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淺談音頻壓縮器 / 限幅器的原理和應用

喜愛音樂的朋友，通常對聲音會較為敏感。在我們日常聽的歌曲錄音之中的聲音，多是用多聲軌錄音 (Multi-Track Recording) 的方法製作的。其中各個聲部或樂器的音量、音色等，都是經過專業錄音 / 混音師的精心處理和微調。所以我們在聽歌曲中的錄音時，常會發現有不同的效果。例如，有些流行曲中的主音歌手部份聽起來似乎比其他伴奏及和唱部份大聲及「接近」一些，像在眾多聲音之中站了出來或進前了一步一樣的；而其他同類歌曲只是將各個聲部羅列於耳前。又例如在一些 不日唱部份中，聲音異常地融和，並且像有很多人在和唱一樣。

其實在這些「特別效果」的背後，除了有錄音混音師的一番心思之外，還需要一些處理音響的儀器幫助，例如均諧器 (Equalizer，簡稱 EQ)、延緩 (Delay) 處理器、以及 Compressor / Limiter (下文譯作「壓縮器 / 限幅器」) 等。其中，壓縮器 / 限幅器的原理和作用並不太為一般人所了解和熟悉，因為在家庭音響設備中，不常甚至不需要應用到壓縮器 / 限幅器。本文會探討一下壓縮器 / 限幅器的原理和作用。

Alesis 3630 Compressor/Limiter (來源 : Alesis 網站)

壓縮器 / 限幅器的原理

壓縮器和限幅器的原理相當相似，所以通常都會一同被提及，或者在同一部儀器上找到兩者的功能。限幅器會限制所輸入的聲音的音量，不能超出所設定的音量水平 (此設定稱為門檻 ── Threshold)；當所輸入的聲音之音量超出此門檻，限幅器就會將此超出的部份切去，只容許低於門檻以下的音量通過。至於壓縮器，正如先前所述，所做的與限幅器相若；也會限制超出門檻的聲音。不過壓縮器不會像限幅器一樣將超出門檻的聲音部份一概切除。壓縮器會根據一個壓縮比率 (Compression Ratio)，將超出門檻的聲音有限度地切除。

圖一：不同的壓縮比例

例如，若壓縮比率是 4：1，超出門檻的聲音部份每 4 個單位就會壓縮至 1 個單位。圖一是 壓縮器 / 限幅器的輸入和輸出的座標圖，其中 1：1 是沒有用壓縮器 / 限幅器；2：1 代表用了 2：1 壓縮比率的壓縮器；至於 ∞：1，就代表使用限幅器。∞：1 的意思，即限幅器是以無限比一的壓縮比率處理聲音。所以，若將壓縮器的壓縮比率增至 ∞：1，壓縮器就變成一部限幅器。所以，一般的處理器都將 壓縮器和限幅器放在一起，只用壓縮比率來選擇該儀器的用途。

圖二、 三及四是一個聲音樣本輸入限幅器前後的比較。圖二是輸入前聲音量隨時間之變化。圖三是使用限幅器之後聲音的模樣：門檻是 50 單位，原先超出 50 單位的聲音都被切除了。圖四是將圖三的聲音擴大了。由於圖二的聲音被分去了一部份，總音量因此就被減低了。在有需要的情況之下，混音師會將經限幅器除份音量的聲音擴大 (很多壓縮器/ 限幅器輸出前都有擴音器，只須在「Output」的旋扭上調校即可)。而圖四就是將圖二的聲音壓縮後再放大的結果。

圖二：未經處理之聲音
圖三： 經限幅器處理後的聲音  

圖四：經限幅器處理後再擴大之聲音

一些重要的設定

一般的壓縮器 / 限幅器，都會有以下的設定：

  1. Threshold (門檻)
  2. Compression Ratio (壓縮比率)， (1：1 至 ∞：1)
  3. Attack (反應時間)
  4. Release (釋放時間)
  5. Output (輸出擴大值)

反應時間，是決定壓縮器/ 限幅器反應超出最高音量水平的速度；時間越短，反應越快。釋放時間，是決定在輸入音量回復低於門檻之後，壓縮仍然會持續多久。

一些壓縮器 / 限幅器的應用

壓縮器/ 限幅器最基本的作用，就是將一些不能預期的音量高峰 (Peaks) 削平，以致造出一些令聆聽者聽得舒適而又清晰的聲音。例如在廣播系統之中，常會有「爆咪」的情況出現。這「爆咪」其實是突然的音量高峰，可能會使聆聽者的耳朵受損，對廣播系統也會造成損壞。所以，若果用限幅器限制聲音的輸出上限，就不會對聆聽者或音響系統造成損害。在錄音室，也需要防止這些突然的「高峰」，因為音響器材和錄音媒體所能承載的音量，即所謂動態範圍 (Dynamic Range) 是有限的， 若音量不被限制而突然超出此範圍，錄音上就會有失真 (Distortion) 的情況出現了。 

除了防止音量高峰之外，壓縮器 / 限幅器還可以使聲音有「前進」的感覺。就是用同樣的方法壓縮 / 限制了聲音的最高音量 (不同的壓縮比率可做成不同的「前進」程度)。然後，將聲音再擴大。這樣，不單擴大了聲音，還使聲音樣本中不同大小音量的部份差異拉近了，即平均了。這樣，整般聲音就被強化，變得結實了。使用這種方法，在錄製語音、歌曲的主音獨唱部份、鼓聲或低音電子結 他的聲音時，都可以使聲音更 「前進」和結實，尤其是當歌手或樂手不能時常對準麥克風錄音時，這方法可以作出一些彌補。不過，要注意壓縮器 / 限幅器不可以無限地使用。 因為過份的使用，可以導致聲音沙啞，模糊不清，就會弄巧反拙了！


作者：黃逸偉 
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