Los tipos de compresores de audio

Ya hablamos de la compresión de audio, introdujimos el concepto, hablamos

del ataque y el release, del uso de la compresión para batería y bajo y se podría

decir que tenemos el concepto bastante desarrollado.

Mencionamos anteriormente que hay distintos tipos de compresores más allá

de las marcas o modelos y que cada uno de estos compresores tenía sus

propias características con las que había que familiarizarse para poder sacarles el

máximo provecho posible.

La división de los distintos tipos de compresores de audio no se hace de

manera caprichosa o aleatoria, para ella se suele considerar un factor

primordial: el circuito de reducción de ganancia. Este circuito es el “alma” del

compresor: sin importar que tanto cambien las características que lo rodean, el

circuito de reducción de ganancia establece una suerte de techo que determina las

características del compresor y sus usos posibles. Así como no usarías una

coupé dos puertas para irte de gira con tu banda de ska, no te conviene usar

un compresor óptico para comprimir algo con un ataque ultra-rápido. 

La idea con este artículo es que nos hagamos una idea de qué es lo que distingue

a cada una de las familias de compresores desde el punto de vista teórico pero

también desde el punto de vista práctico. Conocer, aunque sea superficialmente,

los bloques de funcionamiento de los compresores puede ser de utilidad para

tomar mejores decisiones con respecto a su uso.

Bloques de funcionamiento de un compresor de audioSabemos que los compresores son dispositivos capaces de controlar el

rango dinámico de una señal dada. Sin embargo, hasta ahora no vimos cómo es

que hacía el compresor para lograr esto. De manera simplificada podríamos decir

que a nosotros nos interesa que el compresor actúe como una “mano invisible”,

encargada de atenuar el nivel de la señal que recibe, de acuerdo a ciertos

parámetros definidos por el usuario: umbral, razón de compresión, ataque,

release, entre otros.

La palabra clave dentro de todo esta definición es: “atenuar”. Vimos en este

artículo la definición de ganancia y entendimos que la misma puede ser negativa:

el nivel de la señal a la salida es menor que el nivel de la señal a la entrada. Con

esto en mente, vemos que la atenuación que necesitamos no es otra cosa que un

amplificador con ganancia negativa. En el caso del compresor a ese dispositivo se

le denomina “Amplificador Controlado por Voltaje” (Voltage Controlled

Amplifier en inglés), que no es otra cosa que un amplificador que varía su

ganancia de acuerdo a un voltaje denominado voltaje de control: cuando el

voltaje de control varíe, la ganancia del amplificador variará en

consecuencia. Es este “Amplificador Controlado por Voltaje” el que realiza la

compresión en efecto y, despojándonos de todo detalle, es lo único que

necesitamos para comprimir una señal de audio.

El VCA se suele denominar también “Circuito de Reducción de

Ganancia”. Como es de esperar, son sus características las que mayor influencia

tienen en el sonido de la “compresión”.

Ahora, es probable que te estés preguntando ¿de donde sale el voltaje que

controla la ganancia del VCA? Y la respuesta es: el voltaje de control es una

versión especial del voltaje de entrada que se genera en lo que se

denomina “Circuito de Detección” o “Sidechain”. Este circuito de detección, se

encarga de “preparar” la señal y traducirla a una versión que puede ser

“entendida” por el VCA para operar sobre sí misma. En el ejemplo de la imagen de

abajo: la señal que ingresa al compresor se divide en dos, por un lado va al VCA

para que el mismo opere sobre ella y por otro lado va al circuito de detección para

que dicho circuito le diga al VCA como operar sobre la señal

De acuerdo al tipo de compresor, en el circuito de detección se pueden definir

parámetros como el ataque, el release, la razón de compresión; aunque, de

acuerdo al tipo de compresor, el comportamiento del VCA puede ser responsable

por la fijación de esos parámetros.

Imagen: Vista esquemática de los bloques de funcionamiento de un compresor de audio.

