Limiter VS Power amplifier
從我手上的資料及老外朋友網上的交流，我整理後大至上的故事是這樣，早期 on air 的系統過程，功率級的真空管在放送電壓電流的大小是隨著音控員的混音過程大小而起伏，我的一些文章裡也都簡單扼要的提到過，然後過大的音樂電平出現時，某一時間的起伏電平值是超過整體輸出元件的負擔，這樣的現象是操作員來不及掌握的，即便混音平台的餘域 ( 欲 ) Head room 很高，這瞬時的電平是一下子超過的，使得另一終端元件過荷，一般電子電路電源供應的架構是 18、24、35V 之類的電源格式，那它的過荷，將會使這電平值無法成為正弦波的功，轉向切割成近方、近齒波形，如果是單一頻率，形同方波之意，有時你還會很難辨別聆聽到底失真了沒，然而當它是音樂電平時，化為音圈上紙頻振膜反應後，揚放出來的聲波將會是人們所稱謂的失真。
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圖 1-1 正常的單一波形顯示。
圖 1-2 單一頻率波形失真的顯示。
圖 1-3 正常的音樂波形顯示。
圖 1-4 失真下的音樂波形顯示，有切割、諧波等…
如圖 1-1、1-2 所示單一頻率正常下與失真的不同，圖1-3、1-4 是音樂電平的不同圖示，當失真切割產生時，若這電平量一直持續著，那麼這視同一直線的線條，將會使得你的揚聲器音圈不會動作。
相對的設備的費用就跟著提高了，早期管子 ( 真空管 ) 的系統就有一個好處，那就是管子的屏、柵電極，它們因鎢絲的加熱而使得電子束撞擊崩潰產生放射或能量輸出，而管子本身就是須要高電壓才能工作的元件，因此過多的電平值輸入給它們，一樣也是潰掉，它就是這麼多了，再多給它也是這麼的輸出，無所謂失真不可聽的現象，然而它脆弱，會老化，耗能，須要管子作出清析明確的表現特性就難了，on air 的頻寬有限。
電晶體 ( 矽、鍺 ) 的元素則不然，可聽頻域明確，速度快，當 C，E 腳位放大輸出，如果失真，那可是立刻的顯現出來，優點就不用說了，現在它取代電路上主要的元件，至今都還使用著，當然啦，真空管沒有被消滅掉，轉身化為 Hi end 的寵愛，以及另一種聲頻的應用，然後種種的問題為的就是必須有一種電路能夠將輸出的電平值限定在任一個電平位置，或收斂其輸出的電平值，雖說這樣的動作對於聲音算是曲扭，但類比的結構下，當動態在那近峰切或時而峰切的電平值時，有時候人耳是可以忍受的，類比電路這種可以掙扎的現象是讓很多的人喜愛的，尤其是高電壓電路的平台，如 Studer 963、MIDAS XL系列等，在最高的電平輸出時，它們的表現就比一般電路來得好。
這樣子又營造出另一個問題，那就是上下級鏈的條件都必須很好，不然就無法承受這樣的高電平值的輸出動態…………
_ 為什麼要高電平狀態
是的，很多的情形下各位會發現一個有規律的現象，從麥克風的輸入增益鈕調整一支麥克風適當的電平，它會在 10 ~ 2 點鐘位置，有的平台甚至要調整到 3 點鐘，這是針對麥克風放大器，再來是相關的輸出端，如 aux、Bus 等，它們的 send master 幾乎都在 2 點鐘位置是標準參考點，推桿的位置則是在 80% 的位置為依據點，這樣的電器行動在在的告訴你要遠離系統的噪音底層，如此所得到的電訊才能滿足上下一級連結的耗損。
過低的電平值 ( in the mud )，將使得下一連結的設備得到高於主要訊號的雜訊電平值，最後經放大後是很難被接受的，也是不被允許的，那麼在音控員所要的，所掌握的最佳範圍裡，我們再使用 Limiter / Comp.的元件來輔助操作人員反應上的不足。
Limiter 的動作分析
