Kompleksowo o kompresji (4). Wszystko o VCA

Opublikowano przez

Kompresja VCA uważana jest za najdoskonalszą formę obróbki dynamiki. Czy tak jest? Czy może po prostu jest najbardziej uniwersalna? Sprawdźmy to na przykładzie rozwiązań dbx, przyglądając się też takim narzędziom jak Flux Solera, Waves H-Compressor czy Distressor.

Zobacz wideo
Posłuchaj podcastu

W czwartej, ostatniej – na razie – części mojej sagi o kompresji, bo przecież muszę zachować coś, co pojawi się tylko w książce, omówimy chyba najpopularniejszą obecnie i najczęściej stosowaną kompresję typu VCA. Uważa się ją za najbardziej stabilną i wszechstronną metodę nie tylko kompresji, ale też ekspansji, bramkowania, de-kompresji, de-ekspansji i wszystkich innych zabiegów na dynamice dźwięku. Mówię tu o rozwiązaniach analogowych, bo w przypadku wtyczek trudno jest jednoznacznie powiedzieć, z jakim rodzajem kompresji mamy do czynienia, choć najczęściej jest to po prostu modelowanie jakichś klasycznych rozwiązań sprzętowych.

I te ostatnie zawsze będą miały istotną przewagę nad cyfrowymi, bo nie ma w nich czegoś takiego jak aproksymacja parametrów. Otóż cyfra z uwagi na swój, nazwijmy to charakter, słabo odtwarza ciągłość zmian i mnogość kombinacji różnego typu ustawień. Twórcy wtyczkowych kompresorów uciekają się zatem to metody odtworzenia jakiegoś określonego zbioru parametrów i predykcji ich zmian na bazie jakiejś określonej funkcji matematycznej. Poruszamy się zatem na skończonym zbiorze zachowań, podczas gdy w sprzęcie analogowym mamy do czynienia nie tylko z nieskończoną ilością kombinacji, ale też fluktuacją parametrów, której nie da się precyzyjnie opisać matematycznie. A nawet jest już, to trzeba dodatkowo uwzględnić taką mnogość czynników już w ramach samej struktury układowej, że trudno tu mówić o idealnym odwzorowaniu. Ale jesteśmy już tak blisko ideału, że bardzo trudno jest mówić o wyrazistej różnicy między analogowym oryginałem, a jego wtyczkową kopią. Przynajmniej w sensie ogólnym, bo w szczegółach ta różnica cały czas jest, choć coraz mniej osób jest ją w stanie poprawnie i obiektywnie zidentyfikować.

Ale wróćmy do VCA. W przeciwieństwie do kompresji optycznej czy nawet FET, metoda VCA doczekała się wszechstronnej analizy fizyczno-matematyczno-elektronicznej i ma najsolidniejszą spośród wszystkich metod kompresji podstawę teoretyczną.

Wykształcony na takich uczelniach jak Harvard oraz MIT David Blackmer od samego początku interesował się tematyką zwiększenia zakresu dynamiki sygnału audio w mediach. Punktem wyjścia w jego badaniach był fakt, że orkiestra symfoniczna potrafi wytwarzać ciśnienie dźwięku w zakresie mocno przekraczającym 100 dB SPL, podczas gdy rozpiętość dynamiczna mediów w latach 60., bo wtedy zaczyna się historia z kompresją VCA, z trudem mieściła się w 70 dB. Dlatego też założona przez niego firma wzięła swą nazwę od zwrotu „decibel expansion” – dbx.

Działania Blackmera skupiały się przede wszystkim na systemach redukcji szumów. W ten bowiem sposób, poprzez przesuwanie dolnej granicy zakresu dynamiki, czyli w praktyce redukcji szumów i zniekształceń, chciał on uzyskać swój cel – więcej przestrzeni dynamicznej na reprezentację dźwięku.

Efektem jego badań było stworzenie w 1971 roku układu znanego obecnie jako Blackmer Gain Cell. Był to wyjątkowo stabilny, bazujący na czterech komplementarnych tranzystorach układ sterowania napięciem, który okazał pierwszym modułem VCA (Voltage Control Amplifier – wzmacniacz sterowany napięciem) mogącym znaleźć zastosowanie choćby jako regulator poziomu głośności w najwyższej klasy torach sygnałowych, co otworzyło drogę do automatyzacji różnego typu parametrów audio. Ten opatentowany w 1973 roku układ VCA jest z powodzeniem stosowany do dziś w różnych urządzeniach i w różnej formie, także w postaci gotowych rozwiązań scalonych.

