Jego wysokość limiter

Limiter, czyli ogranicznik, uważany jest za króla wszystkich procesorów odpowiedzialnych za dynamikę i brzmienie sygnału. I nie dlatego, że jest jakoś specjalnie skomplikowany czy trudny w obsłudze (choć bywa i tak), ale dlatego, że to on w zasadzie decyduje o tym, jak na samym końcu zabrzmi nasz utwór.

Do czego służy limiter? Na początku wykorzystywany był głównie w radiowych, a potem telewizyjnych, stacjach nadawczych, zabezpieczając nadajniki przed zbyt dużym sygnałem, który mógłby pojawić się na jego wejściu, spowodować przesterowanie, a w skrajnym przypadku nawet uszkodzenie nadajnika. Nigdy nie wiadomo, co może zdarzyć się w studiu – upadnie mikrofon, przewróci się dekoracja, jakiś utwór wejdzie ze zbyt dużym poziomem – przed tym wszystkim chroni limiter, który, mówiąc w dużym uproszczeniu, zatrzymuje poziom sygnału na ustawionym w nim progu i nie pozwala na jego dalszy wzrost.

Ale limiter, czyli po polsku ogranicznik, to nie tylko zawór bezpieczeństwa. Realizatorzy w studiach nagrań bardzo szybko dostrzegli jego potencjał w zupełnie innych zadaniach. Obecnie, głównie na etapie masteringu, który omawialiśmy przez kilkanaście ostatnich odcinków, wykorzystuje się go do zwiększenia głośności odczuwalnej miksu. Efektem tego ma być głośny, ale czytelny i zachowujący naturalne brzmienie materiał muzyczny, swego rodzaju święty Graal inżynierów masteringu.

Limiter kontra kompresor

Limiter jest zazwyczaj ostatnim procesorem aplikowanym do gotowego nagrania. Stanowi swego rodzaju wykończenie, ostatni szlif i warstwę lakieru, która nadaje całości połysk. Limitery stworzone w oparciu o podzespoły analogowe dziś są wykorzystywane w zasadzie tylko jako specjalna odmiana kompresora, którego limiter jest nieco zmienioną wersją. Kompresor jest bowiem łagodniejszy dla sygnału, którego poziom przekroczy pewien ustalony próg. Pozwala mu wzrastać dalej, ale już z coraz większy mtłumieniem, którego współczynnik określamy regulatorem Ratio. Np. Ratio 5:1 oznacza, że sygnał, który przekracza próg kompresji o 5 dB, na wyjściu wzrośnie tylko o 1 dB.

W limiterze nie ma regulatora Ratio, ponieważ parametr ten jest stały i wynosi ∞:1. W praktyce zatem żaden sygnał nie ma prawa przekroczyć ustawionego progu.

Kompresory/limitery analogowe mają jeszcze jeden problem – nie są w stanie zareagować na sygnał natychmiast. Zawsze pojawia się pewne opóźnienie w działaniu (w najlepszych urządzeniach będzie to kilkadziesiąt mikrosekund), co może sprawić, że „zabójczy” poziom dźwięku zdąży się przedostać przez taki procesor.

Współczesne wersje klasycznych limiterów w postaci wtyczek UAD, działających w oparciu o urządzenia firmy Universal Audio.

Z tego względu w masteringu oraz we współczesnych stacjach nadawczych wykorzystuje się do tego celu narzędzia cyfrowe. Działają one z pewnym opóźnieniem, a w zasadzie wyprzedzeniem. Tę pozorną sprzeczność można wyjaśnić tak: wchodzący sygnał zapisywany jest do bufora i pojawia się na wyjściu po pewnym czasie, zazwyczaj kilka milisekund. Limiter zdąży go zatem zanalizować i odpowiednio przygotować się do reakcji na pojawienie się ponadnormatywnego poziomu. Funkcja ta nosi nazwę lookahead i to właśnie dzięki niej cyfrowe limitery działają jak ceglany mur – stąd ich niekiedy stosowana nazwa: brickwall.

Rozpuszczanie szumem

Jak już wspomniałem, ograniczanie jest zazwyczaj ostatnim procesem aplikowanym do przetwarzanego sygnału. Niekiedy jest ono dokonywane w połączeniu z ditheringiem, gdy zachodzi konieczność redukcji rozdzielczości bitowej z typowo stosowanych na etapie masteringu 32 bitów do standardowych 16, choć coraz częściej, zwłaszcza gdy materiał będzie rozpowszechniany online, kończy on jako 24-bitowy.

