Динамическая обработка - Гейты

Гейт (от английского gate - клапан, ворота) - один из самых распространенных приборов динамической обработки. Основное, изначальное назначение гейта - отсечка сигналов малого уровня, для которых он и является своеобразным клапаном, не пропуская их на выход. Отчасти гейт похож на экспандер, но только отчасти. Если в "экспандере вниз" установить ratio = 1:бесконечность, то он будет функционировать как гейт. Но не наоборот! Ведь экспандер при всех положениях ratio, кроме вышеприведенного, как бы следит за сигналом, т.е. он не имеет устойчивого состояния, его коэффициент передачи все время изменяется (больше сигнал - больше усиление, меньше сигнал - меньше усиление.) Гейт же имеет только два устойчивых состояния: открытое и закрытое. А в моменты attack и release он просто переходит из одного состояния в другое.
По своей работе гейт аналогичен формирователю огибающей в синтезаторах. Это такой же многоступенчатый формирователь огибающей плюс управляемый усилитель (VCA), только запускается он не от нажатия клавиши, а при превышении входным сигналом порога срабатывания гейта threshold.
Большинство гейтов имеют относительно несложный 3-ступенчатый формирователь огибающей, состоящий из трех частей - нарастания attack, удержания hold, и плавного затухания release.
Эти фазы звука хорошо знакомы всем, имевшим дело с синтезаторами. На рисунке изображены три сигнала - входной (верхняя сигналограмма), сформированная генератором гейта огибающая (в середине) и результирующий выходной сигнал - внизу.
В момент превышения входным сигналом порога срабатывания threshold (вверху) запускается специальный триггер, который, в свою очередь, запускает формирователь огибающей гейта, и тот начинает последовательно вырабатывать три составных части управляющего напряжения для VCA (в середине). В первый момент после запуска формируется attack, затем сохраняется достигнутое состояние - до момента, когда входной сигнал станет меньше порога срабатывания. После того, как входной сигнал станет меньше threshold, триггер (trigger) изменяет свое состояние, и начинают формироваться следующие две части огибающей. Под действием этого напряжения VCA изменяет свой коэффициент усиления и получается результирующий (обработанный гейтом) выходной сигнал (внизу).
Естественно, что динамика обработанного гейтом сигнала будет отличаться от исходной. Сигналы, лежащие ниже порога срабатывания, будут полностью подавлены. Сигналы же выше порога атаки будут зависеть от соотношения их исходной скорости и времени открывания гейта, т.е. результирующая может быть как более резкая, так и более плавная. Аналогично - и с процессом затухания сигнала release. С той только разницей, что затухание исходного сигнала гейтом не удлинить. Можно только укоротить...
Именно это свойство гейта - менять динамику сигналов - и является той причиной, по которой гейт получил столь широкое распространение.
Наверное, ни для кого не будет открытием тот факт, что в настоящее время основным применением гейта является запись ударных инструментов - барабанов, тарелок и пр. При обработке гейтом именно этих сигналов все потенциальные возможности раскрываются наиболее полно. Можно отрезать излишне длинные тянущиеся "хвосты" у барабанов, сделать более резкими атаки, а при определенном навыке - даже "растянуть" время звучания атаки. Вплоть до того, что вместо одного удара - будут слышаться... два! Только для этого гейт должен быть настоящим, полнофункциональным, а не одной ручкой в компрессоре...
Ранее привычный теперь гейт носил более претенциозное название - noise gate (нойз-гейт), при этом подразумевалось, что главным его предназначением будет шумоподавление. Но довольно быстро выяснилось, что "шумодав" из гейта, в общем-то, "никакой". Конечно, шумы паузы он убирает прекрасно. Только это практически никому не нужно. Лучше оставить "кесарю - кесарево", т.е. для борьбы с шумами использовать специально для этих целей созданные устройства - денойзеры. У них это лучше получится...
Кроме вышеуказанных, в некоторых "навороченных" гейтах имеются и другие регулировки - например, предзадержки delay, гистерезиса, фильтрации, и т.д.
Рассмотрим подробнее некоторые из них, в порядке убывания распространенности. Обязательной составной частью любого мало-мальски приличного гейта являются перестраиваемые обрезные НЧ- и ВЧ-фильтры key filter, в самом крайнем случае - разрывные гнезда side chain insert, как в компрессоре. В некоторых моделях можно встретить и гнезда для подачи внешних запускающих сигналов - ext. Key.
