Tube compressor

[sstrsat]

Za kompresor signala su uglavnom svi culi i ogromna vecina zna cemu on sluzi. Ne samo cemu sluzi nego je i njegov osnovni princip rada manje vise vecini poznat.
Kako na forumu jos nismo imali temu o toj spravi a upravo sam se uvatil razvoja jednog kompresora koji bi tribal u najvecoj mjeri zaobic (mozda bolje rec minimizirat) neke objektivne mane koje su inherentno svojstvo svih kompresora onda nije losa prilika da se kaze poneka ric i o kompresorima. U ovoj temi ce se razmatrat cijevni, potpuno analogni kompresori. Postoje naravno danas i neki drugi pristupi kompresiji signala bazirani na upotribi digitalije i procesora ali oni nisu subjekt ove teme. Da li je za finalne rezultate rada kompresora bolji tradicionalni (analogni) pristup ili digitalizirani pristup moze bit stvar dugacke diskusije koja ionako ne bi dovela do nikakvog konsenzusa tako da se uopce ne mislin zamarat oko dokazivanja koji je pristup bolji. Oko toga cu rec samo da cinjenica da cijevni kompresori tamo negdi iz 60-ih godina postizu na ebayu enormne cijene od par tisuca eura ponesto govori sama za sebe.

Ovakvu temu je po mom misljenju mozda najbolje zapocet prikazom principa rada koji koristi najveci broj kompresora i na tom primjeru vidit di su im slabije tocke i koje su mogucnosti za poboljsanje.
Kompresori su, moze se rec, sklopovi koji su izvedeni iz vrlo starog principa automatske regulacija pojacanja koja se vec 30-ih godina pocela koristit u radio prijemnicima. Tu se u osnovi radi o tome da se u signalnom lancu postavi neki element kome se pojacanja (ili slabljenje, svejedno) moze elektronski (najcesce naponski) regulirat a napon za regulaciju se dobiva ispravljanjem I filtriranjem signala na izlazu iz signalnog lanca kako je to prikazano na sliki 1. Naravno, nije bas sve isto u kompresoru i AGC sklopu i medju njima postoje i znacajne razlike.

1.JPG (6.06 KiB) Pogledano 5009 put/a.

