Guitar Amps

1. Для чого потрібен компресор?
2. Що таке компресор?
3. Як же він працює?

і не тільки...

(Статтю надав: Рома aka Ronnie, за що йому - величезне спасибі!) Компресори сигналу
Частина 1

Для чого потрібен компресор?

Спочатку про те, навіщо він потрібен :-). Він служить для стиснення динамічного діапазону сигналу. Наприклад, при грі теппінг я його використовую, щоб "зблизити" гучність при грі медіатором і пальцями, зробити гру більш згладженої в плані гучності. Або ж у разі потужного перевантаження, коли вам необхідно додатково збільшити "сустейн" гітари, хоча сам перевантаження вже виконує цю функцію. Існує ще купа застосувань компресора, але це вже тема окремої статті. Але є дуже великий недолік компресора - втрачається динаміка гри, чому це відбувається, ми подивимося далі.

Що таке компресор?

Те, що він служить для стиснення динамічного діапазону, я вже згадав. Але як же це розшифрувати? Грубо кажучи, в контексті тематики сайту, а саме обробки гітарного сигналу, це звучить приблизно так:
"Компресор просто намагається зберегти амплітуду сигналу на виході постійної при зміні вхідної напруги. Наприклад, після удару по струні, на вході компресора спостерігається амплітудний стрибок напруги, який і згладжується цим пристроєм. І в результаті ми спостерігаємо більш м'яке і тривалий гітарне звучання. А час спаду, більш тривалий, ніж загасання інструменту, буде підтримувати звучання інструменту ще деякий час. "

Як же він працює?

Спочатку я покажу стандартний принцип роботи, який використовується практично у всіх компресорах. Він полягає у використанні підсилювача з автоматично регульованим коефіцієнтом посилення (в радянській літературі згадується термін АРУ). Подивіться на малюнок:


Input - сигнал на вході, Output - сигнал на виході, символ (*) - це і є серце компресора - підсилювач з керованим коефіцієнтом посилення. Все інше Level Detector і Gain Control - це доважок для регулювання коефіцієнта посилення. Працює це просто, Level Detector - випрямляє (детектирует) сигнал, на його виході виходить постійна складова пропорційна рівню вхідного сигналу. Gain Control при занадто великому напрузі на виході детектора рівня зменшує коефіцієнт посилення. Рівень "занадто великого" сигналу задається порогом спрацьовування (threshold) компресора. Інший типовий параметр компресора - рівень компресії або ступінь стиснення (compression ratio), ілюструється наступним малюнком:


Коефіцієнту компресії 2: 1 відповідає те, що при зміні рівня вхідного сигналу на 2 дБ рівень вихідного сигналу змінюється на 1 дБ. При коефіцієнті компресії 4: 1 - вхідний рівень повинен змінитися на 4 дБ, для зміни вихідного сигналу на 1 дБ і т.д. Обмеження - це просто екстремальна форма компресії, при якій відношення вхідного / вихідного сигналів стає дуже високим (10: 1 або більше). Тобто має місце жорстке обмеження рівня сигналу. А тепер як це виглядає для сигналу:


Тут є два параметри: Attack Time і Release Time. Це тимчасові параметри компресора, що визначають його "швидкість" спрацьовування або інертність. Час атаки (Attack Time) - проміжок, необхідний для початку компресії сигналу (при переході через поріг спрацьовування вгору). Час спаду (Release Time) - проміжок часу, необхідний для переходу на відключення компресії (при переході через поріг спрацьовування вниз). Якщо подивитися на числові значення, то Release Time порядку 1-2 секунд, Attack Time близько 100 мілісекунд.
Другий спосіб. Відомий факт, що компресор працює за логарифмічною функції, тобто залежність вихідного сигналу від вхідного описується логарифмічною функцією. Це і використовується в схемі такого роду:


