Шумоподавитель: принцип работы и параметры настройки

Введение

Устройство обработки звука

Шумоподавитель (noise gate), или просто гейт, – это электронное устройство или программное обеспечение, используемое для управления уровнем звукового сигнала. Подобно компрессору, который ослабляет сигналы, превышающие установленный порог, например, резкие атаки в начале музыкальных нот, шумоподавитель ослабляет сигналы, уровень которых ниже порога. Однако шумоподавитель ослабляет сигналы на фиксированную величину, известную как диапазон. В простейшем варианте шумоподавитель пропускает основной сигнал только тогда, когда он превышает заданный порог: гейт "открыт". Если сигнал опускается ниже порога, сигнал не пропускается (или существенно ослабляется): гейт "закрыт". Шумоподавитель используется, когда уровень "сигнала" выше уровня нежелательного "шума". Порог устанавливается выше уровня "шума", поэтому, когда основного "сигнала" нет, гейт закрыт. Распространенное применение – в электрогитаре для устранения гула и шипения, вызванных эффектами искажения. Шумоподавитель не удаляет шум из самого сигнала; когда гейт открыт, через него проходят как сигнал, так и шум. Даже если сигнал и нежелательный шум присутствуют при открытом гейте, шум менее заметен. Шум становится наиболее заметным в периоды отсутствия основного сигнала, например, в паузах во время гитарного соло. Гейты обычно оснащены настройками "атака", "затухание" и "удержание", а также могут иметь функцию "предпросмотра" (look ahead).

Контрольные элементы и параметры

Шумоподавители имеют регулятор порога для установки уровня, при котором ворота будут открываться. Более продвинутые шумоподавители обладают большим количеством функций. Регулятор времени закрытия (release) используется для определения времени, необходимого воротам для перехода из открытого состояния в полностью закрытое. Это длительность затухания. Быстрое время закрытия резко обрывает звук, в то время как более медленное время закрытия плавно ослабляет сигнал при переходе из открытого в закрытое состояние, создавая эффект медленного затухания. Если время закрытия слишком короткое, при повторном открытии ворот может быть слышен щелчок. Регулятор времени закрытия – второй по распространенности регулятор на шумоподавителе после порога. Регулятор времени открытия (attack) используется для определения времени, необходимого воротам для перехода из закрытого состояния в полностью открытое. Это длительность нарастания. Регулятор времени удержания (hold) используется для определения времени, в течение которого ворота остаются полностью открытыми после того, как сигнал опускается ниже порога, и до начала периода закрытия. Регулятор времени удержания часто устанавливается для предотвращения закрытия ворот во время коротких пауз между словами или предложениями в речевом сигнале. Регулятор диапазона (range) используется для установки степени ослабления сигнала при закрытых воротах. Часто применяется полное ослабление, то есть сигнал не проходит при закрытых воротах. В некоторых случаях полное ослабление нежелательно, и диапазон можно изменить. Продвинутые шумоподавители имеют внешний сайдчейн – дополнительный вход, позволяющий управлять воротами другим аудиосигналом. Вариацией сайдчейн-шумоподавителя, используемой в электронной музыке, является трансегейт или просто гейт, где шумоподавитель управляется не аудиосигналом, а предварительно запрограммированным паттерном, что обеспечивает точное нарезание устойчивого звука. Шумоподавители часто реализуют гистерезис, то есть имеют два порога: один для открытия ворот и другой, установленный на несколько дБ ниже, для закрытия ворот. Это означает, что после того, как сигнал опустился ниже порога закрытия, он должен подняться до порога открытия, чтобы ворота открылись, предотвращая открытие ворот и возникновение дребезга при регулярном пересечении порога закрытия. Более длительное время удержания также помогает избежать дребезга, как описано выше.