Ovakav sistem se moze u neku ruku smatrat ka sistem sa jednom vrstom povratne veze mada bi tu bili ipak ispravnije govorit o jednoj vrsti servo sistema jer je ovdi djelovanje “povratne veze” neminovno podlozno odredjenom kasnjenju zbog ispravljaca i njegovog filtera.
Ovakav sistem ima jako dobru stranu da je u stanju obradit jako veliki dinamicki opseg ulaznog signala (bez ikakve manualne intervencije) i cinjenica je da je ogromna vecina kompresora iz zlatne cijevne ere bazirana uglavnom na tom principu. Da li je takav pristup bas najbolji moze se diskutirat i to je stvar gledista onoga koji se upusta u takve konstrukcije. Osobno, ja dajem prednost , nazovimo ga tako, polumanualnom sistemu kod koga je “bocni lanac” (pojacalo koje daje dovoljni nivo signala potriban za ispravljanje i regulaciju varijabilnog elementa) izvucen izvan petlje serva / povratne veze i di ta petlja vise ne postoji. Mislin da mogucnost dinamicke obrade od 60, 80 i vise dB zapravo i ni potribna (kompresor ionako do nekog “praga”radi ka najobicnije linearno pojacala a tek nakon tog “praga” on pocinje smanjivat pojacanje) i da je nekih 20-ak dB i vise nego dovoljno. A eliminiranjem servo petlje eliminiraju se i sve one “lipe”stvari koje su njezin neizbizni pratilac (razna istitravanja itd).
Tipicni kompresori koriste uglavnom PP pojacala koje daju i vise od 15-ak vata snage (a ne bi skodilo da daju I vise). Potriba za tolikim snagama izgleda na prvi pogled pretjerana i nelogicna ali ima itekako razloga zasto su tako napravljeni. Bez obzira ca se upravljanje varijabilnog pojacala vrsi prakticno cisto naponom, pojacalo ”bocnog lanca”” ipak mora davat poprilicnu snagu a razlog za to lezi u vremenskim konstantama kompresora. Tu imamo ”attack time” i ”release time” ka dvi vremenske konstante sa suprotnim zahtivima.
”Attack time” je zapravo vrime reakcije ili vrime za koje kompresor pocima smanjivat pojacanje I to vrime mora bit cim krace jer u suprotnom slucaju kompresor uopce ne bi imal kontrolu nad brzim tranzijentima koji bi tada kroz njega prosli nekomprimirani a time bi kompresor zapravo izgubil svoju glavnu svrhu. Idealno bi bilo da je ”atack time” jednako nuli ali u praksi to ipak ne ide. Za dobro se u principu smatra ako je postignuto da to vrime bude krace od 1 mS.
Attack time je direktno vezano sa raspolozivim strujama za punjenje kondenzatora u filteru ispravljaca u regulacionom lancu I jasno je da ce vece raspolozive struje (veca snaga pojacala u bocnom lancu) omoucit brze punjenje kondenzatora I dobivanje raceg attack time
”Release time ” je vrime koje je potribno da se kompresor nakon nestanka signala iz “bocnog lanca”vrati u stacionarno stanje i koliko ono triba bit ovisi ponajvise o vrsti glazbenog signala (i iskustvu tonskog tehnicara) koji prolazi kroz kompresor a u nekim slucajevima se javljaju zahtivi da njegovo trajanje bude i nekoliko sekundi.
I tu lezi kvaka 22, obadvi ove vrimenske konstante su vezane za filter ispravljaca nakon pojacala u “bocnom lancu”. Da bi se ostvarili zahtivi za dugackim “release time”, moraju kondenzatori u filteru ispravljaca imat prlicno velike vridnosti a cim su te vridnosti vece to je teze ostvarit cim kraci ”attack time”. Jasno, brzo punjenje kondenzatora stavlja zahtiv ispravljacu da mora bit u stanju dat podosta struje. Tako da koristenje pojacala velike snage u “bocnom lancu”postaje sasvim logicno. To ca je ovo pojacalo najcesce izvedeno ka PP je lako objasnjivo jer se kod PP pojacala lakse postize veca snaga nego kod SE pojacala. A i zahtivi za izlaznim transformatorom u PP pojacalu su puno manji nego u SE pojacalu.

Idemo dalje, sam regulirani (varijabilni) stupanj je uglavnom izveden ili sa eksponencijalnim cijevima kojima se prominom prednapona u sirokim granicama minjaju parametri (strmina, unutrasnji otpor i factor pojacanja) pa se time ujedno minja I pojacanje tog stupnja ili sa optickim pristupom kod kojega DC signal iz “bocnog lanca” upravlja izvorom svitla (LED, luminscentni panel, sijalica itd) a jacina svitla utice na otpor fotootpornika koji je “dolnji”otpornik u djelilu napona.
Odredjene mane postoje i kod jednog i kod drugog pristupa. Eksponencijalna cijev je vec po samoj svojoj prirodi nelinearni element i jasno je da ce se kod nje javit veliki broj THD produkata. To ce bit jos i vise izrazeno u ostrijim prijelaznim stanjima ka ca je npr nailazak jakog tranzijenta. A opticki sistem, iako je na prvi pogled lisen nelinearnosti, u praksi moze i on unit itekako znacajne nelinearnosti. Nije ni pretvorba kontrolnog signala u svitlo a ni pretvorba svitla u otpor/napon bez nelinearnosti.
Opticki sistem moze u nekim slucajevima pruzit prednost u postizavanju “prirodno duzeg” release time zbog samih karakteristika (perzistencije) elektrooptickih elemenata ali to je jako vezano sa konkretnom konstrukcijom lumiscentnog panela / fotocelije tako da bez mogucnosti nabave elektrooptickih elemenata sa tocno definiranim karakteristikama nima previse smisla bazirat razmatranje kompresora na tom principu. Mozda eventualno sa koristenjem LED-ice sa fotodiodom / fotootpornikom ali neka barem zasad razmatranja o kompresoru budu u cijevnoj domeni.
Osim tih nelinearnosti, kod obadva sistema postoji i odredjeni drift radne tocke izazvan DC kontrolnim naponom kojim se regulira pojacanje.