Limiter 目的就是為了讓前級平台輸出的電平值不要超過功率級放大的負擔標準。而所謂的前級平台並不單指混音器而已，任何具有輸出聲訊能力的標準線性設備都是。
很多廠家依其所生產的揚聲器特性與極限，都有不一樣的設定，包括你購買的喇叭系統，配置的喇叭處理器裡的 Limiter 設定值都不一樣，所以要談論這樣的事並不能一口說你必須調整在哪兒？然後要怎樣的做法才是正確，我能跟各位解釋的是 Limiter 被你設定位置後，它影響你的聲音是怎樣子，從中各位再去理解這樣的電器物理特性怎麼的幫忙與運作。
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圖2-1，輸入-22 dBFS 的電平值尚未啟用Limiter的狀態。
我們藉以音樂製作平台，由它們所提供的圖形來做最清楚的解釋，圖 2-1 是一個路由與標準說明，通道上第一軌是外部訊號產生器發出一個 -22 dBFS 的 1KHz，-22 dBFS = 0 dBu = -4 VU = 0.775V。
你可以看到它們下方的電平指數全都在 -22 dBFS 的位置，第二個通道就是輸入的聲音通道，就有如一般混音器的通道 ( channel )，第三個通道則是所謂的 Master 主輸出 L / R。
右邊是一個動態處理器，我們把它安置 ( Insert ) 在第二條的通道上，以圖 2-1 看到，目前的輸入電平也是在 -22 dBFS 的位置，上方的標誌各位看一看是否很熟悉，是不是跟各位所買的壓縮器上的調整標示語言都一樣，是的，一個動態處理器你要把它成為 Limiter or Compressor 的行為，全是由你去定義的。目前這些位置我們就還沒有調整到。
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圖2-2，輸入-18 dBFS 的電平值啟用Limiter的狀態。
圖2-3，輸入-18 dBFS 的電平值狀態。
圖2-4，輸出-22 dBFS 的電平值啟用Limite後r的波形。
圖2-5，輸入+10 dB 的電平值狀態。
圖2-6，輸出依然維持在 0 dB 的電平值。
圖2-7，輸出 Limiter 依然維持在 0 dB 的電平值。
無論是類比或是數位，在面板在螢幕裡，都可以看到那 Threshold、Attack、Release 這幾個字眼，它似乎也出現在 Noisc gate / Compressor，沒錯，任何類似這樣的動態處理裝置都是有相同的操作設定，只是不一樣的定義而已，請看圖示 2-7，這條水平線就是 Limiter 的設定線表示，從那轉折的地方就是所謂的起始點，當你的聲音訊號過多於你所設定 ( Threshold )，的位置時，它會依你的 Attack時間設定來執行限幅動作，Attack 的設定值大半是從 0.1ms ~ 200ms，通常電腦上的插件則是會比較細值些，會達到 400ms 的調整值，參照圖示說明，到達臨界位置時，因為 Attack 的時間，過多的電平值會先超過設定點一些然後被拉回來，拉回來的時間端看你所設定的 Attack Time，然後這個動作持續多久就是 Release 的設定值，這兩個數據設定影響聲訊是很大的，分解動作下，當 Attack 在執行了，所以第二時間的過多訊號一定不會超過那設定點，當第一時間的 Release 尚在釋放，它就必須再執行第二時間的動作，第三時間…..最後擠成一團！如果你所操作的平台，其電平值一直是超過 Limiter 設定點的情況，那這種現象將持續惡化，而會發生這樣子的現象是因為你把 Limiter的限制點定得太低了，讓我們再深入它與擴大器的影響關係，這些一般擴大器的滿載值是 0.775V( 0dB ) 左右，怎麼知道的？除了規格表，另外就是當你送 1 KHz 電器校準訊號輸出到後級時，那後級的峰切燈剛好要亮不亮的，這就是大半你所購買的後級，其所預設一個輸入靈敏值。
