Я уже немного писал о компрессорах вообще и об одном из вариантов, придуманном энтузиастом домашнего гитарного педалестроения.
Сегодня же речь пойдёт об ещё одном достаточно простом компрессоре, его схему опубликовал Джон Холлис (John Hollis) на своём сайте http://www.hollis.co.uk/john/circuits.html в далёком уже 2001 году под названием Flatline
Схема не то чтобы простая, она ещё проще. И тем удивительнее то, что она прекрасно справляется со своими обязанностями.
Можно быстренько пробежаться по составляющим её логическим блокам:
1) Питание
Конденсатор на 10 микрофарад между +9 и землёй сглаживает пульсации входящего напряжения. Делитель на двух резисторах по 10 килоом формирует опорное напряжение +4.5 и второй конденсатор на 10 микрофарад сглаживает уже его колебания. Всего 4 компонента, минимализм в действии.
2) Аудиотракт
Сразу после входа резистор на 10 мегаом служит для разряда входного конденсатора с целью предотвращения щелчков при коммутации.
Входной конденсатор на 1 нанофарад убирает постоянную составляющую из сигнала.
После него ещё один резистор на 10 мегаом подтягивает сигнал к опорному напряжению 4.5 вольта.
Дальше идёт один операционный усилитель в неинвертирующем включении. Как мы помним из соответствующей статьи в этом варианте коэффициент усиления операционного усилителя задается резисторами в обратной связи. Об устройстве обратной связи в данной схеме мы поговорим попозже, там как раз и есть вся магия, которая занимается компрессией. А с выхода операционника сигнал через конденсатор на 1 микрофарад (который убирает постоянку) попадает на потенциометр 100 килоом логарифмический, который позволяет регулировать уровень сигнала.
Итого в аудиотракте у нас задействованы два конденсатора (кстати их номиналы легко позволяют использовать плёночные конденсаторы, которые обладают наименьшим уровнем искажений, если вдруг это кому-то важно), три резистора (один из них переменный) и один операционный усилитель. Автором сюда рекомендован малошумящий TL072, который действительно за глаза. Более короткого аудиотракта придумать сложно, количество вносимых искажений в сигнал в данном случае минимально - вот и предпосылки для того, чтобы этот компрессор обладал хорошим звуком. Правда легко видеть, что до сих пор мы наблюдали схему, которая могла бы быть линейным бустером или буфером. Разница между буфером и бустером только в усилении. К нему-то и перейдём:
3) Усиление
Коэффициент усиления операционного усилителя задаётся той частью схемы, что выделена жёлтым и зеленым.
Между выходом и инвертирующим входом у нас расположены в параллель резистор на 220 килоом и фоторезистор. Соответственно эта часть имеет сопротивление от 220 килоом и до нескольких ом, в зависимости от сопротивления фоторезистора. Но фоторезистор мы пока игнорируем.
Между инвертирующим входом и 4.5 у нас постоянный резистор на 10 килоом и переменный на 100 килоом. Соответственно эта часть принимает значения от 110 килоом до 10 килоом.
Максимальное усиление схемы будет в случае, когда первое (желтое) сопротивление максимально, а второе (зелёное) минимально и получится:
1+220K/10K = 23.
Если мы посчитаем минимальное усиление, то числитель у нас прежний (ведь фоторезистор мы пока игнорируем), изменится только значение в знаменателе:
1+220K/110K = 3.
Итак, мы видим, что у нас получился всё-таки не буфер (потому что коэффициент усиления всегда больше единицы), а линейный бустер, который усиливает весь звуковой диапазон в какое-то число раз между 3 и 23. В зависимости от положения регулятора sustain.
4) А теперь перейдём собственно к компрессии:
Аудиосигнал после выхода операционного усилителя идёт не только на регулятор громкости и в обратную связь, но и попадает на блок детекции (выделен красным) - это второй операционный усилитель в инвертирующем включении, его коэффициент усиления задается соотношением резисторов 47К / 10К = 4.7, то есть примерно в 5 раз мы усиливаем сигнал и заодно инвертируем фазу.
Дальше этот усиленный и инвертированный сигнал попадает на одну сторону управляющей цепи (выделена голубым). На вторую её часть у нас идёт всё тот же исходный сигнал с операционного усилителя. Итого мы имеем примерно в 1+5=6 раз увеличенное по амплитуде управляющее напряжение, которое зависит от аудиосигнала. Цепь эта содержит четыре диода, они служат для выпрямления сигнала, чтобы у нас была всегда правильная полярность на светодиоде и конденсаторе. Рассмотрим какие у нас есть варианты:
А) пусть на выходе аудиоусилителя у нас в некий момент времени сигнал имеет значение ниже, чем наша половина питания, например 3 < 4.5. Тогда ток течёт по той части схемы, что выделена цветом. Два диода закрыты.