I sad kad netko ovo cita, taj bi mogal lako donit zakljucak da je cili ovi tekst pljuvanje po svim ostvarenim konstrukcijama kompresora. Ali molil bin da se takvi zakljucci ne donose, ovi tekst je samo u najkracim mogucim crtama prikaz rada tipicnih kompresora sa ukazivanjem na neke objektivno postojece mane koje ostavljaju odredjene “zvucne potpise”. I to ukazivanje na mane je samo u svrhu portage za odredjenim poboljsanjima (koliko su realno moguca) o kojima ce bit ric u iducem postu.
Bez obzira na sve mane, kompresori su dosegli izuzetno visoki stupanj savrsenstva. “Zvucni potpisi”pojedinih mana jesu istina prisutni (ali koja audio komponenta ih nima …takva ne postoji) ali sva glazba koju slusamo je u studiu tokom snimanja prosla kroz kompresore. Idealno ne postoji pa u stvarnom zivotu uvik moramo prihvatit da je to tako ali ako se mogu izvest odredjena poboljsanja (i pri tome cak postic jeftiniju izvedbu), zasto ne……

[sstrsat]

Kako je u prvom postu dat osvrt na osnovne principe rada kompresaora i ukazano na neke njihove “malo slabije tocke” onda cu u ovom postu dat neka svoja razmisljanja o mogucim poboljsanjima. Naravno, kompresor ce kad bude napravljen morat proc ocjene tonskih tehnicara i opcenito profesionalaca koji se bave snimanjem zvuka. Tek nakon toga ce se moc govorit o tome da li jesu ili nisu postignuta odredjena poboljsanja zvucnih dometa u odnosu na postojece kompresore. Ipak, kako sam itekako uvjeren da ce poboljsanja bit, uzet cu si malu neskromnost da tih nekoliko detalja koje mislin ovdi priminit proglasim za svoje intelektualno vlasnistvo. U svim materijalima koje san pregledal nisan vidil da to nitko koristi pa barem zasad (dok me eventualno netko ne upozori da su neka takva rjesenja ipak vec primjenjena u kompresorima) ostajem pri tim pravima.

Da sumiramo koji su to detalji koje vidin ka slabije tocke:
1 – “Servo”petlja
2 – Potriba za jakom pojacalom u “bocnom lancu” radi ostvarenja kratkog attack time
3 – Koristenje eksponencijalne cijevi ka regulacionog elementa
4 – DC drift radne tocke varijabilnog elementa

A risenja bi bila ova:
1 – Izbacivanje “servo”petlje i koristenje polumanualnog rada.
2 – Koristenje “segmentiranog” filtera u ispravljacu za dobivanje regulacionog napona cime prestaje potriba za jakim pojacalom u "bocnom lancu"
3 - Koristenje linearne pentode (eventualno u triodnom spoju) ka regulacionog elementa tako da se regulacija pojacanja vrsi preko njezine 3. resetke
4 – Uvodjenje kompenzacionog sklopa koji ce skroz minimalizirat DC drift radne tocke varijabilnog elementa.

Ajmo detaljnije:
1 – Tu se zapravo nima ca puno rec, vec san u prvom postu navel da iz nekih razloga dajen prednost “polumanualnom” sistemu nad “servo”sistemom. Radi se ovdi samo o tome da se stavi pojacalo dovoljnog pojacanja koje ce bit u stanju osigurat da se npr mikrofonski nivo podigne na 10-ak ili i nesto vise volti i da se na izlazu osiguraju dva protufazna napona potribna punovalnom ispravljacu. Jedna moguca varijanta je principjelno prikazana na sliki 2 i u principu njoj ne triba nista vise od dvi npr ECC88 i jedne malo jace duple triode (recimo nesto ka 6H6) za izlazne buffere da se dobije sve potribno pojacanje od mikrofonskog ulaza i vise nego dovoljno struje za rad “segmentiranog” filtera u ispravljacu. Pot “Sensitivity”sluzi za doziranje signala tako da ni pri najjacim ulaznim signalima ovo pojacalo ne ulazi u zasicenje a potom “Compression” se dozira zeljeni nivo kompresije.