Z uwagi na konieczność zachowania stabilizacji termicznej, moduł Blackmer VCA został zamknięty w metalowej, zalanej zasychającą masą obudowie i w takiej postaci, znanej obecnie jako „200 Silver Can” wykorzystany w kompresorach dbx 160 oraz dbx 161. Moduł VCA rozwijał się w kolejnych latach, stopniowo rozbudowując. Już jako powszechnie dostępny „202 Black Can” znalazł zastosowanie w kompresorze dbx 165 i stosowany był w wielu innych produktach z lat 80. Jego cechą charakterystyczną jest praca logarytmiczna w reżimie 6 mV/dB. Oznacza to, że każda zmiana napięcia sterującego o 6 mV pozwala na zmianę poziomu wyjściowego wzmacniacza o 1 dB. W nomenklaturze dbx funkcja ta nosi nazwę charakterystyki decylinearnej – logarytmiczne zmiany w decybelach przekładają się na liniowe zmiany poziomu sygnału. Tym, co wyróżniało rozwiązanie Blackmera od innych tego typu, jest wyjątkowo niski poziom szumów oraz zniekształceń.

O co tu dokładnie chodzi? Do czasu pojawienia się rozwiązania dbx, uzyskanie stabilnej charakterystyki przejścia w kompresorach i limiterach było bardzo trudne i w gruncie rzeczy nieprzewidywalne, wymagające eksperymentów i działań metodą prób i błędów. Nie można jednak nie zauważyć, że w ten sposób powstały rozwiązania o wyjątkowo oryginalnym brzmieniu będącym pochodną mniej lub bardziej trafionych koncepcji.

Od momentu pojawienia się niemal perfekcyjnego układu decylinearnego VCA, kształtowanie charakterystyki dynamicznej stało się oczywiste i pozwalało na precyzyjne definiowanie parametrów kompresji. Rozwiązanie to wyeliminowało zatem nieprzewidywalność i dało realizatorom narzędzie do kontroli dynamiki na swoich warunkach, a nie tylko w takim zakresie, w jakim mógł pracować wykorzystywany procesor.

Nie da się jednak ukryć, że wraz z VCA skończył się okres „radosnych” i charakterystycznych sonicznie rozwiązań, w których liniowość pracy miała mniejsze znaczenie niż jej charakter soniczny. W decylinearnych konstrukcjach typu dbx o charakterze kompresji w znacznej mierze decyduje ustawienie parametrów sterowania, a sam kompresor staje się narzędziem przewidywalnym i przejrzystym sonicznie. Co nie zmienia faktu, że pierwsze kompresory dbx nie miały żadnych regulatorów czasu ataku i powrotu, stąd też ich brzmienie jest w dużym stopniu zależne od charakteru przetwarzanego sygnału.

Historia dbx oraz rozwiązań VCA Blackmera jest dość skomplikowana, ale warto ją tu przytoczyć, by móc lepiej orientować się w tym, co jest czyje i dlaczego.

W 1979 roku David Blackmer sprzedał dbx firmie Birmingham Sound Reproducers. Do 1989 roku produkowała ona całą gamę sprzętu konsumenckiego wykorzystującego VCA, w tym gramofony, magnetofony i wzmacniacze. Wtedy też pojawiły się kompresory 160x oraz 160XT. Przez pewien czas dbx, jako oddział BSR, należał do japońskiej firmy Edison Laser Player, której założyciel Sanju Chiba wynalazł gramofon z „laserową igłą”. Ta następnie została sprzedana do AKG, by w ten sposób w 1994 roku trafić do korporacji Harman, czyli od niedawna do Samsunga.

W tym samym okresie kilka kluczowych patentów dbx na mocy wykupu oddziału dbx OEM zakupiła firma THAT Corp. założona w 1989 roku przez specjalistów z dbx. Stworzone przez nią układy scalone z serii 218X są bezpośrednimi kontynuatorami oryginalnych rozwiązań Blackmera i jako takie znajdują zastosowanie w urządzeniach takich marek jak m.in. Solid State Logic oraz Smart Research. Na stronie internetowej THAT Corp. można znaleźć największą bazę informacji na temat VCA – historii tego rozwiązania, konkretnych przykładów zastosowań, gotowych rozwiązań dla konstruktorów, schematów, modeli SPICE itp.

Tak naprawdę dbx model 160, najczęściej poszukiwany przez miłośników „vintage”, jest najbardziej nowoczesnym klasykiem kompresji jaki można sobie wyobrazić. Zarówno w nim, jak i w jego kolejnych wersjach – 161, 160X, 160XT, 160A, 162 oraz 165 – nie ma żadnego transformatora na wejściu ani wyjściu, które w każdym przypadku są symetryzowane elektronicznie. Dopiero w produkowanych obecnie wersjach 160SL oraz 162S zdecydowano się na ukłon w stronę purystów oraz stacji radiowych, gdzie wysoka wartość CMMR, tłumienia sygnału współbieżnego, jest niesłychanie istotna, implementując transformator wyjściowy. Wyeliminowanie transformatorów jako elementów o nieliniowym charakterze, było jednym z priorytetów Davida Blackmera. Uważał on, że transformatory zawężają pasmo przenoszenia i redukują zakres dynamiki poprzez typowe dla nich zjawisko nasycenia rdzenia przy dużych poziomach sygnału. Jako takie nie nadają się więc do realizacji układów, których zadaniem ma być kontrola zakresu dynamiki.