在沒有進一步的技術支援下，幾乎大半的人此時會把 Limiter 的起始點置於 0 dB 的刻度值，然後各位就要先知道 Limiter 的特性，每一種品牌的值並不一定都是一樣的，但是也不會差別太大，Limiter也不是一定完全限制在所設定的位置就不會再超過輸出，而是抑制掉大部份的電平值而已，那麼抑制多少？影響了什麼？如果你設定在 0 dB 的位置所造成的結果是如何？這才是我們要知道的，由於我們在調整的時後都採用那持續的電器訊號，如 1Khz or 400 Hz，所以顯示的表現與音樂電平起伏的行為完全不一樣，
_ Peak = 0.775V x 1.414
Peak = 1.09585V=1.096
RMS= 0.707 x 1.096V
RMS = 0.774872V=0.775V
AVG = 0.637 x 1.096V
AVG = 0.698V
從上述的式子裡可以看出一個交流訊號的運作，在指示上與在作用功上是不同的， 0.775 V ( 0 dB ) 的電平實際上的有效值 ( RMS ) 是 0.775，平均值 ( AVG ) 是 0.698V。
所以你將這個 RMS ( 均方根 ) 有效值視為持續訊號才能得到的值，你才會看到擴大器的峰切燈亮起，這就是所謂的持續訊號。
而音樂性質，起伏的電平之由，它無法達到持續等量的輸出，因此在量測的過程中，我們必須在那突高與最低數值之間取得一個結果，我們稱為平均值。
在求取平均數值上 0.637 是波形的上升下降的函數，因為音樂電平是不可能恆電平值的。
任何一個頻率波幅裡有上升時間、下降時間、交越 0 點時間，依頻率皆有不同，因此你在 sin 39.6 度左右會取得這個近值。
那麼這個音樂電平時間過程的平均值 0.698V 是前級平台類比刻度上多少標記？
dBm = 20 log ( 0.698 / 0.775 )
dBm = - 0.908 dBm
驗證
dBm = 20 log ( 0.775 / 0.775 )
dBm = 0
依交流訊號的特性，實際的平均錶頭刻度是等於在 -1 ~ 0 dB 之間。那麼 0.698V 的訊號電壓輸入到1000W 的擴大器，它會有多少的能量輸出？
以我們一般擴大器，無設定輸入靈敏值規範 ( x 40 / 31 dB )，
( x 40 / 31 dB ) 這個字眼我在 ”擴大又一篇” 裡已說明了，所以 0.775 x 40 倍 = 31 dBW
這是 0 dB / 0.775V 輸入的放大倍數，你去查看那有能力大 40 倍後的 dBW 值，這後級是多少瓦數，我的文章 ”dB 知多少” 裡有表格，然後你現在若是輸入0.698 V 即是 0.698 x 40 倍 = 27.92 dB，請再對照一下，28 dBW 是多少功率，告訴各位，是 600多W 啦，如果電源系統提供的電壓更高些時，如 117 or 120V，那可以再增加一些瓦數，因此實際音樂電平在錶頭刻度 0 dB 的位置游走時，並不是如你所想像認為的讓功率擴大器滿載了，一定有很多人覺得很奇怪，怎會如此，平常大家在接觸機器的時候，對錶送 Tone 校準過程，那那電器訊號是一個恆源，是不增不減的，所以有能力來做為鏈接時的比照，而音樂電平則是即時產生的訊號，並非人可立即掌握的，所以才有那所謂的Head Room 餘域 ( 欲 ) 的建立，以任一平台上的錶頭刻度，若以 + 4 dB為準，那麼最高指示 + 24 dB與 +4 dB 之間就是這前級平台的有效動態範圍。