2.JPG (15.7 KiB) Pogledano 5006 put/a.

2 - “Segmentirani” filter ispravljaca (kako ga ovdi nesluzbeno zovem), ca je to zapravo? Najjednostavnije receno, to je banka visestrukih paralelno vezanih filtera sa razlicitim vremenskim konstantama (prikazan na sliki 3) a cili princip rada mu je u tome da se kondenzator u svakom “duzem” filteru napuni prije nego ca se se onaj u “kracem” filteru isprazni. Naravno, u stvarnosti ce bit podosta vise celija tih filtera nego samo 3 kako je (principjelno) prikazano na sliki 3. Ali koga briga za ukupni broj otpornika i kondenzatora kad se time postize da se i sa skromnim strujama moze ostvarit vrlo kratki ”ättack time” cime otpada potriba za jakim pojacalom i njegovim ne-jeftinim izlaznim transformatorom.

3.JPG (16.13 KiB) Pogledano 5006 put/a.

Virujen da je vec iz ovog kratkog opisa shvatljivo kako takav filter radi a o detaljima mozemo kasnije.
Ostalo na shemi je mislin jasno, potom “Treshold” se odredjuje kad ce kompresor uopce pocet komprimirat (odabire se do kojeg nivoa signala su ispravljacke diode zakocene) a potom ”T realise” se bira zeljeno vrime otpustanja.
Preklopnikom se mogu filteri ispravljaca potpuno iskljucit pa time vremenske konstante postaju jednake nuli a kompresor se pretvara u limiter sa izrazitim soft clippingom (ne ritko je u studijskoj upotribi jako labava granica izmedju kompresora i limitera)

3 – Linearna pentoda ka regulacioni element, zasto ona,kako to radi I koje prednosti nudi (livi dio sheme na sliki 4)

4.JPG (20.17 KiB) Pogledano 5006 put/a.

Kako je vec receno, u kompresorima se jako cesto koriste eksponencijalne triode ka elementi varijabilnog pojacanja. Tu je zbog same njihove prirode rada neminovno stvaranje odredjenog THD-a i intermodulacionih produkata. Pogotovo ca se na istu elektrodu dovodi I signal i regulirajuci napon. Da se razumimo, ne radi takav "tradicionalni" sistem zapravo nimalo lose i jako veliki broj kompresora je tako izveden. Ali ako moze bit jos bolje, zac se ne poigrat sa time? I to nas vodi prema upotribi linearne pentode. Mnogi zapravo ne znaju da variranje negativnog napona na trecoj resetki pentode ne dovodi do promine ukupne katodne struje. Teoretski, a dovoljno blisko I prakticno, ona ostaje skroz konstantna ali se jako minja odnos izmedju anodne struje i struje druge resetke. Silazenjem vise u negativu anodna struje ce opadat a struja druge resetke ce rast.
A kako je strmina pentode itekako ovisna o anodnoj struji, evo jako lipog nacina da linearna pentoda postane element sa vrlo varijabilnim pojacanjem ovisnim o kontrolnom naponu. Da stvari budu jos lipse, u slucaju koristenja pentode koja ima visoku strminu i veliki factor pojacanja u triodnom spoju (ka ca je npr ona lipotica D3a) ce virovatno bit moguce upotribit je u triodnom spoju (ili u necemu izmedju triode i pentode kako je na sliki prikazano). Pokazat ce se na realiziranom modelu. Tribat ce naravno vodit racuna o ukupnoj katodnoj struji kroz cijev I o tome da zbog eventualno prevelikog smanjivanja anodne struje ne dojde do prevelikog povecanja struje druge resetke koje bi moglo ostetit cijev.
I najvaznije, ovakav nacin regulacije ce unit znatno manje nelinearnosti i manje intermodulacionih produkata nego “tradicionalni” nacin sa eksponencijalnom triodom a to bi se tribalo cut u ukupnim zvucnim rezultatima kompresora.
A kako se ovdi nece od samog kompresora zahtivat nikakvo veliko pojacanje (eventualni make-up gain stupanj ce se po potribi dodat ka potpuno linearni neregulirani stupanj), onda ce se vrlo virovatno uspit dobit da ce D3a stvarno moc tu delat i u triodnom spoju.

