Гейты и экспандеры

Шумы являются проблемой на всех этапах записи. Они генерируются электронным оборудованием, магнитной лентой, ошибками квантования (в цифровых системах). Причиной шумов может быть плохое экранирование, цепи заземления, одиночные (не сдвоенные - хамбакеры) гитарные звукосниматели. Кроме перечисленных, в запись могут попасть также немузыкальные шумы: шорох переворачиваемых нотных листов, скрип стульев, шум аудитории и т.д.

Если шум уже добавлен к электрическому сигналу, не существует способа устранить его позже. Например, запись музыки может содержать много шумов ленты, и невозможно избавиться от них при помощи какого-либо фильтра без того, чтобы не потерять часть полезного сигнала. Что же в таком случае остается делать? Ответ таков: “Если нельзя устранить шум, спрячь его”.

Если загрязнение шумами не слишком сильное, то есть шанс, что они будут слышны только во время тихих пассажей. Это дает подсказку, как с ними бороться. Трудно это делать в готовом миксе, так как периоды тишины встречаются неравномерно; но можно попробовать исправить ситуацию с шумами в отдельных треках. Возьмем, к примеру, вокал: между словами и фразами существуют паузы. Если в этих местах понизить уровень сигнала, то уровень шумов тоже понизится. Наверное, вы уже знакомы с этой операцией, если вам приходилось выводить фейдеры перед началом песни, чтобы вступление звучало чисто. Однако делать это вручную в каждой паузе на каждом треке было бы невозможно.

Решение проблемы появилось, когда был изобретен электронный переключатель, реагирующий на уровень входного сигнала (гейт, пороговый шумоподавитель). Как и в компрессоре, точка перегиба устанавливается вручную; гейт выключает (“запирает”) сигнал, когда его уровень падает ниже точки перегиба. Иными словами, компрессор обрабатывает сигнал выше точки перегиба, а гейт - ниже ее. Простые гейты могли находиться либо в состоянии “включен” (“отперт”), либо в состоянии “выключен” (“заперт”): переходного состояния у него нет.

Из-за этого существует опасность, что тихие сигналы потеряются в процессе шумоподавления. Так работали первые пороговые шумоподавители. Их действие (иногда довольно грубое) можно слышать в старых фильмах, где при помощи них пытались устранить звук ветра и шумов на заднем плане. Даже самый простой гейт имеет индикатор, показывающий, когда гейт заперт, когда открыт. Обычно имеется один индикатор, но может быть больше.

Атака и восстановление

Чтобы решить проблему с потерей тихих звуков, более поздние гейты были снабжены регулятором времени восстановления. В результате вместо выключения сигнала, как только его уровень станет ниже точки перегиба, гейт стал позволять сигналу затухать в течение времени, которое выбирается вручную. Электронный переключатель был заменен усилителем, управляемым напряжением (VCA) - таким же, как тот, что используется в компрессоре. Применение усилителя значительно улучшило работу гейта: теперь шум не выключается и включается резко (что на слух звучит еще хуже, чем постоянный шум на заднем плане). Сигналы с низким уровнем затухают естественным образом.

После точки перегиба важнейшим параметром гейта является время восстановления; регулятор времени атаки позволяет установить, сколько времени требуется, чтобы гейт открылся после того, как уровень сигнала перешел через точку перегиба. Если он открывается слишком быстро, низкочастотные звуки могут быть искажены (в процессе работы цепи гейта); на слух это прозвучит как щелчок. Если немного уменьшить (замедлить) время атаки, проблема исчезнет.

Если гейт открывается слишком медленно, звук малого барабана теряет атаку; поэтому для таких звуков устанавливается быстрое время атаки. Максимальное время может быть несколько десятков микросекунд; минимальное - десятки миллисекунд. Творческие возможности гейта широки, его даже применяют в качестве формирователя огибающей (при больших значениях времени атаки). Поэтому в современных гейтах предусмотрена возможность изменения времени атаки в более широких пределах, чем это требуется чисто для коррекции.

