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动态类效果器

person Napkid schedule 更新于 2025-05-20

动态类效果器 (Dynamic)

动态类效果器是针对信号动态作处理的效果器,主要工作方式是电平增益根据输入信号电平变化而变化。其dsp原理解析详见动态类效果器

动态
在数字音频信号处理中,动态是指信号在强弱、大小等方面的变化范围和变化程度。描述了信号从最小电平到最大电平之间的跨度以及在这个范围内的变化情况。

压缩器(Compressor)

通过检测实时电平,在电平超出阈值时触发控制,对超出部分进行一定比例衰减的效果器。
(由于具有启动/释放时间,衰减量的变化为连续渐变而非瞬时跳变,这是为了尽量避免引入谐波失真)

参数详解(不仅限于压缩器)

  • 阈值(Threshold)
    使动态处理器工作的最低/最高电平大小

  • 比率(Ratio)
    电平控制比率,如输入信号电平超出阈值3db,Ratio为2:1,那么输出信号电平会降低1.5db,其他情况同理

  • 启动(Attack)
    从无增益/衰减到预计的动态处理量的时间(从+-0db到-n db有一个渐变的时间)

  • 释放(Relese)
    输入信号电平大小离开触发范围后,回到+-0db的时间

  • 衰减/增益上限(Range)
    对输入信号电平最大调整幅度,不受压缩比影响。

模拟电路硬件压缩器 (Analog Compressor Hardware)

光学(Opto)压缩

利用光电元件来检测和控制音频信号的电平。当音频信号电平变化时,会引起光电元件的光照变化,从而改变其电阻或电流等特性,进而实现对信号的压缩处理。
响应慢,适合保留瞬态的压缩,在数字压缩中对应RMS模式。

代表性硬件型号:Teletronix LA-2A/3A、Tube-Tech CL-1B

对应软件模拟效果器:Slate Digital FG-2A、Softube Tube-Tech CL 1B、Waves CLA-2A、Overloud GEM Comp LA、NI VC-2A、bx_opto、TR5 Opto Comp 等

场效应管(FET)压缩

利用场效应管的电压控制特性,通过栅源电压来控制漏极电流,从而实现对音频信号的压缩。当输入音频信号的电平变化时,会改变场效应管的导通程度,进而改变输出信号的幅度。
响应快,适合控制瞬态,在数字压缩中对应Peak模式。

代表性硬件型号
Urei 1176、F760

对应软件模拟效果器
Arturia Comp FET-76、Overloud Gem Comp 76、Softube FET Compressor、NI VC 76、Audified U73b Compressor、Softube Drawmer 1973 等

电压放大器(VCA)压缩

通过控制电压放大器的增益来实现对音频信号的压缩。当输入信号电平超过一定阈值时,控制电路会降低放大器的增益,使输出信号的幅度得到限制。
如同数字压缩精准,灵活可调。

代表性硬件型号
API 2500、SSL 4000 G、Empirical Labs Distressor、Neve Master Buss Processor

对应软件模拟效果器
SSL Native Channel Strip/Bus Compressor、TR5 Comprexxor、TR5 Bus Compressor、Arturia Comp VCA-65、Overloud GEM Comp G、NI VC-160、bx_Vertigo VSC 等

电子管(Vari-Mu/Tube/Delta-Mu)压缩

利用电子管的非线性特性来实现压缩。当音频信号通过电子管时,电子管会对信号进行非线性的放大和处理,在信号电平较高时,电子管会进入饱和状态,从而限制信号的幅度,实现压缩效果。
染色重,常用于总线或Bus染色处理。

代表性硬件型号
Fairchild 670、Manley Vari-Mu

对应软件模拟效果器
Arturia Comp TUBE-STA, Overloud GEM Comp670, SPL IRON、Analog Obsession VariMoon, NI Supercharger GT, TR5 VC 670, Slate Digital FG-Mu, NI Vari Comp 等

二极管桥(Diode Bridge)压缩

利用二极管的单向导电性和非线性伏安特性。当音频信号通过二极管桥时,正半周和负半周的信号会被不同程度地整流和限幅,从而实现对信号的压缩。
带有独特的二极管谐波失真染色,较少见。

代表性硬件型号
Neve 33609、Neve 2264、Chandler TG12413 Zener Limiter

对应软件模拟效果器
Arturia Comp DIODE-609、Softube Chandler Limited® Zener Limiter等

脉冲宽度调制(PWM)压缩

先将输入的模拟音频信号变换成高频脉冲信号,振幅映射为脉冲宽度,通过高分辨率计数器,用方波的占空比来对模拟信号的电平进行编码,然后用 PWM 脉冲信号去控制音频功率放大器,通过调节占空比来实现对信号的电平调节。
失真少,精确而稳定,但由于设计难成本高而极为少见。

