声频可用动态范围及压缩器的应用

molopjay1 · 发表于 2016-6-26 09:27:37

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　　1、入耳听觉特性与动态范围

　　随着声频技术日新月异的发展，追求完美的大动态范围和优美动听的音质越来越引起录音师的高度重视。声音的动态范围是最大音量与最小音量之间的声音级差，声音的动态范围是相当大的，超过了人耳听觉的闻阈到痛阈。人耳如同一个自动增益控制器，当声压级增大时，人耳的听觉灵敏度会自动地降低，当声压级减小时，听觉的灵敏度又会自动地提高。虽然空气震动所产生的声压强度动态范围很大，但由于人耳生理的作用，可闻声的动态范围就缩小了。

　　不同频率以同样的能量发出声音，可根据人体的听觉特性，会感觉低频和高频的声音比中频要较弱些，如要使100Hz、1000Hz的声音获得同样的响度，如1000Hz的声压级为40dB，而100Hz的声压级就要提高到60dB。随声压级的不同，这种听觉特性还要发生变化，声压级越小，听觉对低高频声音的灵敏度衰减得越多。

　　声波波长17m(即20Hz)是人耳能听见的最低频，17mm(20kHz)是人耳能听见的最高频。可闻的声压范围为0.0002-200ub(对1000Hz)，即0-120dB，即听觉上限比下限高出一百万倍。然而，人耳对声压级感受的上下限，并不是电影、广播和电视专业所选择的上下限。因为超过120dB就达到了痛阈区，故上限选在+110dB;又由于噪声的原因，下限也不能选在OdB，它与录音环境噪声密切相关，录音棚的噪声一般规定不超过30dB；同时，按照信息判别的标准，最小的声音信号应当高于噪声水平10dB，故下限选在40dB;因此在电影、广播和电视专业中，声音信号的动态范围为110-(30+10)=70dB；或者说声音信号的变化范围大约为3000倍。显然，它比人耳一百万倍的正常听觉范围要小很多。

　　2、各种音频设备的动态范围

　　在录音工艺传输与记录过程中，传声器的动态范围一般约为100dB(个别超过100dB以上)，调音台的动态范围约为100dB，数字调音台动态范围约为110dB，开盘录音机的动态范围60-70dB，唱片的动态范围约为75dB，激光唱片的动态范围为80~90dB，磁带的动态范围约为65dB，光学声带的动态范围约为45dB。

　　不同的声源有不同的动态范围，如语言的动态范围为40-45dB，音乐的动态范围为90-100dB，甚至更高一些，自然界雷电的声音与飞机声音及原子弹爆炸声音动态范围就更大，超过了人耳所能承受的能力。

　　因此就出现了可用声频信号的动态范围与实际声源的动态范围的巨大差别。另外，在录音制作中，音频信号在传输中受到电声设备线性和噪声水平的限制，使录制节目失去了原来应有的信息量，又由于录音设备与实际声源的动态范围产生不相适应的矛盾，小信号受到噪声的干扰，大信号又受到设备线性技术指标的限制，承受不了高声压级所造成的非线性失真。其次，还有载体不能记录全部声信号的矛盾。所以，录制工作中，一是不要把声音录得过大而造成失真，二是不要把声音录得太小而出现明显的噪声。失真和噪声又都与频响有着密切的关系，因此要准确掌握，谨慎做到不失真的下限和噪声的上限及一定的频率范围之内，这个区域就称为动态范围，如图1所示。在这个范围内要尽量提高上限的过荷点，另外还要进一步地降低噪声水平，目的是扩大有效的动态范围。

　　

　　图1动态范围

　　在录音工艺中，尽管采用了各种各样的降噪措施可给出15~30dB的裕量，但加起来仍然低于入耳听觉的动态范围120dB。虽然数字技术的迅速发展，扩展了动态范围，但录制节目时还是受到载体的制约达不到应有的理想境界，有不少的声信号还是被噪声所掩盖。声源实际的动态范围与可使用的声信号动态范围仍然存在着很大的差距，这种差距导致声音的“层次”级数大大地减少，降低了原声的质量。为了能获得更好的音质和更大的动态范围，还原高质量的声音，在录制节目时，需要使用各种动态处理器，其中包括压缩器、限制器、扩展器、噪声门及杂音消除器等。在此，仅就压缩器谈谈在录音中的应用。