В некоторых гейтах есть дополнительный регулятор, который называется “floor” (“пол”) или “ratio” (“отношение”). Эта функция позволяет части сигнала проходить, даже если гейт заперт. В студийной практике это используется, когда требуется сохранить в записи реальную акустику помещения, в том числе шумы, но в миксе их слишком много. Гейт помогает уменьшить их уровень, но совершенно не устраняет. (Используется также при озвучивании фильмов, когда диалог записывался на шумной улице, и желательно сохранить часть звуков, но снизить их уровень, чтобы речь была слышна более ясно).

В современных гейтах может встретиться регулятор “hold” (“удержание”). Он бывает также в компрессорах. Его функция состоит в том, чтобы не позволять гейту в течение определенного времени переходить в фазу восстановления после того, как уровень входного сигнала станет ниже точки перегиба. При быстром времени восстановления это используется для запирания (обрезания) реверберации или собственных шумов студии в современной музыке. Более короткий “hold” используется для устранения постоянных качаний уровня входного сигнала.

Цикл “атака-удержание-восстановление”

Если сигнал, поступающий на вход гейта, имеет медленно затухающую волнообразную форму, то постоянное изменение уровня сигнала звучит как “дребезг”. В этом случае применяется гистерезисный шумоподавитель. Вкратце работу такого гейта можно описать следующим образом: какой бы высоты ни была выбрана точка перегиба, после которой гейт открывается, сигнал должен упасть несколько ниже этой точки, прежде чем гейт начнет закрываться опять. Это выглядит так же, как если бы было две точки перегиба - одна для отпирания гейта, вторая - для запирания. На практике это означает, что входной сигнал изменяется по уровню в несколько больших пределах, чем разница между точками, прежде чем происходит переключение гейта. Такой сигнал, например, получается из синтезатора - затухающий тон с амплитудной модуляцией LFO (низкочастотный генератор). В большинстве гейтов величина гистерезиса фиксирована, и регуляторов управления этим параметром нет.

Side Chain

Как и в компрессоре, в гейте имеется боковая цепь, которая измеряет уровень входного сигнала и сравнивает его с высотой точки перегиба. Когда уровень сигнала превышает точку перегиба, цепь генерирует контрольный сигнал для открывания гейта - с той скоростью, которую задает регулятор время атаки. Когда уровень сигнала становится ниже точки перегиба, гейт закрывается в соответствии с величинами времени удержания и восстановления. Если вы знакомы с работой синтезатора, то вы видите, что здесь есть сходство с установкой параметров огибающей.

Основой гейта является усилитель, управляемый напряжением. В некоторых цепях есть аттенюатор, управляемый напряжением, основанный на полупроводнике типа FET (полевой транзистор). Подробно рассматривать механизм не имеет смысла. Достаточно сказать, что он делает свою работу тихо, быстро и не вносит искажений.

Как и компрессор, гейт может работать со стереомиксом. Для этого в нем имеется соединительный переключатель. Оба канала переключаются одновременно, даже если сигнал в одном канале громче, чем в другом. Это делается для того, чтобы не происходило смещения, как могло бы случиться, если бы каналы работали независимо. На практике, однако, редко требуется подключать гейт в режим стерео - кроме тех случаев, когда надо обработать сигнал с выхода стереоревербератора или эхо-камеры, чтобы создать эффект gated reverb (“обрезанная реверберация”).

В некоторых случаях гейт, как и компрессор, может быть подключен так, чтобы управление шло от внешнего сигнала через боковую цепь. Тогда один сигнал будет вызывать запирание другого: например, бас-барабан, запирающий бас-гитару (чтобы уплотнить звук). Если бас-гитара сыграла чуть раньше, звук не пройдет через гейт, пока не сыграет бас-барабан. Далее звук бас-гитары будет затухать в соответствии с величиной времени удержания и восстановления. Так можно сделать звук короче, чем в оригинале.

