Максимайзеры

Итак, наша задача - повысить уровень готового микса до предельно возможных величин, не внося в него существенных искажений. Самый простой способ достичь этого - всем известная нормализация уровня, когда ищется пик максимального уровня в фонограмме и вся фонограмма усиливается на величину этого пика, так чтобы пик принял значение 0 дБ. Дальнейшее увеличение уровня фонограммы приведет к клиппингу (clipping, ограничение амплитуды) - перегрузке, влекущей нежелательные искажения.

Очевидно, что для дальнейшего повышения уровня фонограммы можно применять динамическую обработку. Если пропустить фонограмму через компрессор или лимитер, то пиковые значения фонограммы уменьшатся и можно будет еще поднять общий уровень без возникновения перегрузки.

Что же использовать для повышения громкости: компрессор или лимитер? Известный инженер мастеринга Боб Кац рекомендует использовать компрессор, когда требуется изменение характера звука, заметное на слух уменьшение его динамики. Лимитеры же используют, когда нежелательно вносить какие-либо изменения в звук, за исключением громкости.

Максимайзер - это прибор динамической обработки, который состоит из лимитера и последующего усилителя сигнала. Часто в максимайзеры также встраивается система снижения разрядности, но здесь мы эту часть рассматривать не будем.

Основные управляющие элементы максимайзера - порог срабатывания (threshold) и настройки лимитера (attack, release). В некоторых максимайзерах есть также регулятор "ceiling", позволяющий после лимитирования усилить сигнал не до 0 дБ, а чуть слабее, чтобы оставить немного "свободного места" (headroom) на случай небольшой дальнейшей обработки. Например, если фонограмма будет после максимайзера закодирована в mp3, то при раскодировании форма волны немного изменится, и может произойти клиппинг. Даже если сигнал не предполагается далее обрабатывать или сжимать с потерями качества, то немного свободного места может потребоваться для шума диттеринга, добавляемого при последующем снижении разрядности.

Чем ниже устанавливается порог срабатывания, тем сильнее лимитер ограничивает динамический диапазон и тем сильнее можно будет поднять громкость после лимитера. Таким образом, более низкие значения порога приводят к более громкому звучанию на выходе прибора.

Усилитель вопросов не вызывает, поэтому остановимся на устройстве лимитера. Задача максимайзера - максимально повысить уровень сигнала, но не допустить клиппинга, т.е. не позволить мгновенной мощности выйти за пределы уровня 0 дБ. Из этого следует, что в качестве метода определения входного уровня для максимайзеров подходит только пиковый метод. Максимайзер должен отслеживать пики сигнала и строить амплитудную огибающую так, чтобы после ее применения к сигналу пики оказались ниже уровня порога. Когда входной уровень ниже порога, лимитер максимайзера пропускает сигнал без изменений. А когда входной уровень превышает порог, лимитер должен ослабить сигнал так, чтобы превышения порога не было.

Так как мы хотим, чтобы амплитудная огибающая была плавной, без разрывов и изломов, то мы приходим к заключению, что лимитер должен знать, какой амплитудный профиль будет у звуковой волны в ближайшие будущие моменты времени. Действительно, если бы такой возможности у лимитера не было, то при возникновении на входе резкой атаки, превышающей порог, лимитеру пришлось бы мгновенно понизить уровень усиления, чтобы предотвратить превышение порога. Мгновенно понижение уровня усиления - это и есть разрыв или излом в амплитудной огибающей, которого желательно избежать. Итак, для построения плавной амплитудной огибающей лимитеру необходимо знать значения сигнала с некоторым опережением. Так как надежно предсказать сигнал по прошедшим значениям возможности нет, то функция "заглядывания вперед" (look-ahead) реализуется с помощью небольшой задержки выходного сигнала относительно входного. Таким образом, при выдаче выходного сигнала, соответствующего моменту времени t, у лимитера на самом деле уже есть входной сигнал для моментов времени вплоть до t+T, где T - время задержки. Это похоже на канал новостей, который "ретранслирует" другое новостное агентство с задержкой в 10 минут. В каждый момент времени сотрудники канала уже знают, что будет через 10 минут, и могут соответственно модифицировать выдаваемые зрителям новости, достигая лучшего качества материала за счет задержки.

Следует помнить, что задержка, вносимая лимитером, может быть нежелательной в некоторых ситуациях. Например, если в разрыв линейки пульта вставить лимитер, то эта линейка будет задержана по времени относительно других, что может привести к искажению тембра при микшировании линеек. К счастью, максимайзеры обычно применяются к уже готовому миксу в процессе мастеринга, и в этом случае задержка роли не играет. Если же максимайзер, работающий в реальном времени, не вносит задержки в сигнал, то это значит, что он либо допускает превышения порога, либо его амплитудная огибающая изломанная. Третьего не дано.

О задержке следует помнить также, когда требуется синхронизация каналов в программах, обрабатывающих звук в реальном времени. Если же обработка осуществляется не в реальном времени, то программа, выполняющая обработку (host-приложение), чаще всего может скомпенсировать задержку, т.е. "выровнять" выходной сигнал максимайзера по времени. Обычно задержки, вносимые максимайзерами, невелики, до 10 мс, но бывают и исключения.

Руководствуясь будущими значениями пиковых уровней, лимитер может построить плавную амплитудную огибающую, начав ослаблять усиление заранее, до начала атаки во входном сигнале. Другими словами, лимитер должен построить амплитудную огибающую вокруг пиков в виде ямок, где глубина ямок будет определяться величиной превышения порога пиковым уровнем, а ширина - временем атаки и восстановления (рис. 5). Ясно, что чем шире ямки, тем большие участки сигнала будут подавлены, и тем меньше будет окончательная громкость фонограммы. Таким образом, громкость фонограммы зависит не только от установленного значения порога, но и от времени атаки/восстановления, а также от формы амплитудной огибающей во время атаки и восстановления.

Рис. 5. Исходный звук (показан порог лимитера) и амплитудные огибающие, построенные различными максимайзерами. Сверху - быстрые восстановления, в середине - медленные, снизу - алгоритм автоконтроля восстановлений