji wzmocnienia nagle spada poniżej progu, czas zwolnienia wynosi:
    (5 dB x 1 sek.) / 10 dB = 0,5 sek.

    Typowe ustawienia wyzwolenia kompresora i ekspandera wynoszą od 25 ms do 2 sekund.

    W trybie pracy z bramką czas zwolnienia określa, jak szybko bramka zamyka się, gdy sygnał sterujący spadnie poniżej nastawy progu.

    W trybie ekspandera czas zwolnienia określa, jak szybko zmniejsza się sygnał, gdy sygnał sterujący porusza się poniżej ustawionego progu.

    W trybie duckera, czas zwolnienia określa jak szybko sygnał jest zwiększany, gdy sygnał sterujący spadnie poniżej ustawionego progu.

    Kolano (knee)

    Unikalna dla kompresorów, funkcja ta steruje działaniem w punkcie progowym. Twarde kolano (Hard Knee) nie robi nic, dopóki sygnał nie przekroczy punktu progowego, a następnie stosuje pełną kompresję.

    Użycie miękkiego kolana (Soft Knee) znacznie zmniejsza zniekształcenia spowodowane nagłym przejściem od wzmocnienia jedności do skompresowanego sygnału. Dokładna reakcja miękkiego kolana jest trudna do osiągnięcia przy użyciu metod analogowych. Cyfrowe implementacje pozwalają na zlokalizowanie środka kolana dokładnie na progu za pomocą funkcji matematycznej określającej płynne przejście od wzmocnienia jedności do określonego stosunku. Należy zauważyć na Rysunku 5, że prawidłowa reakcja miękkiego kolana nie zmienia ostatecznej redukcji wzmocnienia uzyskanej powyżej kolana, która zazwyczaj występuje w konstrukcjach analogowych. Miękkie kolano definiuje się jako "rozpiętość". Rozpiętość określa, o ile dB poniżej progu rozpoczyna się kompresja, a o ile dB powyżej progu kompresja osiąga określony stosunek.

    Miękkie kolano zaczyna stosować niewielką kompresję tuż przed osiągnięciem punktu progowego, kontynuuje zwiększanie kompresji przez punkt progowy i dalej, aż w końcu stosuje pełną kompresję do sygnałów najwyższego poziomu. W zależności od zastosowania i materiału źródłowego, ustawienia miękkiego kolana brzmią bardziej naturalnie. Jednak dla maksymalnej głośności przed kompresją (np. ochrona sprzętu) należy stosować twarde ustawienia kolana.

    Procesory dynamiki: Kompresory podstawowe
    Rysunek 5. Charakterystyka regulowanego kolana kompresora

    Procesory dynamiki: Kompresory Specjalizowane: deessery, agc, komp. dynamiczne
    Procesory dynamiki: Limiter szczytów
    Procesory dynamiki: Ekspandery
    Procesory dynamiki: Bramki
    Procesory dynamiki: Duckery
    Procesory dynamiki: Zastosowanie wszystkich procesorów na raz
    Procesory dynamiki: Specjalnego przeznaczenia
    Procesory dynamiki: Aplikacje kompresorów i limiterów