Тут використовуються експоненціальні характеристики pn переходів. Зверніть увагу на те, що транзистор включений в ланцюг ООС операційного підсилювача. Якщо поднапряжете свої світлі голови, то можете зробити і такий компресор.
Раз вже ми перейшли до схемним рішенням, то давайте розглянемо пару схем приставок-компресорів, які я знайшов в мережі Інтернет. Перша схема:


Це схема динамічного компресора фірми MXR. Основна особливість - використання операційного підсилювача із змінним коефіцієнтом посилення (висновок номер 5). Транзистор VT3 це фазоинвертор, на VT4 і VT5 зібраний двонапівперіодний випрямляч (це і є Level Detector). Далі сигнал надходить через VT2 на керуючий вхід мікросхеми (в принципі такий підсилювач можна зробити на К174УН23). Друга схема:

Компресор фірми DOD, працює вже на іншому принципі. Зверніть увагу на резисторную оптопару. В даному випадку U2 - інвертор сигналу, тобто на транзистори Q1 і Q2 надходять два протифазних сигналу, і на виході цих транзисторів виходить сигнал, випрямленний по двонапівперіодною схемою, тобто аналогія з першою схемою.
У даній статті я не намагався охопити всі аспекти створення компресорів, це все є в спеціальній літературі. Матеріал для неї підбирав в інтернеті і книгах, деякі картинки теж довелося взяти з сайтів внаслідок нестачі часу :-(, може бути потім перероблю. Наступна частина статті буде присвячена компресора, який я зібрав на мікросхемі SSM2166. Мені він дуже сподобався, рекомендую для повторення .

Компресори сигналу
Частина 2
(SSM2166)

Тепер перейдемо до схеми на спеціалізованій мікросхемі SSM2166.Ето компресор-обмежувач з вбудованим шумоподавлювачем, з напругою живлення 5 В. Давайте подивимося на її структурну схему:


Видно, що ця схема збігається зі структурою компресора з першої статті, за винятком буферного підсилювача. Також сигнал після детектора йде на управління коефіцієнтом посилення. А тепер подивимося на характеристику:


Видно, що тут вже дві точки зламу, Noise Gate Threshold і Limiting Threshold. Компресія між точками зламу, обмеження сигналу вище Limiting Threshold, шунтування шумоподавлювачем починається при рівні сигналу, меншому порога Downward Expansion Threshold. Особливо по теорії роботи цієї мікросхеми розповідати не буду, якщо вам буде цікаво, почитайте Повне керівництво по SSM2166 в форматі (200Кб) pdf . А тепер схема:


Коротко пройдуся по призначенню резисторів:
Rotation PT - зрушує поріг обмеження. Noise Gate - задає поріг шумозаглушення (нижче якого включається шумопонижувач). Gain - управляє загальним коефіцієнтом посилення всього компресора, за допомогою нього дуже зручно встановлювати необхідний рівень сигналу на виході, тобто відпадає необхідність в резисторі Output Level. Comp Ratio - коефіцієнт компресії сигналу. Конденсатор C4 на схемі задає інертність спрацьовування компресора, тобто управляє параметрами Attack Time і Release Time. Його значення лежить в межах від 2 мкФ до 47 мкФ, чим більше ємність, тим більше час спрацьовування.
В принципі цих знань вам вистачить, щоб спаяти цей пристрій. Я витравив для нього плату з радіальними доріжками від кожного виведення і впаяли панельку. Зробив акуратно, і воно відразу запрацювало. За тимчасовим, шумовим, та й суб'єктивним характеристикам воно мене повністю влаштувало. Щоб поекспериментувати привожу посилання на повне pdf-керівництво по цій мікросхемі (якщо посилання не працює, знайдіть в інтернеті файл SSM2166.pdf):
Керівництво по SSM2166 (200Кб)
Будуть питання, пишіть. Наступну частину статті я б присвятив ламповим компресорів, схеми у мене є, тільки їх спочатку потрібно в OrCad змоделювати для уточнення параметрів. Буде час, зроблю.

Хай щастить,
Рома (aka Ronnie).