　　3、压缩器的基本原理

　　早在1938年，在电影现场拍戏录台词时（语言）就开始使用压缩器了，音量压缩器应用到录音方面对声音质量的提高有极大的帮助。其原理是把录音机上的传输线路分成两路，甲路是直接输出到录音车（机）的调幅器，乙路是将电压整流后成为直流电压，再去降低甲路内的可变放大系数级的放大倍数。由此甲路实录的音量受到自动的控制。这样就能够缩小过强与过弱音量的差距，特别是在还音环境恶劣的条件下效果最为明显，不会造成大音量刺耳难受，小音量不会被环境噪声所掩盖。

wsrxh · 发表于 2016-6-26 09:29:07

　　过去录音机一般是没有音量压缩器的，录音时声音的大小完全靠录音师来控制调整，但由于声音的大小起伏变化很大很快，不易掌握，往往会造成过调幅失真（光学录音更为突出）。为防止失真，扩大动态范围，增强耳感响度，专业录音设备都装有音量压缩器与限制器。但是有了这些有利条件，不等于就不需要人来调音，只不过是录音效果更好一些罢了。

　　压缩器不能扩展光学或磁带的动态范围，只能把高于所需要的动态范围之外的电平“压入”声带的动态范围之内。所以，它实际上是在高电平不过荷失真的情况下，相对地提高了声带上的平均音量幅度。

　　

　　图2压缩器的原理方框图

　　4、压缩器可调的参数

　　4.1压缩比

　　压缩比一般为2：1，4：1，6：1，超过6：1就变成了限制器。压缩比=输入电平的变化值比上输出电平的变化值，当输入变化为20dB时，输出变化5dB时，压缩比：20：5=4：1。也可以这样说：对2：1的压缩来说，输入增加2dB，输出只增加ldB，对4：1的压缩来说，输入增加4dB，输出只增加ldB。

　　4.2压缩量

　　图3是典型的压缩曲线，横轴是放大器的输入电平，纵轴是输出电平。一条与横轴成45。的直线说明输出与输入成正比；如果放大器具有压缩器或限制器的作用，那么在压缩开始时，这条45。直线便向横轴倾斜，这条线斜离450的那一点(1：1)，称为“分离点”（临界点）或“压缩开始点”。有压缩的实际输出和没有压缩时所获得输出之间的差，就是以dB计算的压缩量。

　　

　　图3典型的压缩曲线

　　在专业录音电平的控制调整并不是一个简单的问题。录音师应该非常熟悉各种类型的话筒、调音台、录音机、磁带、胶片的各种技术性能。目的是为了更好地控制各种声源信号的动态范围，使声音信号电平工作在录还音设备的性线范围之内。因为各种声源（音乐、语言及音响效果）的动态范围不同，设备如CD唱片、磁带及光学声带等的动态范围不同。声信号电平的大小或强弱，一般都是由人工调整，也可以利用自动音量控制器自动调整。人工调整比较灵活，它是以录音师的主观听觉判断与电平表指示的大小为依据来调整的，声音艺术效果好一些。用自动音量控制器调整电平，比较机械不自然，声音艺术效果较差。

　　压缩器的原理与限制器的原理基本相同，但它们的性质用途及应用的方法是完全不同的。压缩器大都用在语言录音方面，使用压缩器的主要目的是提高声音的平均音量，在表针摆动有效的范围之内，尽量提高声音的响度。压缩器不但能压缩大信号，在一定程度上还可以提升小信号，最终达到了提高平均音量的响度。在使用压缩器时，“分离点”（临界点）或“压缩开始点”，选得不能太高，如果选得太高结果与限制器的作用完全一样了。在这里，一定要根据压缩器和限制器的不同特性以及不同的节目制作来使用，绝不能把两者等同起来。限制器是对高电平起限制作用，其目的是为了防止超调幅失真，当信号未达到临界值之前，节目信号通过限制器时不发生任何变化，当电平一旦超过临界值时，系统增益会自动降低，这阵输出信号电平被有效地限制。限制比大都设在6：I以上，可达10：1，20：1等。

　　压缩器的输入电平超过某个设定值后，增益便会下降，但输出电平仍然会随输入电平而增大。而限制器却不同，当输入电平超过某个设定值后，不论输入电平变化多大，但输出电平始终保持恒定不变。

