Эквалайзеры: руководство к действию

Как работают эквалайзеры?

Существует много мистики и путаницы, связанной с работой эквалайзера, поэтому, чтобы разобраться в этом всём, вот базовое пособие — что такое эквалайзер, откуда он взялся, как это работает, и какие есть различия.

Что такое эквалайзер?

Если совсем простыми словами, то эквалайзер — это фильтр или набор фильтров, который влияет на определенные полосы частотного спектра. Динамику каждой из этих полос можно регулировать с помощью отдельной ручки громкости, поворачивая ее вверх (громче) или вниз (тише). Каждая полоса эквалайзера имеет четыре основные характеристики: наклон, частоту, добротность и усиление.

Типы фильтров

Полочные фильтры (Shelf)

С помощью полочного фильтра высокие или низкие частоты можно сделать громче (путем усиления) или тише (путем вырезания). Они устроены так, чтобы воздействовать в основном на крайние частоты, оставляя средние частоты практически неизменными. По этой причине общее тональное формирование высоких или низких частот, как правило, выполняется с использованием полочного фильтра. Их преимущество состоит в том, что они применяются для одинакового изменения усиления определенных областей частотного спектра.

Рисунок 1: Ниже показан полочный низкочастотный фильтр с частотой 200 Гц.

Рис. 2. Высокочастотный полочный фильтр, настроенный на 2 кГц.

Фильтры высоких и низких частот (Low pass, High pass)

Простейшие схемы фильтров, обычно используемые в эквалайзерах, — это фильтры высоких (ВЧФ) и низких (НЧФ) частот, которые названы в честь тех частот, которые они не затрагивают. ВЧФ постепенно снижает уровень любых звуковых частот ниже заданной ему частоты среза, оставляя при этом уровень тех частот, что выше этой точки, сравнительно неизменным. (см. рис. 3 ниже).

Рисунок 3: Фильтр высоких частот настроен на 200 Гц. Обратите внимание, что все частоты ниже 200 Гц ослабляются (обрезаются).

Противоположным для ВЧФ является НЧФ, который уменьшает уровень частот выше частоты среза, оставляя частоты ниже относительно неизменными (см. рис. 4 ниже).

Рисунок 4: Фильтр низких частот настроен на 2000 Гц. Обратите внимание, что все частоты выше 2000 Гц ослабляются (обрезаются).

Фильтры низких или высоких частот имеют стандартную характеристику, которая уменьшает нежелательные частоты значительно выше или ниже частоты среза с наклоном 6, 12, 18, 24 и даже 48 дБ на октаву (см. рис. 5A, 5B и 5C ниже).

Рисунок 5A: Фильтр высоких частот, настроенный на 200 Гц, демонстрирует кривую 6 дБ/октаву.

Рисунок 5B: Фильтр высоких частот, настроенный на 200 Гц, демонстрирует кривую 12 дБ/октаву.

Рисунок 5C: Фильтр высоких частот, настроенный на 200 Гц, демонстрирует кривую 24 дБ/октаву.

Полосовой фильтр (Peaking или Bell)

Чтобы воздействовать на полосу частот, которая не находится ни на одном из крайних значений частотного спектра, требуется полосовой или пиковый фильтр (также называемый колоколообразным) . Этот тип фильтра позволяет выборочно усиливать или обрезать ограниченную полосу звукового спектра. Эти фильтры, как правило, настраиваемые. Благодаря этому, мы можем выбирать центральную частоту полосы, а также величину усиления или среза.

Рисунок 6: Полосовой фильтр, настроенный на 1000 Гц. 

Режекторный фильтр (Notch)

Режекторный фильтр — это, по сути, полосовой фильтр, который используется для обрезания определенного частотного диапазона, зачастую с очень узкой полосой пропускания (см. рис. 7 ниже). Чаще всего их используют для вырезания резонансных частот в установленной акустической системе.

Рисунок 7: Режекторный фильтр, настроенный на 1000 Гц. Обратите внимание, что центральная частота (1000 Гц) опущена на 60 дБ (!), в то время как другие частоты выше и ниже остаются относительно неизменными.

Характеристики фильтра

Склон (Slope)

Наклон фильтра отвечает за то, насколько ослабляется звук за пределами его угловой частоты. Наклон фильтра обычно связан с фильтрами высоких и низких частот, хотя некоторые эквалайзеры также позволяют изменять наклон полос колокола или полки. Наклон измеряется в дБ/октаву. Чем выше число, тем круче спад. Наклоны от 6 дБ/октаву до 24 дБ/октаву являются стандартными.

Частота (Frequency)

Частота является центром диапазона работы эквалайзера. Этот элемент управления, вместе с Q, определяет диапазон, в котором будут происходить повышения или понижения.

Добротность (Q)

Представьте себе «Q» как ширину полосы частот эквалайзера. Q означает «коэффициент изменения». Значения Q меньше единицы приводят к более широким кривым эквалайзера (см. рис. 8 ниже), в то время как значения больше единицы создают более резкие подъемы или срезы (см. рис. 9 и 10 ниже).

Рисунок 8: Кривая с центром на частоте 1 кГц и добротностью 0,5. Очень широкая колоколообразная кривая влияет на широкий диапазон частот. 