Noise gates have a threshold control to set the level at which the gate will open. More advanced noise gates have more features. The release control is used to define the length of time the gate takes to change from open to fully closed. It is the fade out duration. A fast release abruptly cuts off the sound, whereas a slower release smoothly attenuates the signal from open to closed, resulting in a slow fade out. If the release time is too short, a click can be heard when the gate re opens. Release is the second most common control to find on a gate, after threshold. The attack control is used to define the length of time the gate takes to change from closed to fully open. It is the fade in duration. The hold control is used to define the length of time the gate will stay fully open after the signal falls below the threshold, and before the release period is commenced. The hold control is often set to ensure the gate does not close during short pauses between words or sentences in a speech signal. The range control is used to set the amount of attenuation to be applied to the signal when the gate is closed. Often there will be complete attenuation, that is no signal will pass when the gate is closed. In some circumstances, complete attenuation is not desired and the range can be changed. Advanced gates have an external sidechain. This is an additional input that allows the gate to be triggered by another audio signal. A variation of a sidechained noise gate used in electronic music production is a trancegate or just simply gate, where the noise gate is not controlled by audio signal but a preprogrammed pattern, resulting in a precisely controlled chopping of a sustained sound. Noise gates often implement hysteresis, that is, they have two thresholds: one to open the gate and another, set a few dB below, to close the gate. This means that once a signal has dropped below the close threshold, it has to rise to the open threshold for the gate to open, so that a signal that crosses over the close threshold regularly does not open the gate and cause chattering. A longer hold time also helps to avoid chattering, as described above.

Роли

Основная функция шумоподавителя – устранять звуки, уровень которых ниже заданного порога. Шумоподавители широко используются в звукозаписывающих студиях и системах усиления звука. Рок-музыканты также могут использовать небольшие портативные устройства типа "stompbox" для подавления нежелательного шума от гитарных усилителей. Шумоподавители с ограничением по полосе частот также применяются для устранения фонового шума из аудиозаписей, отсекая частотные диапазоны, содержащие только статический шум.

Уменьшение шума

В аудиопостпродакшене шумоподавление (noise gating) уменьшает постоянные источники шума, такие как гул от виниловых пластинок, шипение с аудиокассет, статические помехи от радио или усилителя и гул от электросети, не оказывая существенного влияния на исходный звук. Аудиосигнал, такой как музыка или речь, разделяется на множество частотных полос с помощью набора перекрывающихся полосовых фильтров, и если амплитуда сигнала в любой из этих полос ниже заданного порога, то эта полоса исключается из конечного звука. Это значительно снижает воспринимаемый фоновый шум, поскольку в пропускных полосах остаются только частотные компоненты шума. Эта техника была реализована в электронном оборудовании в реальном времени в некоторых проигрывателях высокого класса уже в 1980-х годах и теперь широко используется в аудиопроизводстве на этапе постпродакшна, где программное обеспечение для преобразования Фурье может предоставить очень детальный спектр фонового шума. Распространенные пакеты программного обеспечения для редактирования цифрового аудио, такие как CoolEdit и Audacity, включают в себя простой в использовании код цифрового шумоподавления: пользователь выбирает сегмент аудио, содержащий только статический шум, и уровни амплитуды в каждой частотной полосе используются для определения пороговых уровней, которые будут применяться ко всему сигналу. Шумоподавление хорошо работает, когда статический шум стабилен и либо узко сконцентрирован по частоте (например, гул от сети переменного тока), либо значительно ниже уровня основного сигнала (желательно не менее 15 дБ). В случаях, когда сигнал смешивается с фоновым статическим шумом (например, звук щеток на барабане в треке "Sun King" на альбоме Abbey Road группы The Beatles) или слаб по сравнению с шумом (как в очень тихих записях с магнитной ленты), шумоподавление может добавить артефакты, которые более отвлекают, чем исходный статический шум. В контексте многоканальной записи шумоподавление используется для уменьшения проникновения звука в микрофон из источников, отличных от того, для которого предназначен микрофон. Один из примеров – запись барабанной установки. В большинстве многоканальных барабанных записей один микрофон используется для захвата звука малого барабана, а другой – для захвата звука бас-барабана. Микрофон малого барабана выдает сигнал, состоящий из сигнала малого барабана высокого уровня и сигнала бас-барабана низкого уровня (из-за большего расстояния бас-барабана от микрофона малого барабана). Если пороговый уровень шумоподавления установлен правильно, можно выделить сигнал малого барабана. Для полной изоляции сигнала малого барабана скорость отпускания (release rate) должна быть достаточно высокой, что может привести к обрыву окончания звука малого барабана. Обычно это можно исправить, добавив один или несколько накладных микрофонов, которые могут служить общим "аудиоклеем" для всех остальных источников с шумоподавлением. Шумоподавление полезно при редактировании живых записей для удаления фонового шума между фрагментами или репликами. Однако при установке порогов следует соблюдать осторожность, чтобы они не срабатывали из-за случайного шума, например, когда люди двигают стулья. Для вокальных выступлений на сцене можно использовать оптический микрофонный переключатель. Инфракрасный датчик определяет, находится ли кто-то перед микрофоном, и включает микрофон.

