P14:限制器(Limiter)

赵丽丽 2024-07-06 09:22 1次浏览 0 条评论 taohigo.com

前言:P11-P13介紹的是壓縮器,本章介紹的是壓縮器的“親戚”——限制器。

一、限制器的定義

在數字音頻中,信號的音量是有一個最大值的,既是滿刻度,也就是0dBFS。一旦輸出信號超過瞭滿刻度(0dBFS),那麼就會造成信號削波失真(在模擬世界中可能會導致設備損壞)。

限制器的核心職能是將峰值控制在閾值以下,故此,能將瞬態電平和信號峰值控制在閾值以下的處理器就可以被稱為限制器。限制器與壓縮器最大的區別就是,限制器能做到零啟動時間和無窮大的壓縮比(圖1),而壓縮器則無能為力。在混音中,限制器的主要作用就是在不削波的情況下保持響度最大化。

圖1:無窮大的壓縮比

二、限制器的核心參數

相比於壓縮器,限制器的核心參數要少的多。不同的限制器,參數會有所不同,如有的限制器是有閾值設定的,有的限制器則用Input Gain來間接的替代閾值,總體來說,它們的目的是一致的。

  • 閾值(Threshold):一個臨界值,沒超過臨界值的信號不受影響,而信號一旦超過該臨界值,其電平就會被限制在閾值以下,請註意,是采取衰減振幅的方式來限制,而不是直接“砍掉”超過閾值的信號。
  • 輸入增益(Input Gain):有的限制器是沒有Threshold設置的(內部有固定閾值),而是采用輸入增益來間接的替代閾值。輸入增益與閾值一般是二者存一,輸入增益就是將信號放大,直到超過固定閾值,慢慢的信號就被限制成瞭“磚墻”。
  • 輸出上限(Out Ceiling):這個參數類似於壓縮器的增益補償,可用於衰減或提高限制器的輸出。
  • 釋放時間(Release):與壓縮器的釋放是一個意思,也就是信號低於閾值後,從限制狀態恢復到不限制狀態所需要的時間。如果釋放設置得太短,限制量又特別大,則可能會引起抽吸效應。而太長的釋放時間,會導致本不該被限制的信號會得到更多的限制。如果使用的限制器上有自動釋放的功能,建議使用自動釋放。

有的人可能會比較疑惑,為什麼在沒調輸出上限的情況下拉低閾值,其輸出響度反而變大瞭呢?其實可以這樣理解,將限制器想象成一個容器(圖2),拉低閾值,相當於縮小容器的空間,容器裡本來沒有撐滿的信號由於容器的縮小,被擠壓的滿滿的瞭(磚墻),最後經由輸出上限的放大(不用額外調節),所以單方面拉低閾值,信號的整體響度會變大。而當沒有閾值參數時,我們可以直接調節輸入增益來達到響度最大化的目的(圖3),兩者效果是一致的,本章的配套視頻對其有所演示。

圖2:閾值下拉圖3:輸入增益

三、限制器的附加參數——抖動

很多限制器還有一個非常重要的可設參數,那便是抖動(Dither)。由於限制器常常用於母帶環節處理的末端(最後掛限制器),一般到瞭這種時候,你的作品就需要進行導出發佈瞭,而隻要涉及到導出,音頻的位深(Bit depth)就有可能發生變化(降位處理)。比方說你的工程是24Bit的,如果需要導成16Bit的CD格式,那麼就必須要加入抖動處理。抖動是為瞭解決降位處理中的截斷失真的問題,從而達到保留更多的音頻細節的目的(失真度降到最低)。正因為需要抖動處理,so,限制器很人性化的將抖動處理的功能集成到自身瞭,當然,你也可以去選擇獨立的抖動處理器去進行抖動處理。

要想弄清楚降位處理與抖動之間的關系,就必須要先明白位深(Bit depth)的概念。專欄中的《P3:采樣率,位深以及比特率》對這個有所闡述,不過隻是較為淺顯的本意解釋,並沒有說到降位處理,所以,此處還需簡單介紹一下降位處理與抖動之間的關系。

  • 降位處理中發生瞭什麼?先來進一步認識位深(Bit depth),在圖4中,不同的位深的外觀一目瞭然,位深越高,精度就越高,所能記錄的動態范圍就愈大。當從高位深降到低位深時,會發生如圖5中的截斷失真(Truncation distortion),道理很簡單,當把一個大東西放進一個小容器中時,必須得舍棄一些東西才能放進去。說白瞭截斷失真會造成“波形走樣”(圖6上半部分),從而造成音色失真,細節丟失(特別是低電平Low Level)。

圖4:不同的Bit圖5:截斷失真

  • 抖動到底幹瞭些什麼?Dither能保證信號在降位處理之後細節依然存在。Dither實際上就是噪音(Noise),普通的Dither是直接利用白噪來減小截斷失真帶來的副作用,而高級一點Dither則是一種noise-shaping,中文稱之為“噪聲整形”,其優點是既能達到Dither目的,又能把噪音排列至聽感不明顯的頻段中去。圖6下半部分是經過Dither之後再進行降位處理後的樣子,可見其波形細節還在。至於Dither為什麼能保留降位信號的細節,這是一個問題(有明白原理的還望在評論區告之)。當然瞭,對於混音師或者母帶師來說,當要發生降位處理的時候,直接先Dither伺候之。具體效果可以查看本章的配套視頻。

圖6:抖動處理效果圖

  • 什麼時候需要抖動?如果會發生降位處理,那就在降位處理之前先進行抖動處理。除瞭在母帶發佈的時候可能會出現降位處理之外,在編曲或混音中進行分軌導出時,也是有可能發生降位處理的。另外,有些硬件監聽在解析信號的時候,也可能會發生降位處理。總而言之,在降位之前,先抖動它。當然瞭,你還得瞭解一下你的DAW的脾氣秉性,以免出現多次抖動,因為有的DAW會自動檢測降位處理,一旦檢測到會自動幫你添加抖動(如Studio one),筆者不建議使用DAW的自動抖動,可在高級設置中關閉它。

四、音樂動態與響度最大化

追求響度最大化勢必會損失音樂動態,而保留音樂動態又會失去響度競爭力。造成這個困擾的原因是因為聽眾和客戶覺得,響度越大越好聽,競爭力也越強。所以,如何在音樂動態與響度之間做好平衡是每一個混音師(母帶工程師)必須要考慮的問題。好在如今各大流媒體平臺都定制瞭響度標準(圖7),響度的生態環境相比以前無節制的“響度戰爭”已經取得長足的進步瞭。至於怎樣在音樂動態與響度最大化(流媒體的標準設定下)之間做好平衡,筆者相信,不同的人在不同的作品下會有不同的答案。

圖7:各大流媒體服務的響度標準

以下是本章的配套視頻:

壓縮器與抖動演示https://www.zhihu.com/video/1118945238915416064