Многие гейты имеют режим “ducking”. При отсутствии внешнего сигнала в side chain действие точки перегиба получается обратным: сигналы, уровень которых превышает точку перегиба, заставляют гейт закрываться. При помощи регулятора “floor” можно установить величину ослабления; тем самым будет создан обратный динамический эффект, при котором самые громкие звуки будет ослаблены (до уровня тихих).

В side chain можно включить эквалайзер, чтобы гейт сильнее реагировал на определенные частоты. Например, это может понадобиться, когда вы используете звук малого барабана для переключения гейта. Если микрофон снимает также звук хай-хэта, то гейт будет переключаться к тому же и в паузах между ударами малого барабана. При помощи эквалайзера можно отфильтровать частоты хай-хэта, чтобы не происходило ложного переключения. Во многих гейтах есть переключатель “listen” (“прослушивание”), что позволяет слышать на выходе гейта сигнал, поступающий в боковую цепь. Это нужно для настройки эквалайзера на слух.

В гейтах бывают встроенные фильтры. Обычно это один hi-pass и один low-pass, оба с острыми характеристиками вырезания частот. Важно помнить, что эти фильтры не влияют непосредственно на сигнал на выходе, их функция состоит в том, чтобы влиять на цепь переключения гейта.

Применение

Из всех звуковых процессоров гейт является, пожалуй, единственным, чье присутствие становится очень заметным, если установки сделаны неправильно. Неверно выбранная точка перегиба или слишком короткое затухание приводят к тому, что сигнал будет спонтанно запираться и отпираться (на слух это звучит как неправильное подключение или даже как страшные искажения). Правильно поступить так: установите точку перегиба как можно ниже (тогда не будет происходить ложного переключения), после чего регулируйте время удержания и восстановления так, чтобы затухание, присущее звуку, не было обрублено гейтом. Вообще время атаки должно быть быстрым (но не должно быть щелчка); медленная атака применяется для создания спецэффектов. Для экспандер-гейта (см. ниже) высота точки перегиба, как правило, не имеет основного значения; но на практике нет явной разницы между экспандер-гейтом и обычным гейтом.

Если сигнал безнадежно зашумлен, не следует ожидать, что гейт исправит положение, не привнеся некоторых побочных эффектов. Будьте внимательны при записи, следите за уровнем сигнала, постарайтесь свести к минимуму шум источника сигнала, и тогда гейт поможет вам превратить хорошую запись в исключительно хорошую. Обычно в студийной практике при сведении применяют несколько гейтов (по одному на каждый трек). Двадцать четыре трека могут дать значительное количество шума, поэтому полезно иметь возможность заглушить шум во время пауз в записанном сигнале.

Подключать гейт для создания эффекта “gated reverb” стало непопулярным, так как большинство современных цифровых эффектов могут выполнять эту процедуру (имеется соответствующий пресет). Тем не менее, такое подключение делается, когда в записи присутствует естественная реверберация (барабаны, записанные в живой комнате). В этом случае импульсом переключения гейта служит звук “сухого” барабана (в side chain), сигнал с внешних микрофонов проходит через гейт (обычно стерео). Время удержания устанавливается в пределах 0,5 с; время атаки и восстановления - очень быстрое. В результате получается характерный “обрубленный” звук ударных. На рисунке 5 показано, как произвести такое подключение на практике. Эффект будет сильнее, если сигнал с внешних микрофонов сильно закомпрессировать перед подачей их на вход гейта.

Гейт используется также для очищения сэмплировнных звуков, изменения огибающей сэмплов, уменьшения акустического прохождения сигналов с соседних источников звука. Гейт не является универсальной панацеей от всех шумов, но если им правильно пользоваться, он сделает свое дело неплохо.

Все чаще и чаще встречаются гейты, которые работают по принципу экспандера (процесс, прямо противоположный тому, что делает компрессор). Когда уровень сигнала становится меньше точки перегиба, он не отключается, а происходит ослабление уровня.