In audio post processing, noise gating reduces steady noise sources such as rumble from LP records, hiss from audio tape, static from a radio or amplifier, and hum from a power system, without greatly affecting the source sound. An audio signal such as music or speech is broken up into many frequency bands by a collection of overlapping band pass filters, and if the signal amplitude in any one band is lower than a preset threshold, then that band is eliminated from the final sound. This greatly reduces perceptible background noise because only the frequency components of the noise that are within the gated passbands survive. The technique was implemented in real time electronics in some audiophile record players as early as the 1980s, and is now commonly used in audio production post processing, where software to Fourier transform the audio signal can yield a very detailed spectrum of the background noise. Common digital audio editing software packages such as CoolEdit and Audacity include easy to use digital noise gating code: the user selects a segment of audio that contains only static, and the amplitude levels in each frequency band are used to determine the threshold levels to be applied across the signal as a whole. Noise gating works well when the static is steady and either narrowly confined in frequency (e. g. hum from AC power) or well below the main signal level (15 dB minimum is desirable). In cases where the signal merges with the background static (for example, the brushed drum sounds in the "Sun King" track on the Beatles album Abbey Road) or is weak compared to the noise (as in very faint tape recordings, the noise gating can add artifacts that are more distracting than the original static. In the context of a multi microphone recording session, noise gating is employed to reduce the leakage of sound into a microphone from sources other than the one the microphone was intended for. One example involves the mic ing up of a drumkit. In most multi mic drum recordings, one microphone will be used to capture the snare drum sound and another to capture the kick drum sound. The snare microphone will output a signal composed of a high level snare signal and a lower level kick drum signal (due to the further distance of the kick drum from the snare microphone). If the threshold level of the noise gate is set correctly, a snare drum signal can be isolated. To fully isolate the snare drum signal, the release rate has to be quite fast, which can cause the tail end of the snare sound to be "chopped off". This can usually be remedied by the inclusion of one or more overhead microphones, which can act as a general "audio glue" for all the other gated sources. Noise gates are useful when editing live recordings to remove background noise between passages or pieces of dialogue. However, care must be taken in setting the gates so they do not trigger due to spurious noise such as when people move chairs. For vocal applications on stage, an optical microphone switch may be used. An infra red sensor senses if somebody is in front of the microphone and switches on the microphone.

Использование записей

Хорошим примером шумового шлюза с временным управлением является хорошо известный эффект "закрытого ревербератора", который можно услышать в партии барабанов хита Фила Коллинза "In the Air Tonight", созданного инженером-продюсером Хью Падгемом. В этом эффекте мощная реверберация, добавленная к барабанам, обрывается шумовым шлюзом через несколько миллисекунд, вместо того чтобы затухать естественным образом. Этого также можно добиться, отправив "сухой" сигнал малого барабана на ревербератор (или другой процессор), вставив шумовой шлюз в цепь реверберации и подключив сигнал малого барабана к боковой цепи шлюза. Установив шлюз в режим "внешняя боковая цепь" (или "внешний ключ"), шлюз будет реагировать на уровень сигнала малого барабана и "закрываться", когда этот сигнал опустится ниже порога, а не реверберированный звук. Распространенный приём в производстве – использовать нестандартные комбинации входов боковой цепи для управления более длинными, устойчивыми звуками. Например, сигнал хай-хэта можно использовать для управления продолжительным синтезированным звуком, создавая ритмичный мелодический (или гармонический) сигнал, идеально синхронизированный с хай-хэтом. Хороший пример такого использования можно найти на концептуальном альбоме Godley & Creme "Consequences". Сюжет альбома требовал создания ряда специальных звуковых эффектов, передающих впечатление стихийных бедствий. Для сцены "Огонь" Годли и Крем использовали шумовой шлюз, активируемый звуком многослойных вокалов, который создавал "голос" бушующего лесного пожара. Во время записи этого фрагмента каждый раз, когда начинался вокальный сигнал, он открывал шумовой шлюз, запуская другой канал, по которому передавалась предварительно записанная петля треска (созданная путем многократной записи звука лопающихся пузырей в пузырчатой пленке перед микрофоном). Сочетание вокалов и треска создало жуткий и весьма убедительный эффект "говорящего огня". "Одна вещь, которую я сделал, и которая, как мне кажется, придала альбому определенное звучание, – это то, что я обработал всё через Kepex", – сказал Алан Парсонс, инженер, работавший над альбомом Pink Floyd "The Dark Side of the Moon". "Kepexes были очень ранними шумовыми шлюзами, и мы использовали их не только при переходе с первых шестнадцати дорожек на вторые, но и на этапе сведения. В то время они были довольно революционными и имели очень индивидуальный звук. Они особенно хорошо работали с сердцебиением. Это был бас-барабан, и вы слышите, как шум модулируется шумовым шлюзом, который является неотъемлемой частью этого звука".