4- DC drift radne tocke varijabilnog elementa (ovdi neminovno kreiran samim kontrolnim naponom) je naravno nepozeljna pojava i jako je pozeljno cim vise ga suzbit tako da potencijal anode D3a ostane konstantan bez obzira kolika struja bude tekla kroz nju. Nije nikakav veliki problem to izvest (kako je prikazano na desnom dilu slike 4), tu se radi o pentodnom CCS-u upravljanom istim kontrolnim naponom ka i D3a u kompresoru samom.
Mislin da je sa same sheme sasvim jasno o cemu se tu radi, potovima Rk i Rg se podesavaju minimalna i maksimalna struja kroz CCS cijev tako da kroz anodni otpornik D3a tece uvik ista struja bez obzira koliku je struju kroz samu D3a postavil kontrolni napon na njezinoj trecoj resetki.
A kako CCS predstavlja ogroman dinamicki otpor onda on nima nikakvog uticaja na signalno ponasanje kompresorske D3a. Ali ce zato itekako peglat DC drift.

Ovo izneseno je naravno zasad samo bazicna zamisal a praksa ce kasnije pokazat oce li kompresor dobit jos neke dodatke ka ca je npr odredjeno modeliranje krivulje kompresije (mozda upotribom logaritamskog ili poluogaritamskog ispravljaca) i neke cisto uporabne dodatke ka npr balansirane ulaze / izlaze za pravu profesionalnu studijsku upotribu. Kad bude napravljen (dobro ajd, nece bit bas sutra gotov ), zamolit cu sve clanove foruma koji imaju dodira sa studijskom opremom ili se bave profesionalno ili poluprofesionalno studijskim snimanjima da ga istestiraju u cim je moguce tezim uvitima i da mi bez milosti iznesu dojmove

Kako temu o kompresorima signala dosad jos nismo imali na forumu, nece nam skodit da se malo odmaknemo od uobicajenih “audiofilskih” igracki i da malo procakulamo o necemu iz segmenta profesionalenog audia.

[Master of Disaster]

Sstrsat, hoće li taj komprsor trebati puno prepravljati da bi bio upotrebljiv kao gitarski efekt, zbog manjeg signala gitare i to...?

[sstrsat]

Sstrsat, hoće li taj komprsor trebati puno prepravljati da bi bio upotrebljiv kao gitarski efekt, zbog manjeg signala gitare i to...?

Prilagodba gitare, mikrofona linije... na bilo koje pojacalo, kompresor, "ëfekt" ...je jednostavna i svodi se na pravilno doziranje pojacanja i izbor terminacijskih otpora ali kod ovog kompresora nas od toga jos dosta vrimena dili. Iako je intencija da jednog dana on dozivi odredjenu komercijalizaciju, prvo triba na ovdi iznesenima sirovim postavkama kompletirat oni inzenjerski ili zanatski dio (kako to vec ocemo zvat) da se dojde do finalne sheme i tocnih vridnosti komponenti, zatim ga naravno fizicki slozit i finalno provest sve moguce zvucne testove. Tek nakon toga ce se ic u neke njegove (mozda malo pojednostavljene) varijante ka ca je npr ta za upotribu sa gitarom direktno.
Bazicno je ipak zamisljen da bude visokokvalitetna komponenta u studijskom snimanju. Mozda cak i ka malo multipliciran sa raspodiljenim visim i nizim frekventnim opsezima