代表性硬件型号
Great River PWM 501、Crane Song STC-8、Pi Compressor

数字电路硬件压缩器 (Digital Compressor Hardware)

相比于任何模拟电路压缩器都更加精准且灵活。

代表性硬件型号
Weiss Enigineering DS1-MK3

对应软件模拟效果器
Softube Weiss DS1-MK3等


扩展器 (Expander)

通过检测实时电平,在电平超出阈值时触发控制,对超出部分进行一定比例增益的效果器。
(同压缩器,由于具有启动/释放时间,衰减量的变化为连续渐变而非瞬时跳变,这是为了尽量避免引入谐波失真)

向下压缩大变小,向上压缩小变大

向下扩展小更小,向上扩展大更大


门限器 (Gate)

通过检测实时电平,在电平低于阈值时触发控制,对低于阈值的部分进行一定比例衰减的效果器。


限制器 (Limiter)

通过检测实时电平,适时对其进行衰减,以防止信号电平超出阈值,并尽量避免削波失真。
按照是否严格防止输出信号电平超出阈值,可大致分为两类,严格限制器(砖墙限制器)与非严格限制器。
在模拟电路中,因为信号没有严格上界,所以对严格限制没有强需求。
在数字信号处理中,超过0dB的部分的信息无法通过整值渲染、数模转换等流程,输出必然被强行削波。因此,数字信号处理对严格限制有显著需求。
严格限制器仅存在于数字音频处理流程中。
另外,由于数模转换系统的特性,经过严格限制器的数字信号转换为模拟信号后,其峰值(True Peak)可能会高于数字域中显示的峰值。
因此,按照是否防止数模转换后最终信号电平超出阈值(这无法严格防止,因为数模转换环节不可控),也可将数字限制器大致分为两类,非真峰限制器与比严格限制器更加严格的真峰限制器。
在模拟电路中,真峰非真峰的划分则缺乏意义,这个概念仅用于数模转换前的数字音频信号处理流程(尽管它指向数模转换后的模拟音频信号)。

模拟限制器 (Analog Limiter)

非严格限制器。输出信号电平可能超出阈值。相较于模拟压缩器,模拟限制器呈现出更明显的不单调性特征。
尽管它的输出信号电平可能超出阈值,但这并不代表它无法限制信号电平于某一上限,这使得它与压缩器有着本质上的不同。

砖墙限制器 (Brickwall Limiter)

严格限制器。仅存在于数字音频处理流程中。由无穷大压缩比的压缩器加削波器(Clipper) 构成。
由于压缩器的非瞬时特性,严格限制的实现仍经常依赖削波器的作用。
通过引入延迟可以实现在信号超出阈值前就开始对其进行衰减,以尽量避免削波失真。

短期峰值限制器 (Short Term Peak Limiter)

检测短时窗内的最大峰值电平,并以此决定衰减量。通过引入延迟可以实现提前检测,提前衰减。

均方根限制器 (RMS Limiter)

检测短时窗内的电平均方根,并以此决定衰减量。通过引入延迟可以实现提前检测,提前衰减。

真峰限制器 (True Peak Limiter)

通过引入延迟,提前检测可能出现的True Peak,,并以此决定衰减量,且提前开始衰减,以确保经过数模转换后,模拟信号的峰值不会超过安全电平。


瞬态处理器 (Transient Processor)

对音频信号的瞬态部分进行处理和塑造,以改变声音的特性和表现力的效果器。

音频信号的瞬态通常指声音开始时的快速上升部分,如鼓的敲击声、钢琴的按键音等。

瞬态处理器通过分析音频信号的瞬态特征,利用特定的算法和处理技术,对瞬态的幅度、时间等参数进行调整。
例如,它可以增强瞬态的幅度,使声音的起始部分更突出、更有冲击力;也可以缩短或延长瞬态的持续时间,改变声音的 Attack(起音)和 Release(释音)特性。


动态类效果器的一些特殊应用:

选择频段压缩 (Band-Selective Compression)

使用高通/低通/带通滤波器,以对部分频段的信号单独进行压缩的一类压缩器。
包括多段压缩器 (Multi-Pass Compressor)去齿音器 (De-Esser) 等。

  • 多段压缩器 (Multi-Pass Compressor)
    仅使用高通/低通滤波器,将信号按频段分离为若干段频带,一带一路,并联,各自经过压缩。

  • 去齿音器 (De-Esser)
    使高频中大于阈值的部分被衰减以削弱齿音的一类压缩器。

动态EQ (Dynamic EQ)

使用高通/低通/带通滤波器,提取频段分出湿信号,各自经过压缩/扩展,而后合并。与多段压缩器有显著区别。


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