在数字仿真插件中捕捉与众不同的压缩器

【中国数字视听网讯】众所周知，许多音频设备都需要调定信号电平，而且要相当准确地维持信号电平才可以使这些设备正确地工作。不适当的信号电平只会产生较差的信噪比。通常，过度的信号电平带来的后果是严重的，起码就会产生严重的失真。最坏的情况便是损坏扬声器系统。有些设备装有自动的电平控制系统，即使输入电平出现较大的变化，也可以保持相当稳定的电平。实际上，这是磁带录音设备相当常见的特性，但在有线广播扩音设备中就比较罕见了。不过，采用外部的自动电平控制电路，通常是并没有什么困难的，这种装置称为“压缩器”，它把较大范围的输人电平压缩成范围相当有限的输出电平。小编不久前看到了一篇讲解Universal Audio话筒压缩器的文章，发上来大家共享一下。

问：是什么让1176 LN和LA-2A压缩器（1176 LN和LA-2A均是Universal Audio 公司生产的话筒压缩处理器，1176 LN目前售价￥27300.00。）的声音变得与众不同？这些特别的特性是怎样被数字仿真技术所捕捉到的？

答：回答这个问题之前，让我们先对压缩器做一个简单的了解，然后再关注那些能使压缩器变得独一无二的特性。

压缩

压缩，严格来说是利用自动增益控制手段来降低信号动态范围的装置。任何自动增益控制装置能分成两个逻辑元件：一个探测器，还有一个增益计算器，用来计算适当的增益从而应用于输入信号。压缩器有很多不同的应用。探测器和增益计算器的精确行为是决定所给的压缩器的音速特性的重要因素。这并不令人惊讶，正因为这个事实，为了使我们仿真的产品建模更精确，我们很关注对仿真压缩器建模的设计。这是他们在做压缩其模型过程时的一些重要细节的简述。

图片1 Universal Audio 1176 LN：起始时间

1176 LN的特点中最有用的特点是有很短的起始时间——和20us一样快。能让1176达到如此短的起始时间的原因是1176是个能够反馈的压缩器，就是说，信号探测器处理输出信号而不是输入信号。1176的这个特点对我们的数字仿真是一个很大的挑战，因为在采样率为44.1千赫兹，20us比采样周期短。（编者的话：看一下目前市面上其他模仿1176压缩器的产品，看起来它们仍然是有一些方法来使起始时间变得相对适当的。）图片1展示的是一个用来观察我们的压缩器的起始时间行为的信号测试。这是一个增益被调到20分贝的正弦波。图片2展示的是再发行的Universal Audio 1176 LN（蓝色线条），原始的UREI 1176LN（红色线条），以及Universal Audio 1176 LN数字仿真（黑色线条）对信号的反应。我们可以看到，数字仿真拥有的起始时间和20uS里的硬件压缩器的时间一样长。所有压缩器都被设置成了比例为4：1的尽可能短的起始和释放时间，信号输入增益的设置是在压缩器阈值设置中的一小部分。

图片2 随着素材变换而不断变换的释放时间

能够随着素材的变换而不断变换释放时间，是许多著名压缩器的特点。拥有随着素材变换而变换的释放时间的功能有以下动机：在一个瞬态声音后，最好是有一个短暂的释放时间去避免信号突变。但是，在一个持续音的状态需要压缩的情况下，最好有更长的释放时间来减少由重复的起始-释放时间循环而引起的谐波失真。很少人知道的一个事实就是1176 LN压缩器采用了一个能够随素材变化而调整释放时间的机器。

图片3 1176 LN的释放时间和素材的关系

图片3展示的是用于证明1176 LN的释放时间是随素材变换的信号测试的包络。信号包含了伴有一组低电平信号的瞬态声音。进而导致另外一组低电平信号的伴有高电平信号的延长段。

图片4 1176 LN压缩器对信号的反应

图片4展示的是1176 LN压缩器对信号的反应。我们再一次展示了修订后再发行的Universal Audio 1176LN（蓝色线条），原始版本的UREI 1176 LN（红色线条），以及Universal Audio 1176 LN数字仿真插件版本（黑色线条）对信号的反应。我们从图中可以看到，0.5秒左右的释放时间段明显比2.5秒左右的释放时间段短，这也是压缩器延长段引起释放时间变长的地方。图片2中的所有压缩器都进行了完全相同的设置。图片5和图片6展示的是图片4的释放包络的延伸图。

图片6释放包络的延伸图

图片6释放包络的延伸图

LA-2A使压缩器用到了el-op（发光板 electroluminescent panel和光电导管 photoresistor）根据输入信号，光通过发光板发电（EL panel），使光电导管发光并让它改变电阻。光电导管中电阻的改变是引起LA-2A增益降低的原因。让LA-2A变得著名的是它的释放时间能够随素材变化而变化，这是由光电导管的物理性质变化而引起的，但是另外一个LA-2A的重要特点是他能够随素材变化而不断变化频率响应。虽然很多压缩器有随素材变化而变化的频率的阈值，但是LA-2A的发电板有一种特别的非线性特性不但能够引起随素材变化而变化的频率阈值，也能引起随素材变化而变化的频率压缩比率。这个随素材变化而变化的频率压缩比率对LA-2A的独特声音做了巨大的贡献。图片7展示的是再发行的Universal Audio LA-2A压缩器在不同的频率是的静止压缩曲线。输出电平和输入点平在分贝上的对比。图片8展示的是使用UA LA-2A数字仿真插件得到的图表。

图片7

图片8

建模

对压缩器进行数字化建模需要两步。第一步，需要了解压缩器是如何工作的。这一步通常需要参阅电路图，理解了机器的工作原理之后，就需要在装置上做一些具体的测试了。对每一个压缩器的建模都需要对压缩器所有重要的行为做一套单独的测试。一旦了解了它的行为，在数字领域重复这种行为特性的一个运算法则就必须被编写出来。这一步里会遇到不同程度的困难，取决于在模拟电路在建模时所包含的非线性等级以及这些不同的过程中会出现的比率。

总而言之，任何压缩器的特点都几乎完全取决于它的信号探测能力和他的增益计算器设计。为了建立一个精确的模型，我们需要描述这两个元素的特性。另外的需要被考虑进建模的特点，包括EQ和由于变压器、屏蔽帽和限制带宽的放大器等等带来的非线性特性。

由于压缩器有很多很有特点的行为可以列举，所以不能用千篇一律的方法去建模，每一个装置必须分开来进行研究，然后分开来进行建模。由于固有的非线性特性与压缩器是紧密联系的，我们并没有办法保证物理建模能够完完全全的忠实还原压缩器的原有特性，或者输入和输出的特性。只有通过现有设备的物理表现去有针对性的建模，才能够制造出一个强大的数字模型。

（编辑：石头）