　　4.3压缩时间与恢复时间

　　压缩器上升时间比较快，一般在2~10ms之间，即从输入信号电平突然增加时压缩器开始对信号起作用所需要的一段时间。恢复时间在0.1—2s之间，即高电平信号压缩以后，系统增益恢复到正常值所需要的时间。还原恢复时间快的用于语言录音，还原恢复时间较慢的用于音乐录音或混合录音。

wsrxh · 发表于 2016-6-26 09:29:29

　　5、早期的压限器

　　20世纪70年代初国内引进了德国EMT156型压缩器，这是一种性能比较完善的音频动态范围处理设备，它包括压缩、限制及扩张三种功能，适用于磁带、唱片等录音方式，同时也可用于调频、调幅广播系统。这种动态处理设备在声音质量上有明显的提高，具有两路主通道，可用于双声道立体声录音。三种功能可以任意自由组合使用，如压缩+限制、压缩+扩张、压缩+限制+扩张，也可以单独使用压缩或限制的任何一种。

　　在工作中操作非常方便，而且声音效果也很好，压缩比可调、压缩增益可调、限制量可调，压缩、限制和扩张恢复时间可调等。当然目前市场上动态处理设备就更多了，如杜比公司和dbx公司的产品质量更为好一些，受到广大用户的好评。

　　建国初期引进的英国高家公司于1948年生产的G.B.KALEE专为电影制片录音用的六路混合调音台，其中附属设备516型压缩限制器，是中国电影制片厂最早录音使用的一种动态处理设备，专为录语言、音乐及混合录音的。压缩与限制比都是固定的不可以调整，压缩2:1或1.5：1，限制10：1上升时间同样也是固定的，当用2:1或1.5：1压缩时，上升时间比较慢，分别为1.5ms或2.5ms；当用10：l限制时，上升时间又很快，为0.1ms。但还原恢复时间又是可调的，压缩与限制还原恢复时间共有5挡：第1挡0.3s；第2挡0.6s；第3挡1.2s；第4挡2s；第5挡3s。

　　6、压缩器的应用

　　根据压缩器的原理和特性不难看出，它的功能在应用上也是非常广泛的。在录音方面，无论是录语音或音乐都可以应用，能够获得更加有效的动态范围，声频信息更多、更丰富，耳感响度更大。同样在扩声系统也是不可缺少的设备之一，对保护设备如功率效大器和扬声器的安全也极为有利。其次在声音艺术创作上利用压缩器上升时间与恢复时间的变化还可以产生一种奇特的声音艺术效果。压缩器使用中主要是压缩比的设定。

　　(1)影视现场同期录音，通常设定压缩比为2：1，话筒在演员正前上方，由于演员的表演是移动的，话筒很难保持与演员方向、距离、高度及倾斜度的不变，特别是多个演员说话声音起伏变化就更大，采用压缩器后大的声音不会过载失真，小的声音相对得到提高，这样音量平均响度增强了。

　　(2)交响乐、民族乐及一般通俗音乐，一般设定为3：1或4：1。采用压缩器后，信号峰值电平被压低，乐队的声源动态范围自然会变小，不会造成失真。如果是分轨录音可以分别对待，加或不加，打乐和铜管乐可加压缩，木管乐和弦乐可以不加压缩。

　　(3)广场和室内舞台，由于演员手持无线话筒，活动不受限制，活动范围很大，常常忘记与话筒之间距离，造成声音突然变化，忽大忽小，观众听起来很不舒服。如果采用压缩器，可使声音得到一些均衡与平稳，在一定程度上缩小了音量大小的差别。

　　(4)-般美声唱法，民族唱法及通俗唱法，少加或不加压缩，但像黄河畔的原生态民歌手阿宝唱“山丹丹开花红艳艳”和内蒙古草原上的著名歌唱家腾格尔唱的某些歌曲，一定要加压缩器或加限制器。

　　(5)录大合唱如“祖国颂”，以及戏曲秦腔“铡美案”中包公那一大段唱腔及山西中路梆子里头冯继唱的“卧虎令”和黑头吴云全唱的“打金枝”等，更需要加限制器或压缩器，声音效果会更佳。

　　实践证明，凡是高亢、雄壮、有力量及动态范围大的歌曲或唱腔，最好加限制器或压缩器，这样既不会造成过荷失真，又能获得有效的动态范围。

　　总之，声迹有效动态范围只有40dB左右，那么又如何表现生活中丰富多彩的音响层次呢？录音师应当首先明确艺术是再现生活的真实，所以用40dB的动态范围来表现80-90dB或更大的声压级，确实是一件不容易的事。所以，录音师在整个录音过程中不仅要充分利用各种技术条件，处理各种声音的强弱表现在表指示的大小上，更重要的是营造出所需要的各种各样的气氛。其次，还要利用人们听觉心理因素，在40dB的动态范围内，既能创造出扣人心弦、感染力极强，又能创造出细微、宏大、高层次的音响。

　　

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