压缩/限幅器

　　为什么要使用压缩/限幅器？

　　在立体声音响系统中，节目源信号的动态范围很宽，音频系统设备的动态范围与之相比要小得多，如交响乐可达100dB，而扩声系统采用的是模拟设备，它的动态范围只在80dB，这就要求调音师依据声源的实际电平进行衰减而不致使产生过激失真，可以利用压限器对音频信号压缩或限幅，使其动态范围与音频设备相吻合，以免许多信息在背景噪声中浪费掉，以保证信号传输不失真。

　　压缩限幅器简称压限器(Compressor/Limiter)，具有压缩和限幅两种功能。主要用于压缩或限制节目信号的动态范围，避免过激失真的音频信号的处理设备。许多压限器中还设有噪声门，可以有效地去除音频信号中的噪声信号，提高系统的信噪比。

　　压限器的作用

　　1）抑制信号幅度，保护扩声系统

　　对于突发的信号、过强的信号以及误操作产生的过载信号和声反馈，压限器能自动地将其信号幅度按一定的比例进行压缩或限幅，从而使功率放大器和音箱系统得到保护。

　　2）产生特殊的音响效果

　　利用压缩器起控时间和恢复时间的配合性可以来创造一些类似反射声的音响效果。

　　3）使音量变化平稳

　　当话筒与音源之间的距离发生改变时，压限器可使音量平稳变化。

　　压限器的工作原理

　　压缩器实际上是一个自动音量控制器，它是由带有自动增益控制(AGC)的放大电路组成的。当输入信号超过称为阈值(Threshold)的预定电平(也称压缩阈或门限)时，压缩器的增益就下降，使得信号被衰减。

　　通常我们用压缩特性来描述压限器，使用压缩比率这个性能指标。

　　使压缩器的输出信号增加1dB，所需增加输入信号的dB数称为压缩比率(简称压缩比)或压缩曲线的斜率。例如对于4∶1的压缩比率，输入信号增加8dB，其输出值将增加2dB。

　　所以，在信号超出阈值电平后压缩器降低增益和在输入信号降至低于阈值电平之后压缩器恢复增益的速度必须确定，也就是它们应按要求跟上信号的变化，可见此速度分别取决于信号增加的时间和恢复的时间。

　　虽然人耳对信号响度的感觉与其均方根值成比例，短时间内的高峰值并不显着增加信号的响度。但为了避免信号峰触发压缩，需调节信号增加时间，以便使波形超过阈值电平的时间足够构成平均电平的增加。

　　恢复时间是指增益恢复至本身无增益下降值时的一定百分比(通常为63%)所需的时间。

　　如果信号的恢复时间太短，当增益增加时，背景噪声急剧升高，就会听到“砰砰”、“嘟嘟”和“卜卜”声。为了避免以上现象，可将恢复时间延长，以便让超过阈值的波形漂移地恢复，只使增益降低一半，这些超过阀值的漂移使增益保持下降，然后逐步回复到正常状态，这就可使背景噪声电平的增加不那么明显，并使随后所需的任何增益变化不那么激烈。

　　如果恢复时间太长，信号强的部分所引起增益的下降会持续至弱的部分，使弱的部分听不见。

　　压缩器变化的过程是需要时间的。当输入电平升高到阈值电平之上时，压限器的增益下降需要一段时间，这个时间称为压限器的起控时间；同样在输入信号降到低于阈值电平之后，压限器的增益要升高，这也需要一段时间，这个时间称为压限器的恢复时间。

　　在压限器中这两个时间通常是可调的。为了不让听者察觉到压缩增益的变化过程，起控时间尽量要短，一般设计在100us~1ms之间；恢复时间则适当延长一些，一般设计在0.1~0.3s之间，以免增益迅速变化而使信号产生调幅失真。但时间也不能过长，否则，压限器的变化会跟不上节目的节奏变化。