上面的式子可以看出 1000W 的功放因為 0 dB 的設限，結果就只有這麼多的功率輸出，又由於 Limiter設定在 0 dB 的位置，凡超過這個限定值的電平將被抑制下來，更何況我們在進行的過程全是瞬變的音樂電平，那麼可想而知當音樂電平在進行時，其刻度值在 0 dB 位置間游走時，實際上的輸出就是如上述的電壓值之多而已，這台擴大器將不會到達它 1000W 滿功率輸出的狀態，那將失去你使用 1000W擴大器的意義，抑制下的訊號電平也更容易產生波形曲扭，沒有動態，也同樣的無論你使用什麼功率瓦數的後級，當這樣的設定時，它們都不會到達滿功率位置。
如此，Limiter 的作用達到了，但是另一方面，電平動態被箝制住，以音樂電平而言，那會不自然，還有時間問題，當電平值到達作用點後，第二時間的音樂電平值又再出現，前一個作用時間尚未釋放或釋放中，它會與第二時間動作，第二時間的現象與第三時間……..，過程中會有某些頻域會抵消或倍頻種種電器特性將會發生，以聆聽的方法解釋，它是擠成一團的，某些頻段時而出現時而消減，這將會造成反效果的。
我一直重複著 Limiter 的行為過程就是希望各位能深記這個過程表態，在你欲去調整限制點的時候能明確瞭解系統結果會如何。
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前級的Limiter
那麼 Limiter 不就不要用？不，並不是這樣子的，早先我們談到的真空管時期，人們即以管子屏柵崩潰的特性來成為一個發射的限制器，一直到電晶體，半導體…….，電路更趨精密，可以依連接的設備特性來調整 Limiter 參數，參考這些廠家的喇叭處理器設定，你可以看到一些不同的電平設定點，不過我們並不是要依某廠家的數值來做為標準，我們要清楚的是我們要把自己的系統裡如何加入一個 Limiter 後，又有動態又能有餘域，以標準的說法，一部 ok 的 Limiter 限定調整值幾乎可以到達20 ~ 28 dB。這樣的配置是有原因的，當你的混音平台或前級裝置，它們的輸出若是 +18 dB、+ 22 dB、+24 dB、+28 dB，這樣的數據是告訴你那平台設備的輸出切割點在那裡，Limiter 可依這設備的極限點做為限制點，第二種就是依其極限點向下 3 dB 例如 +18 dB 峰切的平台，你可以設定 Limiter 在 + 15 dB，如此就有 3 dB的安全值，這是平台上的總輸出端峰切安全保護，接下來這訊將要輸入至 喇叭處理器，也就是所謂的 Crossover，當今的 Crossover 真是可以說專門在修理音響人的設備，哈！
如果你身在其中，那將會瞭解我說的是什麼，這些裝置從輸入端開始就有輸入電平控制，PEQ、Delay、相位、溫度系數、Limiter / compressor 種種的設定，這還沒完哦，然後內部輸出端的各分頻點調整區包括了頻域調整，各種音程斜率選擇，毫秒的時間設定，然後又再包括一次PEQ、Delay、相位等數據調整功能，這故事在告訴我們，廠商把自己的喇叭系統的校準是精深的，現階段的喇叭系統所配置的處理裝置，說真格的，它實在沒有多少的空間容你去修改與調整，唯這個 Limiter / Compressor 當你欲去調整時，你必須清楚為何要修改，怕燒喇叭是主因，反觀可能就是揚聲系統不夠，或系統不正確才有這損害的原因。
前面已提到平台的 Limiter 的標準操作了，而處理器呢？某一個牌子的分音器，當你打開看到輸入端的 Limiter 設定值是 +21 dB，它們預設你的前級是有 +24 dB 輸出能力的機種，那如果在先前你已做了保護措施，這段環節就不應該再進駐限制功能的，如此，在平台輸出與喇叭處理器輸入電路上的電器特性才能保有那起伏的音樂電平動態。未完
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