Крутанул громкость на любимом треке, и твитер хрустнул. Или усилитель ушёл в защиту на самом басовом месте. Такие моменты и должен ловить лимитер. Ниже расчёт на графике, атака, порог и причина, по которой он же иногда делает звук плоским.
Лимитер - это устройство или алгоритм, который не даёт уровню сигнала подняться выше заданного порога: всё, что пытается перешагнуть порог, быстро приглушается. Это частный случай компрессора с очень большим коэффициентом сжатия.
Вот расчёт: сигнал на −18 dBFS, потом громкий кусок до −4 dBFS с коротким пиком до 0 dBFS. Лимитер с порогом −6 dBFS, атакой 1 мс и восстановлением 100 мс.
Громкий кусок прижат к порогу. Короткий пик всё же проскочил примерно до −2,4 dBFS: за 1 мс атаки лимитер не успел. После окончания громкого куска выход ещё около 100 мс тише входа, это восстановление.
Как устроен лимитер
Лимитер и компрессор
Компрессор мягко уменьшает всё, что выше порога, в заданное число раз. Лимитер - это компрессор с очень большим отношением (10:1 и выше, в пределе ∞:1) и быстрой атакой: сверху порога почти ничего не проходит. Подробно о компрессии в статье компрессор и динамическая компрессия.
Атака и восстановление
Атака показывает, как быстро лимитер начинает давить после превышения порога. Восстановление (release) показывает, как быстро он отпускает. На графике видно: при атаке 1 мс короткий всплеск успевает проскочить порог на несколько дБ, пока лимитер «просыпается». Поэтому для защиты от пиков делают атаку короче или используют предпросмотр (look-ahead), когда сигнал немного задерживается и лимитер знает о пике заранее.
Где в машине стоит лимитер
Во многих DSP-процессорах есть лимитеры на выходных каналах, в части процессорных усилителей тоже. Встречается защита в штатных ГУ: она давит низы на громкости, и это одна из причин, почему «штатка» на максимуме звучит зажато.
Как лимитер защищает динамики
От чего лимитер защищает твитер
От перегрузки по уровню во многом да, если порог выставлен по реальному напряжению, которое твитер выдерживает долго. От клиппинга усилителя, если клиппинг происходит после процессора, нет: лимитер в DSP не знает, что усилитель уже упёрся. Поэтому сначала правильно выставляют гейн, а лимитер служит страховкой.
Как выставить порог
От обратного. Узнай, какое напряжение выдерживает динамик по мощности: например, твитер ESB 9.1T-28 рассчитан на 110 Вт RMS при Re 3,8 Ом. Но это паспорт для полосы, а не для синуса на одной частоте; безопаснее ставить порог с запасом. Дальше переводишь напряжение в dBFS с учётом чувствительности усилителя и гейна.
Когда лимитер портит звук
Если срабатывает редко, на случайных пиках, на слух почти незаметен. Если работает постоянно, съедает динамический диапазон: удары бочки становятся плоскими, пропадает «воздух» между нотами. Для Sound Quality это минус к динамике на соревнованиях. Лимитер должен быть ремнём безопасности, а не рулём.
Порог в вольтах, клиппинг и лимитер на сабе
Напряжение считают по формуле U = √(P × R). Для ESB 9.1T-28 со 110 Вт RMS и Re 3,8 Ом выходит около 20 В, но это паспорт для полосы, а не для долгого синуса. Прикидка с запасом 10 дБ даёт порог около 6,5 В, это примерно 11 Вт. Дальше напряжение переводят в dBFS с учётом гейна усилителя.
Лимитер плавно уменьшает усиление, когда сигнал подходит к порогу, и форма волны почти не меняется. Клиппинг срезает вершины волны, и в сигнале появляется много гармоник выше основной частоты, которые особенно опасны для твитера. Поэтому аккуратно выставленный лимитер в процессоре защищает систему, а клиппинг усилителя её разрушает.
Как страховка лимитер на сабвуфере полезен, если порог выставлен по напряжению, при котором усилитель ещё не клипует и динамик не выходит за Xmax. Он ловит редкие громкие ноты на треках с очень низким басом. Если лимитер на сабе срабатывает постоянно, бас становится плоским, и это повод проверить гейн и ящик.
В программе многих процессоров есть индикатор срабатывания лимитера: если он загорается на обычной громкости прослушивания, порог слишком низкий или гейн выставлен неверно. На слух постоянная работа лимитера заметна так: громкость перестаёт расти при повороте ручки, удары бочки становятся плоскими. На редких пиках индикатор может мигать, это нормально.
Brickwall - это лимитер, через порог которого не проходит вообще ничего (с look-ahead). True peak - это лимитер, который учитывает пики между цифровыми отсчётами после восстановления в аналог. Это больше про мастеринг и нормализацию громкости стримингов, но объясняет, почему современные треки «приходят» уже прижатыми.
Что спросить у установщика
- Стоят ли лимитеры на каналах твитеров и мидбасов, и с каким порогом?
- От чего считали порог: от мощности динамика или «на глаз»?
- Не работает ли лимитер постоянно на обычной громкости прослушивания?
- Как выставлен гейн усилителей относительно выхода процессора?
Лимитеры ставят в конце настройки, когда уже понятны уровни полос и запас по мощности. Где это место в общей последовательности, смотри в шаге «Настройка системы».
Не уверен, какой порог ставить для своих твитеров и усилителя? Приходи с цифрами паспорта в Telegram EBAEVSQ, посчитаем вместе.
Источники
- S. Linkwitz, «Active Crossover Networks for Noncoincident Drivers», JAES, 1976
- S. P. Lipshitz, M. Pocock, J. Vanderkooy, «On the Audibility of Midrange Phase Distortion in Audio Systems», JAES, 1982
- А. П. Ефимов, А. В. Никонов, М. А. Сапожков, В. И. Шоров, «Акустика. Справочник», 1989
- AES17, AES standard method for digital audio engineering: Measurement of digital audio equipment
См. также: Пик-фактор, Компрессия мощности, Компрессор.