調音臺之信號處理設備之壓限器詳解

壓限器是壓縮器和限制器的組合設備，由于它具有多種特性，在擴聲系統、錄音系統和廣播系統中有諸多應用。例如：給鼓聲增加堅實渾厚感；為吉他、弦樂增添弦外之音；使演唱聲更加圓潤；提升混合低電平信號；減少手持話筒拾音起伏；降低音樂大起大落變化；保護擴聲系統不過載；數/模轉換；進行壓縮處理等。同時，這種設備多數增設了擴展門，用于音樂寧靜或間歇間的噪聲切除，使其應用范圍更廣，更靈活。另外，還附設了邊鏈輸入、輸出插孔，進行外控，使其應用更加多樣化。要充分發揮壓限器的作用，必須全面了解它的原理特性和相應的功能調節。

（一） 壓限器的工作原理
以美國Furman Sound公司生產的LC-6為例說明，它與日本YAMAHA
GC2020II型、美國dbx266XL、美國DOD866II相類似。LC-6的原理方塊圖如圖4-4所示。它由六個部分組成：輸入、壓控放大（VCA）、輸出、檢測/控制、擴展門和電源。
輸入的聲信號經平衡輸入放大器，進入輸入增益放大器（增益調節范圍從—20dB～+20dB），做適當的增益調節，直接送出或反相后做平衡輸出。另一路信號到輸出電平檢測器（有的機器采用壓控放大器的輸入端信號，稱輸入電平檢測器），輸出電平檢測器對此信號的電平大小用壓縮門限（壓縮閾）去鑒別，壓縮閾可調（-40dB～+20dB），對于低于這個閾的信號，輸出電平檢測器不控制壓控放大器，壓控放大器做正常的放大輸出，對于高于這個閾的信號，輸出電平檢測器以一定的動態壓縮比、啟動時間、恢復時間去控制壓控放大器增益變化（靠阻抗變換）。同時，在壓控放大器輸出端與輸出電平檢測器輸入端之間安排了邊鏈插孔，它與調音臺上的插入插孔（INS）類似，在邊鏈插孔輸出口（Side Chain Output）可將壓控放大哭喊的輸出信號直接引出，并切斷進入輸出電平檢測器的通路。邊鏈輸入插孔（Side Chain Input）可將超過壓縮閾的外控信號引入，通過輸出電平檢測器去控制壓控和放大器的輸出（有的邊鏈插孔安裝在壓控放大器輸入端品上，其作用完全一樣）。此外，在輸入增益放大器前（有的在其后）引出信號到擴展門檢測器，衽門控閾調節。引來的信號若低于門控閾，將做35dB的衰減，若高于門控閾的信號，擴展門檢測器輸出信號去控制壓控放大器工作，其作用與輸出電平檢測器相反，并且獨立工作。

（二） 壓限器的工作特性曲線
壓限器的工作狀態完全取決于電平檢測器的調節。為簡單起見，將壓限器的輸入增益和輸出增益都放在0dB電平上。輸入信號和輸出信號用相對量dB數表示，設壓縮閾在—40dB處，壓縮比2:1,橫坐標表示送到輸出電平檢測器的輸入信號（dB），縱坐標表示整機輸出信號(dB)，以壓縮閾為基準，輸入信號變化20dB，輸出信號動態變化10dB，壓縮比等于輸入信號動態變化與輸出信號動態變化之比，即2：1，如圖4-5所示。同樣，若輸入信號動態變化40dB，按2：1壓縮，輸出信號動態變化為20dB。從圖4-5（b）中可以看出壓縮比不是絕對量的比，即不是輸入信號dB值與輸出信號dB值之比。該圖中也表示出啟動時間和恢復時間的含義。壓縮比∞:1，壓縮閾變成了限制閾。圖4-5(b)表示壓縮閾從—40dB移至+20dB處的情況，值得注意的是，圖中橫坐標表示送到輸出電平檢測器的輸入信號，輸出增益調節改變了壓縮曲線的縱向基點位置。