Назначение этих фильтров и гнезд такое же, как и в компрессоре - изменение характеристик канала управления. И точно так же - они не влияют на тембр самого сигнала! Но если в компрессорах применение фильтров и эквалайзеров в side chain в значительной степени "экзотика", и можно прекрасно обходиться и без них, то в гейтах без хороших фильтров - нельзя. Причем, если в side chain компрессора ставится обычно эквалайзер, то в гейтах ставятся именно обрезные фильтры, как правило - перестраиваемые, и причем - отдельные для НЧ и для ВЧ.
Необходимость в них вызвана, главным образом, спецификой применения большинства гейтов - запись ударных. Инструменты этой группы расположены весьма близко друг к другу, обладают высокой громкостью, поэтому отделить их друг от друга - задача не из простых. Именно для этого гейт и применяется - если отвлечься от задачи художественного изменения исходных звучаний.
Например, два близко расположенных микрофона снимают звучание, один - барабана, другой - тарелки. По громкости их не различить, да и в разных местах композиции она может существенно различаться. Что остается? Спектр. Настраиваем фильтры в каналах управления гейтов этих двух микрофонов таким образом, чтобы гейт барабана воспринимал только его основной тон, в области средних частот, а гейт тарелки - только ее ВЧ-составляющие. Проконтролировать точность настройки фильтров поможет имеющийся в обязательном порядке в таких (с фильтрами) моделях переключатель key listen (прослушивание управляющего сигнала). Теперь, независимо от громкости звучания того или иного инструмента, его гейт будет управляться только его сигналом, а остальные для него как бы "невидимы".
Рассмотрим теперь работу всего цикла гейта. Что касается начальной части сигнала - атаки-то здесь, как правило, особых проблем не возникает. Входной сигнал нарастает быстро, с хорошим уровнем, и гейт срабатывает четко. Совсем другая картина - на спаде сигнала. Не секрет (хотя и не общеизвестно), что затухание сигналов большинства инструментов не является ровным и плавным, а имеет волнообразный характер. Для слуха это малозаметно и привычно, но для электроники - совсем другое дело. Гейт в этот момент начинает периодически переключаться из открытого состояния в закрытое, "дергаться". На слух этот эффект воспринимается очень неприятно.
Частично справиться с этой проблемой помогает регулятор времени удержания hold, но только частично. Он лишь задерживает момент начала закрывания гейта, но не избавляет его полностью от "болтанки". Для этого применяется особое устройство - триггер с гистерезисом. Это означает, что в таком гейте имеются два порога срабатывания - один на открывание, и один - на закрывание, причем "порог на закрывание" - всегда меньше, чем на открывание.
Например, если установлен гистерезис в 7 дБ, а порог срабатывания равен +12 дБ, то гейт начнет закрываться только в том случае, если входной сигнал станет меньше +5 дБ, а не +12 дБ, как в обычном гейте. Это позволяет обеспечить надежное, без "болтанки", закрывание гейта - и к тому же без задержки hold, необходимость в которой при этом отпадает. Справедливости ради заметим, что в некоторых моделях гейтов среднего ценового класса эта функция уже является встроенной. Однако величина этого гистерезиса устанавливается изготовителем, и его изменение пользователю недоступно.
В некоторых гейтах имеется режим со странным названием - ducker, или просто duck.
История появления этого термина в точности не известна, а означает он инверсный режим работы гейта, т.е. при превышении входным (или управляющим) сигналом порога срабатывания гейт не открывается, а... закрывается! Этот режим может применяться как спецэффект, но основное его предназначение в другом - для уменьшения уровня одного сигнала другим, который в данном случае играет роль управляющего.
Для этого управляющий сигнал (например, голос) подается не на звуковой вход гейта, а на его управляющий вход ext. key. На звуковой же вход подается тот сигнал, уровнем которого надо управлять (например, фоновая музыка). При появлении на управляющем входе сигнала от голоса - гейт срабатывает "наоборот", и громкость фоновой музыки уменьшается. Такое использование гейта часто встречается на радиостанциях, в системах "Public Address", на телевидении и т.д.
Для облегчения понимания сходства и различия функционирования всех устройств динамической обработки на рис. на одном графике в совмещенном виде показаны проходные динамические характеристики всех рассмотренных в этой статье широкополосных приборов.