Z premedytacją zrezygnowano też z rozwiązania typu feed-backward na rzecz feed-forward, czyli pobierania sygnału sterującego z wejścia. To kolejny element, którego zastosowanie ma na celu uzyskanie jak największej liniowości pracy. Ponadto pozwoliło to otrzymać ekstremalnie krótkie czasy ataku, większe tłumienie i transparentność, trudne do uzyskania w „klasycznych” układach feed-backward.

Debiutujący w 1976 roku niewielki i relatywnie niedrogi dbx 160 VU od razu zdobył uznanie wśród realizatorów studyjnych. Stało się tak z uwagi na jego wyjątkowo prostą obsługę i możliwość natychmiastowego uzyskania oczekiwanych efektów. Jego kompresja jest doskonale słyszalna i bardzo charakterystyczna głównie z uwagi na zastosowanie charakterystyki „twardego kolana”, czyli natychmiastowego przejścia w stan tłumienia zaraz po przekroczeniu progu Threshold.

Ciekawą rzeczą w pierwszych urządzeniach dbx jest wyskalowanie regulatora Threshold w woltach, a nie – jak zazwyczaj to się dzieje w kompresorach – w decybelach. Jest to związane z decylinearną charakterystyką pracy modułu VCA i takim też sposobem myślenia na temat kontroli napięciowej. Nie zmienia to faktu, że wskaźnik głębokości tłumienia jest już opisany w decybelach.

Pochodząca także z 1978 roku wersja 165 powstała jako najwyższy model z całej serii kompresorów. Zastosowano w niej moduł VCA 202 – taki sam jak w konsoletach marek MCI czy SSL. W charakterze detektora wykorzystano układ scalony, a wejście pracowało w trybie pełnej symetrii. Wyjście, tak jak we wszystkich pierwszych kompresorach dbx, wciąż jednak było niesymetryczne. Pojawiły się natomiast regulatory czasu ataku i powrotu, gałka Threshold została wyskalowana w decybelach i po raz pierwszy zastosowano słynny układ Over Easy – realizujący w praktyce tryb pracy z miękkim kolanem charakterystyki dynamicznej. Co więcej, kompresor został wyposażony w gniazdo do podłączenia zewnętrznego sygnału sterującego układem tłumienia. Było to pierwsze komercyjne i całkowicie celowe zastosowanie konfiguracji sidechain w kompresorach.

Historię kolejnych odmian i wersji kompresora dbx 160 VU można ciągnąć dość długo. Najciekawsze jest jednak to, że sama koncepcja kompresora VCA okazała się przełomowa dla tego typu narzędzi studyjnych i otworzyła furtkę dla wielu różnych iteracji tego rozwiązania, wprowadzając obróbkę dynamiki na te obszary, gdzie może funkcjonować np. jako de-esser, ekspander, de-ekspander czy de-kompresor.

Który kompresor stosujemy do konkretnych zadań? Gdyby odpowiedź na to pytanie była oczywista, na rynku nie było by tak wielu różnych modeli. Na pewno kompresory optyczne nie sprawdzą się tam, gdzie potrzebny jest krótki czas ataku. Ale w przypadku wtyczek nie ma to już takiego znaczenia, bo pozwalają one, zwłaszcza w trybie lookahead, pracować począwszy od czasu ataku ustawionego na zero, czego sprzętowe, analogowe oryginały nie mogły uzyskać.

A zatem? Próbujcie, szukajcie, eksperymentujcie i uważnie słuchajcie zarówno pojedynczych ścieżek, jak i oddziaływania kompresji na ścieżki i grupy w całym miksie. Jest tutaj jeszcze wiele do odkrycia, a obróbka dynamiki sygnału jest tym, co w znacznej mierze odpowiada za brzmienie współczesnej muzyki.

I na zakończenie przypomnienie kluczowych pojęć, które pozwoliłem sobie wprowadzić wiele lat temu: mikrodynamiki i makrodynamiki. Ta pierwsza odnosi się do obróbki obwiedni sygnałów powtarzalnych, jak bębny, instrumenty, czy nawet wokale. Jesteśmy tu w stanie dość precyzyjnie określić parametry czasowe kompresji, bo są one przewidywalne i możemy intensywnie ingerować w obwiednię ich głośności.

W makrodynamice nie ma natomiast o tym mowy. Przyjmuje się, że w trybie makro kompresor niemal ciągle pracuje w trybie większego lub mniejszego, permanentnego tłumienia, a czasy jego reakcji będą definiować finalne brzmienie i – przy krótkich ustawieniach zwłaszcza release – ilość harmonicznych.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.