Dithering to nic innego, jak dodawanie do sygnału szumu o bardzo małym poziomie. Gdy bowiem z materiału o rozdzielczości 24-bitowej trzeba zrobić materiał 16-bitowy, to po prostu usuwa się osiem najmłodszych bitów (czyli tych, które odpowiadają za najcichsze dźwięki). Aby to usunięcie nie było wyraźnie słyszalne jako zniekształcenie, wprowadza się do sygnału szum losowy, który niejako „rozpuszcza” te najcichsze dźwięki, sprawiając, że ucięcie najmłodszych bitów staje się praktycznie niesłyszalne, a jeśli już, w bardzo cichych pasażach czy wybrzmiewających pogłosach, jest to delikatny szumek o charakterze muzycznym.

Zaglądamy pod maskę

Standardowo większość ograniczników działa na zasadzie wzmocnienia poziomu sygnału, z jednoczesnym tłumieniem próbek o najwyższym w danym momencie poziomie, o równowartość wzmocnienia minus ustawiony poziom maksymalny. Jeśli w limiterze ustawimy Gain, Threshold, Input (czy jakkolwiek nazwaną wartość „głębokości” zadziałania limitera, de facto będącą wyrażonym w decybelach poziomem wzmocnienia sygnału wejściowego), to po odjęciuod tej wartości poziomu zdefiniowanego jako Peak,Limit, Output itp. (tu też nazewnictwo jest różne) w efekcie o tyle będą tłumione te sygnały, których teoretyczny poziom osiągnąłby 0 dBFS. A zatem 3 dB Gain i -0,1 dB Output oznaczają w praktyce wprowadzenie tłumienia 3,1 dB.

Współczesne cyfrowe limitery mogą być dość kosztowne, ale też bardzo efektowne – jak pokazany tu Fab- Filter Pro-L. Mogą też być jednak całkowicie darmowe, skromniejsze wizualnie i w wielu wypadkach równie efektywne, jak Thomas Mundt Loudmax.

Limiter, będący odmianą kompresora, działa tylko dla sygnałów powyżej wskazanego progu – w powyższym przypadku będzie to -3,1 dBFS. Wszystkie próbki o poziomie poniżej tej wartości powinny mieć zwiększony poziom o 3 dB, czyli te tuż poniżej progu w praktyce niemal zrównają się z poziomem tych najgłośniejszych, poddanych tłumieniu. Zwiększy się też poziom próbek o jeszcze niższym poziomie, dążącym do -144 dBFS (w przypadku materiału 24-bitowego).

Z tego właśnie względu nie powinno się przeprowadzać procesu ditheringu przed ostateczną obróbką, jaką jest ograniczanie. I to jest powód, dla którego to właśnie limitery oferują dithering w ramach procesu ograniczania.

Życie międzypróbkowe

Kolejnym elementem istotnym nie tyle dla samego sygnału, co jego odbioru po stronie słuchacza, są tzw. poziomy międzypróbkowe. Przetworniki cyfrowo- -analogowe, zazwyczaj już w sprzęcie konsumenta, bywają różne, i w różny sposób interpretują sygnał cyfrowy, będący w dużym przybliżeniu sygnałem schodkowym. Próbując wygładzić te „schodki” już po stronie analogowej, może się zdarzyć, że przetwornik zinterpretuje jakiś zbiór następujących po sobie próbek jako napięcie zmienne, którego poziom przekroczy wartość nominalną odnoszoną do 0 dBFS. W efekcie może się pojawić przesterowanie. Jest ono zazwyczaj zbyt krótkie, by mogło je wychwycić nasze ucho, ale jeśli tych przesterowanych zbiorów jest dużo i występują często, może się to objawić słyszalnym wpływem na brzmienie. Niektórzy stosują ten zabieg z premedytacją, celowo doprowadzając do występowania zniekształcających dźwięk wartości międzypróbkowych, aby ten efekt uzyskać. Jest to jednak zjawisko niekorzystne, m.in. dlatego, że taki materiał w postaci WAV/AIFF, poddany konwersji do formatu stratnego MP3, M4A itp., będzie jeszcze bardziej przesterowany i można w ten sposób całkowicie utracić kontrolę nad brzmieniem. Bez limitów To tylko krótkie wprowadzenie do tego, czym naprawdę jest, i jaką rolę może pełnić limiter – jedno z najbardziej tajemniczych narzędzi stosowanych przy produkcji muzycznej. Tajemniczych dlatego, że jednocześnie wzmacnia i tłumi; że nie powinno ingerować w brzmienie i dąży się do tego, by było jak najbardziej przezroczyste, a jednak wiele osób ustawia je tak, by ingerowało. Dlatego wreszcie, że limiter jest banalnie prosty w kwestii konstrukcji (algorytmu), a jednocześnie potrafi być najbardziej rozbudowanym procesorem sygnałowym, którego złożoność można porównać tylko z pogłosami algorytmicznymi.

Dlatego wrócimy do niego za miesiąc.