（三） 有關功能鍵
（1） 輸入增益（Input
Gain）：調節相對于壓縮閾的信號電平大小，0dB表示對輸入平衡放大器的信號不提升，也不衰減。正dB表示提升，意味著更多的輸出信號被壓縮。
（2） 門閾（Gate
Threshold）:調節門控限，低于此限的信號，包括噪聲，使其增益衰減35dB。順時針方向調，表示門控限提高，更多的信號處于門控限下被衰減。反時針調滿，門閾關閉。此門閾不受輸入增益控制的影響。
（3） 啟動時間（Attack
Time）:表示將從輸出電平檢測器檢測到壓縮閾以上的信號壓縮至規定的壓縮比值所需要的時間，順時針方向調，減慢這個過程，反時針方向調，加速這個過程。它是檢測部分和壓控部分對信號電平增長的快慢反應。
（4） 恢復時間（Release
Time）:表示壓縮部分（輸出電平檢測器和壓近代放大器部分）對信號電平下降的反應快慢。從壓縮狀態返回到壓縮閾值以下正常狀態所需的時間。
（5）壓縮比（Ratio）:調節壓縮作用的強弱。3：1表示壓縮閾以上的信號每增加3dB,在輸出端只增加1db；1：1表示壓限器不起壓縮作用；超過5:1，有明顯的壓縮作用；超過10:1，有明顯的限制作用；∞：1表示壓限器起限制器作用，壓控放大器輸出不再增長。壓縮閾成為限制閾。
（6） 壓縮閾（Compress
Threshole）:調節受壓縮的信號電平基準。反時針方向調，受壓縮的信號多，順時針方向調滿，在+20dB上，大部分信號都不受壓縮。
（7） 輸出增益（Output Gain）:用于恢復信號壓縮處理過程中的總體增益，它僅影響整機輸出。
（8） 正常/連接立體聲開關（Normal/Linked
Switch）:雙聲道用于立體聲時按下它，增益衰減由聲道1主控，保留聲音的原來平衡狀況和聲像，聲道1的啟動時間、恢復時間、壓縮比、壓縮閾控制著兩個聲道。但聲道2的輸入增益和輸出增益控制仍起作用為平衡起見，一般調節與聲道1相同。但此鍵彈出時，兩個聲道獨立工作。
（9） 增益衰減表（Gain Reduction
Meter）：表示增益衰減大小。以5dB為一級，第一個燈亮表示只作1dB增益衰減。
（10） 接地開關（Ground
Switch）：它是機器后蓋上的一個開關。機器各線路板公共端接往電源地線與機架金屬欄桿形成地環路，可能引起哼哼聲，此開關往上接，隔開機架與所有信號地線，切斷地環路。但電源地線與機架仍然接通，以保證安全和屏蔽射頻干擾。
（11） 邊鏈輸入和輸出（Side Chain input and
output）：有特殊應用（詳見后面章節）。

四） 有關調節
（1） 關于擴展閾的調節：一般情況下，擴聲設備檔次較高，接入擴聲系統，所有設備找開，功能鍵放在正常工作狀態，整個擴聲系統處于靜態工作狀態，不加聲源信號，系統噪聲聲不大，耳朵可以容忍，不產生煩噪感。這時，擴展門可關閉不用。若擴聲系統噪聲較大，可將門閾提起（有的機器用紅燈指示），直到僅能聽見少許噪聲為止，保證最低音樂信號都能通過，放聲自然。有音樂時，門控打開，音樂信號通過（有的機器用黃燈指示），無音樂信號時，門關閉，將門閾以下的噪聲衰減35dB.
（2）啟動時間的調節：調到1ms以下時，會產生“喘息”效應。調短些，潛在瞬態危險不產生，有利于后接的高靈敏機器設備的保護，但不利于音樂信號瞬態特性的保留（例如：打擊樂）。對于打擊樂，應調到大于10ms，給予夸張，使樂凌晨豐滿。啟動時間調長些，壓縮作用呈“軟膝蓋”特性。恢復時間調長些，壓縮作用平滑自然，但有礙大信號后緊跟的小信號的表現。
（3） 壓縮比的調節：1：1表示壓縮器不起壓縮作用，高于5：1的壓縮，壓縮猛烈，壓扁了聲音，平均音量有所增加，聽音容易產生疲勞感。高于10：1的壓縮，起明顯的限制作用。∞：1起完全的限制作用，此時，壓縮閾變成限制閾，閾前信號處于放大狀態。就普通音樂資料而言，啟動時間調在1ms～5ms間，恢復時間調在500ms以上，壓縮比調在5:1以下為宜。