En la imagen de arriba podemos ver los bloques básicos de un compresor de

audio básico del tipo feedforward: la señal que va al circuito de detección se

toma desde antes del circuito de reducción de ganancia. Para entender mejor

el diagrama de arriba, hagamos un análisis de cada una de las partes que lo

componen y veamos como influyen en los compresores:

Circuito de entrada: En esta parte del circuito se suele incorporar un

amplificador diferencial o transformador de entrada para eliminar el ruido

común a ambos terminales del cable balanceado. Esta parte se usa también

para la adaptación de impedancias para la máxima transmisión de voltaje.

VCA o circuito de reducción de ganancia: Como ya dijimos, los VCA son

dispositivos capaces de variar su ganancia de acuerdo a un voltaje de control

(CV) y que pueden atenuar la señal (ganancia negativa). En el caso de los

compresores, el VCA define en gran medida el comportamiento de la

compresión y es a este circuito al que nos referimos cuando hablamos de las

familias de compresores: óptico, vari-mu, FET, VCA, etc.

Circuito de detección o sidechain: Esta parte del circuito se encarga de

generar el voltaje de control para decirle al VCA cuanto tiene que atenuar, si es

que tiene que hacerlo. La implementación de este circuito depende mucho del

tipo de VCA que se elija y la “forma” en la que el VCA comprime depende en

parte del circuito de detección y en parte de su propia naturaleza. Cabe

destacar que el término “sidechain” en contexto de mezcla, se suele

referir al uso de una señal externa para gatillar la compresión: en lugar de

enviar la señal de entrada al circuito de detección, se envía una señal externa

(un bombo para comprimir un bajo por ejemplo), de esa manera el circuito de

detección genera el voltaje de control en función a una señal externa y la

compresión se activa en función de la misma.

Circuito de salida: En esta parte de circuito, se contempla por lo menos una

etapa de amplificación de la señal atenuada. En otras palabras, acá es donde

se aplica el “makeup gain” o ganancia de compensación: se levanta la

señal atenuada en una proporción similar a la que fue atenuada, para

mantener así la estructura de ganancia pero tener un sonido comprimido, con

la dinámica controlada y el timbre cambiado. Se incorpora además en la etapa

de salida el eventual uso de transformadores de salida o circuitos activos de

adaptación de impedancias. Una buena parte del “sonido” del compresor está

dado por esta etapa.

Los arriba explicados, son solamente los bloques de funcionamiento de un

compresor básico, existen muchas variaciones posibles y cada compresor tiene

sus particularidades pero en términos generales, los bloques básicos nos pueden

dar una idea bastante formada de cómo funciona un compresor.

Otro punto a considerar es que la forma en la que el VCA actúa frente al voltaje

de control y la relación entre dicho voltaje y la reducción de ganancia, es

crucial para el comportamiento de la compresión pero por el momento, con

esta explicación básica es suficiente.

El término VCA, para los fines de este artículo, corresponde al circuito de reducción de ganancia del compresor en sí. En otras circunstancias, al hablar de VCA se habla de un tipo de compresor específico en donde este dispositivo suele ser un circuito integrado.

Tipos de detecciónComo vimos, el trabajo del circuito de detección es convertir la señal de audio

(alterna) a un voltaje de control que regula la cantidad de atenuación que aplica el

VCA sobre la señal. En el circuito de detección es en donde se pueden decidir

los tiempos de ataque, release y por otra parte, la razón de compresión.

De acuerdo al circuito detector propiamente dicho, la detección puede ser del tipo

peak o del tipo RMS. La detección del tipo peak reacciona rápido a los

cambios de nivel y la del tipo RMS tiene un tiempo de reacción que se

asemeja al tiempo de integración del oído humano.Podemos pensar en la

reacción como el tiempo que demoraría una mano invisible en variar la ganancia

después de observar que el umbral de compresión fue excedido.

Como generalización, podemos decir que los compresores que tienen un tipo

de detección peak se usan para controlar la amplitud de la señal y los

compresores del tipo RMS se usan para controlar el “loudness” o nivel de

sonoridad. 