　　阈值电压的调整与压缩比率有一定的关系。通常是当压缩比率选择大时，阈值电压可以提高些；此时会使压缩后的信号产生较小的非线性，以致尽量减少对信号形象的破坏。而压缩比率较小，阈值电压要选低些。

　　阈值电压定得太低会使输出电平不足而且信噪比差，阈值电压定得过高则输出失真加大。总之，对于阈值电压的确定应以最终处理后的信号电平刚好不超过设备允许最大动态范围为依据。也就是既充分利用设备的动态余量，又达到压缩的目的。

　　当压缩器的压缩比无限增大到某一数值时，压缩器就成为了限幅器，也就是说，限幅器是对超过一定电平的信号进行无限压缩，这个信号电平称为限幅电平。

　　无限压缩意味着不管输入信号电平变化多大，输出信号电平都没有变化，此时的压缩比可理解为∞：1。为了防止信号过饱和失真，通常设定一个阈值电压来限制节目中的峰值信号。假设限幅电平为0dB，当节目信号电平低于0dB时，信号无变化通过；当节目信号高于0dB时，信号将保持0dB输出，以防止超出设备的动态范围而引起过激失真。实际应用中，当压限器的压缩比超过10：1时，便可将压限器看作限幅器。

　　限幅器大都用在录音系统，以避免信号的瞬间峰值达到它们的满振幅而使磁带过负荷，因为磁带的动态范围很小，只有60dB左右。

　　压限器的技术指标主要包括阈值电平、上升时间、恢复时间、压缩比率、输入和输出增益、信噪比、频率响应及总谐波失真等等。

压控型压缩器框图

　　它由检波器和压控放大器(VCA)组成。 其中检波器不仅用来检出与信号电平相对应的直流电压或电流以便控制压控放大器的增益，而且决定动作时间和恢复时间的长短。检波方式有峰值检波和有效值检波。前者反应速度快，但压缩量与响度之间的对应关系不好；后者反应速度慢，但压缩量与响度之间的对应关系较好。为了兼有二者的优点，可以同时采用峰值检波和有效值检波。检波器的输入信号可以取自放大器的输入端，也可取自放大器输出端。

　　压控放大器一般都采用压控可变电阻来控制增益。图5―14(a)为场效应管压控可变电阻原理图。

　　当加在漏极D与源极S之间的信号电压小于0.1V时，漏、源极之间的等效电阻RDS将随由上述检波器检波电压得到的栅源负偏压UGS而变，当UGS=0时，RDS最小，约为几百欧姆到几千欧姆；栅源负偏压越大，RDS也越大；栅源负偏压等于场效应管的夹断电压Up时，RDS可达107Ω以上，漏源之间的等效电阻随栅源负偏压变化范围可达104倍。用这种压控可变电阻控制放大器增益，很容易使压控放大器的增益控制范围做到50dB以上。

　　压限器的应用

　　下面通过日本YAMAHA公司的GC2020BⅡ产品介绍压限器的使用。其主要技术指标为：信噪比>90dB;总谐波失真<0.05%；频响20Hz～20kHz±2dB；

　　前面板——键钮功能

　　这是设备的交流电源开关。按一次为开(ON)，再按一次为关(OFF)。电源接通后对应指示灯亮。

　　压限器通常都具有两个通道，即“通道1”(CHANNEL1)和“通道2”(CHANNEL2)。它们有两种工作制式，一种是立体声制式，一种是双单声道制式，这个按键就是用来进行工作制式选择的。

　　(1)抬起此键，为“双单声道”(DUALMONO)制式，此时“通道1”和“通道2”相互独立，这是标准工作状态，该压限器被认为是两个分离的压缩/限幅单元，可以分别处理两路不同的信号；

　　(2)按下此键，为“立体声”(STEREO)制式，此时“通道1”和“通道2”是相关联的，两通道同时工作，只要一个通道有信号输入，两个通道都会产生压缩限幅的作用。

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