Компрессия и экспандирование в условиях резкого изменения входного сигнала

До этого момента рассматривались передаточные кривые для стационарных сигналов. Далее речь пойдет о поведении компрессора и экспандера в ситуации, когда уровень входного сигнала резко повышается, а также о том, как при этих скачках можно прогнозировать поведение передаточных кривых.

Как уже говорилось выше, компрессоры порождают так называемые выбросы при резких скачках уровня входного сигнала. Устранить эти выбросы путем одного лишь уменьшения времени атаки не удается, т. к. быстрая реакция компрессора приводит к появлению слышимых щелчков. Возникает вопрос: как еще можно избежать выбросов сигнала, не получив при этом дополнительных призвуков? Чтобы ответить на него, сначала необходимо определить величину выбросов.

На рис. 8.17 изображены передаточные кривые компрессора (имеющего степень компрессии 2:1 во всем динамическом диапазоне и единичное усиление в точке 0 дБ), а также усилителя с коэффициентом, равным 1. Для этого компрессора, при фиксированных уровнях входного сигнала в –20 дБ и –10 дБ, выходной сигнал будет составлять соответственно –10 дБ и –5 дБ (на графике это точки А и В).

Рис. 8.17. Выброс на 5 дБ при внезапном повышении сигнала с -20 до -10 дБ (при степени компрессии 2:1)

Теперь уровень входного сигнала внезапно повышается с –20 до
–10 дБ. Известно, что после появления этого скачка, компрессор должен уменьшить разницу между первоначальным и повышенным уровнями сигнала с 10 до 5 дБ (т. е. в два раза, ведь степень компрессии равна 2:1). Прибор не может мгновенно подавить повысившийся сигнал, для этого ему нужно какое-то время (так называемое время атаки). Получается, что перед тем, как подавить сигнал, компрессор будет усиливать его с определенным коэффициентом. Эту ситуацию иллюстрирует пунктирная линия на рис. 8.17: уровень входного сигнала резко повысился до –10 дБ, но прибор все еще продолжает усиливать его на 10 дБ. В результате выходной сигнал достигает уровня 0 дБ (точка С). Как уже говорилось, это превышение уровня относительно желаемого на 5 дБ (желаемый уровень выходного сигнала – точка В на графике) будет устранено только через какое-то время, когда компрессор вернется к «нормальной» передаточной кривой. В результате, произойдет выброс сигнала величиной в 5 дБ. То есть величина выброса будет равна величине, на которую нужно уменьшить сигнал.

Из рис. 8.17 понятно, что оценивать размер выброса следует путем сравнения исходной и измененной передаточных кривых. Проведем эту оценку для случая, когда уровень входного сигнала изменился с –15 до
–6 дБ, как показано на рис. 8.18. Судя по первоначальной передаточной кривой, уровень на выходе, соответствующий входному сигналу –15 дБ, составляет –7,5 дБ (точка D на графике). Как и на рис. 8.17, через эту точку следует провести пунктирную линию под углом 45°. Разница между уровнями выходного сигнала в точках E и F (F находится строго над Е) составляет 4,5 дБ. Именно таким будет выброс сигнала.

Рис. 8.18. Выброс на 4,5 дБ при увеличении сигнала с -15 до -6 дБ
(при степени компрессии 2:1)

Здесь при выбросе уровень выходного сигнала стал выше отметки 0 дБ. Если у элементов звукового тракта, идущих за компрессором, произойдет перегрузка, это вызовет искажения звука на выходе из системы. То есть, если компрессор находится вначале цепи дополнительной обработки (например, шумоподавления), этот выброс вызовет ошибки и искажения в работе других устройств. Получается, что для такого компрессора (с постоянной степенью 2:1) размер выброса не играет роли – любой выброс, не зависимо от величины, будет опасен. Поэтому каждое резкое увеличение сигнала требует уменьшения его уровня в два раза.

Определение величины выброса будет полезным при работе с компрессором, который имеет более сложную передаточную кривую. Примером может послужить прибор, передаточная кривая которого изображена на рис. 8.19. При входном сигнале с уровнем выше –20 дБ наклон его передаточной кривой равен 1. В этой области динамического диапазона компрессор не осуществляет усиления, а передает прямой сигнал. Ниже
–20 дБ наклон его передаточной кривой равен 1/2 и, следовательно, степень компрессии составляет 2:1. Кстати, несмотря на то, что сигнал, уровень которого выше –20 дБ, не компрессируется, этот прибор, тем не менее, остается компрессором, ведь, в среднем, уклон его передаточной кривой меньше, чем 1.

Рис. 8.19.. Выбросы происходят только для сигналов с уровнем меньше -20 дБ.
При уровне входного сигнала больше, чем -20 дБ, выбросов не будет

Итак, при изменении входного сигнала с –30 до –20 дБ или с –10 до 0 дБ (т. е. на 10 дБ в обоих случаях) выбросы сигнала будут составлять соответственно –10 дБ и 0 дБ. Получается, что при усилении высокоуровневых сигналов выбросов не происходит. Повышение уровня тихих сигналов вызывает выброс, однако он не влечет за собой перегрузку следующих аппаратов тракта, т. к. не достигает слишком высокого значения. Таким образом, после обработки сигнала таким компрессором, остается возможность для последующего экспандирования без искажения и появления ошибок.