Обычный гейт вообще не открылся бы, если бы уровень сигнала был постоянно чуть ниже точки перегиба. В экспандере на выход сигнал проходит, но уровень его уменьшается. Чем ниже уровень входного сигнала, тем меньше он на выходе. Отношение расширения (expander ratio) 1:2 означает, что если уровень сигнала на входе экспандера упадет на 1 дБ, на выходе он будет уменьшен на 2 дБ. Сигналы, прошедшие через экспандер, звучат странно: все пики слишком громкие, все тихие звуки почти не слышны; но это происходит только с теми звуками, уровень которых ниже точки перегиба, и на слух это менее искусственно, чем то, что делает гейт. Общий результат работы экспандер-гейта не слишком отличается от чистого гейта, но точки переключения становятся менее навязчивыми.

При отношении меньше чем 1:1,5 можно использовать экспандер-гейт для незаметного увеличения динамического диапазона тех сигналов, уровень которых меньше точки перегиба. Если точка перегиба слишком высока, тогда происходит обработка всего сигнала. Это применяется, когда надо восстановить естественную динамику перекомпрессированного звука.

Динамический шумоподавитель

Это НЕ гейт! Действие системы основано на том, что большинство естественных звуков богато высокочастотной составляющей в самом начале, когда амплитуда максимальна и фильтр открыт: все гармоники проходят без ослабления. Когда звук начинает затухать, высокие частоты исчезают быстрее, поэтому фильтрация не звучит неестественно. Другими словами, чем тише становится сигнал, тем меньше в нем высоких частот. Тем самым уменьшение шумов не вызывает потерю в яркости звучания всей музыки (если не перестараться). Динамический шумоподавитель иногда используется в комбинации с экспандер-гейтом для создания системы шумоподавления с одним выходом. Он позволяет уменьшить высокочастотную составляющую сигнала, уровень которого понижается. Чем больше падает уровень сигнала, тем тише становится сигнал на выходе экспандер-гейта. Обычно секции экспандера и фильтра имеют раздельные регуляторы высоты точки перегиба. В отличие от обычных гейтов, эта система хорошо применяется как для обработки целого (!) микса, так и для отдельных треков и инструментов.

Технические характеристики

Как и компрессор, гейт обрабатывает целый аудиосигнал, поэтому его характеристики имеют большое значение: любой недостаток будет отрицательно влиять на выходной сигнал. Электронный шум и искажения гейта должны быть минимальны. Частотная характеристика гейта должна охватывать весь диапазон аудиочастот, так как гейт применяется для самых разных целей. Важно также, чтобы цепь электронной регулировки уровня работала без щелчков (при быстром открывании и закрывании гейта). Щелчок будет всегда, когда сигнал резко пропускается или запирается, но в тех случаях, когда на входе нет сигнала (сигнал подается в боковую цепь или ключевой вход (key input)), щелчков не должно быть.

Соединение

Гейт является процессором. Поэтому он всегда включается в линию сигнала и никогда - в петлю посылов/возвратов. Обработка сигнала при помощи гейта может происходить либо перед записью, либо после нее (при микшировании). Лучше делать это во время сведения (убираются шумы ленты). Также преимущество включения гейта только при микшировании заключается в том, что неверные установки всегда можно изменить, в то время как сигнал, уже записанный с неверными установками параметров, не восстановим в своем первозданном виде. Только когда на один трек пишут несколько сигналов (например, при записи ударной установки с большим количеством барабанов), предпочитают включать гейт в процессе записи.

Кроме тех случаев, когда надо создать эффект “gated reverb”, не пропускайте через гейт сигнал, имеющий в своем составе реверберацию, иначе часть затуханий будет потеряна. Если сперва обработать сигнал гейтом, а потом подмешать к нему реверберацию, то получится хороший результат: не только затухания будут присутствовать в полной мере, но к тому же реверберация поможет скрыть некоторые недостатки (нестабильность) работы гейта.