（五） 擴聲系統中主通道上壓限器的連接
壓限器在主通道上的連接關鍵是壓限器放在起房間均衡補償作用的均衡器之前還是之后的問題，如圖4-6所示。有人特別強調把壓限器放在房間均衡器之后，其主要理由是保護后接的功放和音箱，并且可把房間均衡器引入的噪聲切除。其實，這是對壓限器的功能不甚了解，忽略了其功能鍵調節的相互關系的緣故。
如果壓縮比調在∞：1，壓限器起限制作用；壓縮閾調在+20dB上，基本上讓聲音信號都通過；輸出增益調在+20dB，壓限器的輸出，接往激勵器，電子分頻的信號高達+40dB,這樣，即使壓限器起限制作用，也無濟于事，難于保護功放或音箱。何況電子分頻器又有高、中、低三個頻段提升量調節，調節不當，可使功放過載，損壞功放，燒毀音箱，因此，必須做綜合調整，否則將產生嚴重后果。
有人認為帶噪聲門的壓限器放在房間均衡器之前，會大大增加擴聲系統的噪聲，其實這是一種表面現象。我們不妨作一個基本估計，壓限器本身的靜態噪聲為—95dB,房間均衡器的靜態噪聲為—95dB,若把壓限器放在房間均衡器之前，把房間均衡器刻度頻率點的提升量放在極端狀態+12dB，忽略房間均衡器后接的激勵器和功放的噪聲，并把它們對噪聲的放大量+38dB考慮進去，那么，從功放輸出端出現的噪聲為—95dB+12dB+38dB=—45dB。如果把壓限器放在房間均衡之后，用其噪聲門切除前面房間均衡器引入的噪聲，把壓限器本身的表態噪聲考慮進去，那么，從功放輸出端出現的噪聲為—95dB+38dB=—57dB。可見，這兩種情況對擴聲系統的噪聲并沒有多少影響。
從另一角度來看，房間均衡器置于壓限器之前時壓限器用作壓縮器，盡管壓限器上的立體聲連接鍵被按下，但對立體聲的壓縮作用依然很明顯，立體聲放聲效果差，信號動態被壓縮，從而使音樂層次感變差。如果壓限器的壓縮比又調得較大，這時，利用房間均衡器進行房間均衡補償有時顯得很困難，比如：對某些刻度頻點提升12dB，4：1的壓縮比，經壓限器后被壓縮成3dB提升量，這對某些歌舞廳來說是不利的，若壓縮閾放在—20dB上，利用房間均衡器抑制某些嘯叫頻率作用不明顯，如衰減12dB，在壓限器上卻只衰減了約3dB。由此可見，在卡拉OK廳、歌廳、音樂廳、多功能廳里的擴聲系統中，最好將房間均衡器接在壓限器之后，壓限器可對比較猛烈的音樂信號進行壓縮處理，用房間均衡器進行均衡補償，使立體聲放聲效果、音樂層次以及臨場感得到恢復（不是擴展器的擴展作用）。但這樣連接后，房間均衡器對某些頻點提升12dB,是否對功放不利，容易造成過載呢？一般功放工作時，都留有3～4儲備量，功放的最大不失真功率等于功放的額定功率的2倍，絕大多數功放都能隨音樂峰值功率，音樂峰值功率等于功放額定功率的4倍，所以，房間均衡器提升某些頻點12dB（4倍）的音樂信號不會使軾放過載燒毀。目前，許多卡拉OK廳，不再配置壓限器，只要操作者熟練，功放留有儲備量，一般不會產生功放過載、音箱燒毀現象。在專業DISCO舞廳，放聲功率要求很大，聲壓級達到110dB，音樂信號起伏猛烈，必須將房間均衡器放在壓限器之前，利用壓限器當做限制器，統調各設備的增益，達到保護功放的目的。

（六） 壓限器的一些特殊應用
（1） 壓限器可用于畫外音壓縮或用于體育實況轉播（見圖4-7）。話筒輸入信號經話筒放大器放大后，分成兩路，一路進入混合器，另一路進壓限器的邊鏈輸入端，通過輸出電平檢測器去控制壓控放大器起壓縮作用。當對白聲音或解說員聲音出現時，聲信號經過放大，一方面送出，另一方面去控制壓限器起壓縮作用，將壓限器輸入端進來的背景音樂聲或場地比賽聲壓縮下降。當對白聲音或解說員的聲音不出現時，壓限器不受控，進行普通放大，使背景音樂或比賽場地聲音自動上升。利用實況轉播調音臺，可輕而易舉地實現圖4-7的連接。話筒插入調音臺，利用該路上的直接輸出接到壓限器邊鏈輸入端，背景音樂進壓限器，壓限器輸出接到調音臺的另一線路輸入端上，然后在調音臺上混合，再經調音臺送出去。將壓縮比調低，啟動時間和恢復時間調長，用以控制背景音樂或比賽場地聲音。
（2） 去除擴聲系統的嘶嘶聲或講話、演唱中的齒音，其連接方式見圖4-8所示，利用圖表均衡器的輸入輸出與壓限器的邊鏈插孔的輸出、輸入對接。即壓限器的邊鏈輸出進圖表均衡器的輸入端，圖表均衡器的輸出進壓限器的邊鏈插孔的輸入端。嘶嘶聲的頻點將在2.5kHz～10kHz間逐個提升，若仍有嘶嘶聲，則說明不是該頻點，應放回0dB處。若提升某頻點，嘶嘶聲消失，則該頻點便是嘶嘶聲頻率，它控制了擴聲系統的嘶嘶聲。一般啟動時間和恢復時間要調得短些，壓縮比調到低于8:1。
（3） 在演唱表演場合，為防止因演員過高的演唱聲而產生的失真或演唱人手持話筒距離嘴太近而導致音量過大產生的失真，可將壓縮閾調高，對過高的聲音進行壓縮和增益衰減，保持歌聲動態完整。
（4） 利用擴展門與壓限器的相反作用。例如：在會議室里，多個話筒打開，調節門控閾，只對講話人聲拾音，將旁邊的雜音或翻動講稿的聲音或過多的混響尾聲衰減、切除。
許多專業音響設備，由于其功能的多樣性，導致其使用的靈活性。不存在單一刻板的使用模式，壓限器便是其中的一種。只有充分了解它的工作特性，才能運用自如，按照不同的場合，運用不同的連接方式，達到不同的使用目的。