A good example of time controlled noise gating is the well known "gated reverb" effect heard on the drums on the Phil Collins hit single "In the Air Tonight", created by engineer producer Hugh Padgham, in which the powerful reverberation added to the drums is cut off by the noise gate after a few milliseconds, rather than being allowed to decay naturally. This can also be achieved by: sending the "dry" snare signal to the reverb (or other process) unit, inserting a noise gate on the path of the reverb signal and connecting the snare sound to the side chain of the gate unit. With the gate unit set to "external sidechain" (or "external key"), the gate will respond to the snare signal level and "cut off" when that has decayed below the threshold, not the reverberated sound. It is a common production trick to use spurious combinations of side chain inputs to control longer, more sustained sounds. For example, a hi hat signal can be used to control a sustained synthesized sound to produce a rhythmic melodic (or harmonic) signal which is perfectly in time with the hi hat signal. A good example of this use of the device can be found on the Godley & Creme concept album Consequences. The album's story required the creation of a number of special sound effects that would convey the impression of natural disasters. For the "Fire" sequence, Godley and Creme used a noise gate, triggered by the sound of multitracked voices, that created the "voice" of a raging bushfire. During the recording of this segment, each time the voice signal began, it triggered the noise gate to open up another channel, which carried a pre recorded loop of a crackling sound (created by overdubbing the sound of Bubble Wrap being popped in front of a microphone). The combined voices and crackling created an eerie and quite convincing "talking fire" effect. "One thing I did that I think gave the album a certain sound was I Kepexed everything," said Alan Parsons, engineer on Pink Floyd's The Dark Side of the Moon. "Kepexes were very early noise gates, and we Kepexed not only going from the first sixteen track to the second, but also on the mix. They were quite revolutionary at the time and they had a very individual sound. It was very effective on the heartbeats. That was a kick drum, and you hear the noise being modulated by a noise gate, which is an integral part of that sound."

Дверные двери с множественным замком

Изобретение техники, разработанной Джеем Ходжсоном и известной как многоуровневое шумоподавление (multi latch gating), широко применялось в классической музыке на протяжении многих лет, но часто заслуга ее появления приписывается продюсеру Тони Висконти, чей опыт использования этой техники в песне Дэвида Боуи "Heroes", возможно, стал первым примером в рок-музыке. Висконти записал вокал Боуи в большом помещении, используя три микрофона, расположенных на расстоянии 9 дюймов (23 см), 20 футов (6,1 м) и 50 футов (15,2 м) соответственно. К каждому микрофону был применен отдельный шумоподавитель, так что более удаленный микрофон активировался только тогда, когда Боуи достигал необходимой громкости, а каждый микрофон отключался при активации следующего. "Таким образом, исполнение Боуи нарастает в интенсивности по мере того, как все больше и больше реверберации пронизывает его вокал, пока к последнему куплету ему не приходится кричать, чтобы его было слышно. И чем громче Боуи кричит, чтобы быть услышанным, тем дальше в микс система многоуровневого шумоподавления Висконти отодвигает его вокальные дорожки [сухой звук воспринимается как находящийся на переднем плане, а реверберация – как отодвигающий звук вглубь микса], создавая яркую метафору ситуации обреченных возлюбленных Боуи, кричащих друг другу о своей любви через Берлинскую стену."

Звуковое усиление

Шумоподавители играют важную роль при микрофонировании барабанов на хэви-метал концертах. Каналы микрофонов для барабанов и тарелок обычно оснащаются шумоподавителями, чтобы микрофоны включались только в момент удара по конкретному барабану или тарелке. Это значительно снижает "перехват" сигнала между барабанными микрофонами. Это используется для уменьшения акустической обратной связи, вызванной другими громкими звуками на сцене.