Б) Если сигнал на выходе выше, например 5.5 > 4.5, тогда работает другая пара диодов:
Чем аудио-сигнал по амплитуде сильнее отклоняется от 4.5, тем большее у нас напряжение в схеме детекции-управления, тем больший ток идёт через светодиод фотоэлемента и тем ярче он светится. Резистор 330 ом ограничивает ток через светодиод (не позволяя ему перегореть). Конденсатор 100 микрофарад сглаживает пульсации, не давая светодиоду слишком часто менять яркость (это бы порождало нежелательные артефакты в громкости сигнала после педали).
А вторая часть оптопары - это фоторезистор, выделенный на схеме в начале раздела фиолетовым цветом.
Чем ярче светится светодиод оптопары, тем меньшее сопротивление приобретает фоторезистор. Тем меньше у нас сопротивление между выходом аудиооперационника и его инвертирующего входа и тем меньше усиление в аудиотракте.
Чем тусклее светится светодиод - тем больше сопротивление фоторезистора. Тем выше сопротивление в обратной связи аудиооперационника, тем больше усиление в аудиотракте.
Вот мы и получаем авторегулировку громкости в зависимости от амплитуды сигнала:
Чем громче исходный сигнал - тем он меньше усиливается, таким образом громкие звуки делаются тише.
Чем тише исходный сигнал - тем он больше усиливается, таким образом тихие звуки делаются громче.
Именно так и достигается эффект компрессии.
Лирическое отступление: обычно эффект от гитарного компрессора описывают словами так: он уравнивает громкость. Громкие звуки он делает тише, а тихие - громче. Из-за этого описания можно сделать неправильный вывод: что компрессор некие средние по громкости звуки не обрабатывает, более тихие делает громче, а более громкие - тише. Это поведение потребовало бы делать разделение трёх зон громкости сигнала: тихие - делать громче. средние - не трогать, громкие - делать тише.
На примере этой конкретной схемы гитарного компрессора достаточно просто увидеть, что на самом деле он работает намного проще: он по умолчанию делает все звуки на фиксированную величину громче (именно за счет этого тихие звуки и становятся громче), но есть некая граница громкости входного сигнала, начиная с которой он начинает убавлять умолчательную громкость. И чем сильнее входной сигнал превосходит эту границу, там сильнее компрессор убавляет усиление. За счет этого как раз громкие звуки и усредняются. То есть отличать он умеет одну границу, начиная с которой именно компрессия начинает работать, до неё работает просто линейный бустер. Этот порог обычно называется Treshold (собственно Порог в переводе).
Побочный эффект - компрессоры иногда считают слишком шумными, из-за того, что пока ничего не играешь - слышен шум. А это именно следствие того, что компрессор в отсуствии сигнала имеет наибольший коэффициент усиления. Потому он улавливает малейшие шумы-помехи и усиливает их до слышимого сигнала. Как только мы начнём играть и появится полезный сигнал от гитары - компрессор сразу понизит усиление и шума уже не будет слышно. То есть надо не ругать компрессоры, а постараться уменьшить количество фонового шума: использовать качественные и не слишком длинные кабели, качественные блоки питания, экранирование полостей в гитаре и так далее. Ещё можно было бы посоветовать использовать хамбакеры, но компрессоры лучше всего звучат именно на синглах, так что этот совет обычно мимо кассы. Но что-то я заболтался....
В этой части тоже минимальное количество деталей: всего 3 резистора, 1 конденсатор, 4 диода и оптопара с операционником.
Вот в принципе мы всё и разобрали.
Получается что педаль состоит из очень простой схемы бустера и удовлетворительно простой схемой компресии. Можно легко всё понять, можно поэкспериментировать и поиграться с несколькими компонентами. Да и в целом в педали всего 9 резисторов, 5 конденсаторов, 4 диода, 2 потенциометра, операционный стереоусилитель и оптопара. А ещё эта схема прекрасно звучит.
Чего же ещё желать? На самом деле есть некоторые мысли на тему возможных улучшений и конкретных реализаций, но о них я напишу отдельную заметочку.