Los compresores que incorporan detección peak se suelen usar para una gran

variedad de fuentes, aunque por su tiempo de reacción son especialmente útiles

para fuentes percusivas, pero eso no quiere decir que no se pueda usar en otras

fuentes ya que por sus características intrínsecas, otorgan un mayor control de

sus parámetros.

Por su parte, los compresores del tipo RMS suelen usarse para una gran cantidad

de fuentes pero tienen la desventaja de que, al aproximarse a la respuesta del

oído humano, no reaccionan ante sonidos muy rápidos y que por otro lado, la

mayoría de los compresores del tipo RMS no permiten una configuración

minuciosa de sus parámetros y por ende no son demasiado versátiles ni permiten

que el ingeniero modifique todos los parámetros. Esto no es necesariamente una

desventaja ya que en muchas ocasiones, el compresor por sí solo suena bien para

ciertas aplicaciones y entrar a tocar parámetros puede ser una batalla perdida,

aunque hay ingenieros a los que les encanta tener el control absoluto sin importar

que eso no represente una mejora en el sonido.

Como regla general, en cualquier circunstancia en la que queramos evitar el

clipping a toda costa: la grabación digital de elementos percusivos por

ejemplo, es mejor usar compresión peak. Para el resto de las fuentes, ambos

tipos de compresores pueden funcionar pero es probable que la compresión RMS,

por su naturaleza, funcione mejor.

Vista del circuito de detección un compresor digital. En rojo resaltado la selección entre detección Peak o Promedio

(AVG)

Tipos de compresores de audioCuando hablamos de los distintos tipos de compresores de audio, es mejor

hacer alusión exclusivamente al circuito de reducción de ganancia (VCA) ya que

de lo contrario la categorización se presta a confusiones. La topología del

compresor, el uso o no de transformadores, el circuito de compensación de

ganancia, el uso o no de sidechain externo; son factores que contribuyen al sonido

del compresor pero no hacen a la compresión en si. Por este motivo, la lista que

se presenta a continuación contempla solamente los tipos de circuitos de

reducción de ganancia. 

Óptico

El circuito de reducción de ganancia consiste en un dispositivo

denominado “celda óptica” u “opto atenuador eléctrico” que no es otra cosa

que la combinación en un entorno absolutamente oscuro de una celda

fotoconductiva y una fuente de electroluminescencia: fuente que produce luz ante

el paso de la corriente por una delgada capa de fósforo. La resistencia de la celda

disminuye cuando la cantidad de luz emitida aumenta.

Imagen: Esquema de un atenuador opto eléctrico como la famosa celda T4B del compresor LA2A

En resumidas cuentas, la atenuación se produce en función de la cantidad de luz

que emite la celda. Dicha cantida de luz depende, a su vez, de la cantidad de

señal que recibe. La mayoría de los compresores ópticos no permite entonces

controlar el umbral de compresión: a medida inyectamos más señal al

circuito de reducción de ganancia mediante el control correspondiente, más

compresión tendremos.

Otra particularidad de este tipo de compresores es que los tiempos de ataque y

release son relativamente lentos y dependen mucho del comportamiento de

la celda o, en otras palabras, del tiempo que tarde en reaccionar y dejar de emitir

luz. Estos compresores suelen tener un tiempo de relajación gradual dividido en

dos: la primera mitad de la relajación es rápida y la segunda mitad puede demorar

un par de segundos. La forma en la que reacciona la celda es lo que hace que

estos compresores sean considerados musicales o agradables al operar. Por otra

parte, la celda tiene una especie de “memoria” que hace que su reacción cambie

de acuerdo a si hubo reducción de ganancia en un período de 20 a 30 segundos

anterior al punto de medición:el ataque es más rápido cuando el compresor

estuvo funcionando que cuando no. Además, el tiempo de relajación

depende de la cantidad de atenuación: mientras más se comprime más

tiempo le toma al compresor dejar de comprimir. 

Los compresores de este tipo suelen funcionar muy bien con fuentes como:

bajo, voces y en elementos que tengan una envolvente similar. Tienen un

sonido muy natural o transparente si son usados de manera sutil.