Рисунок 9: Кривая с центром на частоте 1 кГц и добротностью 1. Колоколообразная кривая среднего значения влияет на узкий диапазон частот. 

Рисунок 10: Кривая с центром на частоте 1 кГц и добротностью 3. Колоколообразная кривая с более высоким значением влияет на еще более узкий диапазон частот. 

Усиление (Gain)

Усиление определяет количество вмешательства в сигнал (подъём или вырез). Оно измеряется в децибелах (дБ). Положительные значения усиления указывают на подъём частот, а отрицательные — на их вырез.

История

Концепция выравнивания частотного спектра была впервые применена для коррекции АЧХ (амплитудно-частотной характеристики) телефонных линий с использованием пассивных сетей. Первоначально эквалайзер использовался для компенсации неравномерности частотной характеристики электрической системы, путем применения фильтра с противоположной характеристикой, тем самым восстанавливая точность передачи.

Эквалайзеры, как звуковой продукт, изначально разрабатывались для физических площадок, таких как кинотеатры. В местах, которые были спроектированы без учета акустики, эквалайзеры использовали для «выравнивания» всех звуковых частот. Одни из первых эквалайзеров включали в себя базовые регуляторы низких и высоких частот с фиксированными частотными центрами, а также фиксированными уровнями среза или усиления. Эти фильтры работали в широком диапазоне частот. 

Типы эквалайзеров

Графический эквалайзер

Графические эквалайзеры делят частотный спектр на полосы, каждая из которых характеризуется постоянной рабочей частотой, фиксированной шириной полосы вокруг рабочей частоты, а также диапазоном регулировки уровня, одинакового для всех полос. В 10-полосном графическом эквалайзере каждая из 10 полос фильтра регулирует усиление примерно на одну октаву звукового спектра, а полосы 31-полосного эквалайзера регулируют усиление примерно на треть октавы. 

Параметрический эквалайзер

Параметрический эквалайзер чаще всего имеет несколько секций, каждая из которых выполняет функцию фильтра. В нём есть одна или несколько полос, у которых есть три регулировки: одна ручка выбирает центральную частоту для этой полосы; другая управляет добротностью, которая определяет диапазон, на который будет влиять эта полоса; и регулятор усиления, который определяет, насколько затронутые частоты будут усилены или ослаблены по сравнению с частотами выше или ниже выбранной центральной частоты.

Пултек EQP-1A

Одним из знаковых эквалайзеров, который не вписывается ни в один из вышеперечисленных типов эквалайзеров, является Pultec EQP-1A, 3-полосный пассивный эквалайзер, в котором уровень входящего в устройство сигнала равен уровню сигнала на выходе. Это позволяет легко сравнивать звук с эквалайзером и без него; но, что не менее важно, ламповый каскад усиления и трансформаторы добавляют своё собственное украшение звука, независимо от того, работает эквалайзер или нет.

Рисунок 11: Эмуляция Pultec EQP-1A в виде плагина от Waves

Низкочастотная секция EQP-1A представляет собой два разных полочных фильтра с 6 дБ на октаву. Один из них — полочный эквалайзер, который предоставляет возможность выбора 4 частотных диапазонов (от 20 Гц до 100 Гц) и может быть усилен до 13,5 дБ с помощью одной ручки. Второй низкочастотный шельфовый эквалайзер может обрезать до 17,5 дБ. Секция высоких частот на самом деле также состоит из двух отдельных полос, хотя тут немного проще (как минимум потому, что можно усиливать разные частоты, а не только те, которые вы обрезаете). Полосовую (колоколообразную) кривую с выбором из семи частот (3–16 кГц) можно усилить до 18 дБ и изменить добротность в диапазоне от «узкой» до «широкой». Наконец, высокочастотная полка позволяет делать вырез на трех частотах (5 кГц, 10 кГц и 20 кГц) с затуханием до 16 дБ.

Хотя руководство, прилагаемое к оригинальным устройствам Pultec, рекомендовало не повышать и не срезать частоты одновременно (теоретически одновременное повышение и срезание отменяло бы любые изменения), инженеры обнаружили, что это дало полезные музыкальные результаты. Поскольку подъём частот предполагает немного большее изменение усиления, чем вырез этих же частот, и поскольку частоты, затронутые усилением и срезом, немного отличаются, в результате кривые перекрываются, что приводит к более сложному тональному изменению. Например, трюк, который стал известен как «буст низких частот», заключается в применении как усиления, так и среза на частоте 20–30 Гц; В результате получается небольшое усиление около 80 Гц, но снижение около 200 Гц. Это придает низкочастотным инструментам, таким как бочка или бас, больше объёма, не загрязняя их. Сделайте то же самое на частоте 60 Гц или 100 Гц для гитарной или фортепианной дорожки и в результате можно добавить глубину без коробочности. Поднимая высокочастотные полосы, к вокалу можно добавить немного воздуха, не задевания сибилянты (просто выберите частоту выше шипящих и свистящих звуков).

Если основная часть вашей работы выполняется в самом секвенсоре, то для таких случаев есть высококачественные цифровые эмуляции этих эквалайзеров и они доступны в виде подключаемых модулей. Зная, как работают оригиналы — даже Pultec EQP-1A — вы лучше поймете, какой эквалайзер использовать в том или ином случае и почему эти эмуляции работают именно так.