Entre los modelos más representativos del compresor óptico tenemos:

Teletronix/Universal Audio LA2A, Manley ELOP, Tubetech CL1B, Shadow Hills

Mastering Compressor. En general, siempre que se habla de un compresor óptico

y sus emulaciones analógicas o digitales, se está hablando de un LA2A.

A la hora de clasificar un compresor, es importante distinguir entre el circuito de reducción de ganancia y el circuito de salida. El LA2A, por ejemplo, es un compresor óptico pero tiene una etapa de salida valvular. Mucha gente cree que el LA2A es un compresor valvular cuando en realidad no lo es. La etapa de salida se podría reemplazar por un circuito de estado sólido y seguiría siendo un compresor óptico.

 

Compresor óptico LA2A. Notar que no se pueden configurar el ataque o el release ya que están fijados por el

comportamiento de la celda.

 

Compresor óptico LA3A. Es similar en funcionamiento al LA2A pero tiene un makeup de estado sólido.

FET

Los compresores FET reciben ese nombre porque que el circuito de reducción de

ganancia es básicamente un transistor de efecto de campo de juntura

(Junction Field Effect Transistor, por su nombre en inglés) operando como

una resistencia controlada por voltaje. En otras palabras, el VCA del compresor

es un FET y el voltaje de control regula la resistencia que el transistor presenta a

masa.

Circuito de atenuación simple usando un Transistor de Efecto de Campo de Juntura (JFET). El voltaje de control

(CV) está representado como Vgs. Bajo ciertas circunstancias, la resistencia entre Drain y Source (la pata superior y

la inferior del FET) es función de la resistencia entre Gate y Source.

Este tipo de circuito tiene en la práctica tiempos de ataque y release que pueden

ser muy rápidos hasta intermedios. Esto permite usarlo en una buena cantidad

de señales con exito; por ejemplo en voces, bajo, guitarras, baterías, entre

otros. Algunos ejemplo de estos compresores son: Teletronix/Universal

Audio 1176 en sus múltiples revisiones, Daking FETII,  Purple audio MC77.

Si bien los tiempos de ataque son rápidos, el compresor puede funcionar bien con

el bajo o bombo. Como sabemos, al comprimir fuentes con muy baja frecuencia,

usando tiempo de ataques rápidos tiende a inducir distorsión. Ya que la

compresión actúa sobre  el periodo de la onda en vez de la envolvente, causando

distorsión desagradable.

El 1176, originalmente fabricado por Teletronix, es el compresor FET más

representativo. Diseñado por Bill Putnam en 1966, fue de los primeros

compresores capaces de limitar picos y el primero en hacerlo con un circuito de

estado sólido. Entre sus características particulares tenemos:

Tiempos de ataque y release muy rápidos: El tiempo de ataque oscila entre

200 y 800 microsegundos; mientras que el tiempo de release entre 50

milisegundos y 1 segundo.

Umbral dependiente de la razón de compresión: A mayor razón de

compresión, más alto es el umbral.

Parámetros dependientes de la fuente: El compresor se comporta algo

distinto de acuerdo a la fuente. Puede, por ejemplo, aumentar ligeramente la

razón de compresión después de pasado el pico, dejando pasar el ataque y

comprimiendo más el resto de la envolvente para lograr así un sonido

contenido pero con “punch” o contundencia.

Puede introducir coloración: Por las características en la función de

transferencia del FET, puede inducir distorsión y otorgarle un color especial a

la señal. También puede inducir distorsión mediante el uso de constantes de

tiempo muy rápidas en fuentes con contenido en bajas frecuencias.

VCA (Voltage Controlled Amplifier)

Cuando se habla de compresores VCA, se hace referencia a aquellos cuyo

circuito de reducción de ganancia esta compuesto por un circuito de estado

sólido que puede ser discreto, como el VCA 202 dbx, o integrado, como el 2180

de THAT Corp. En la actualidad, se suelen usar circuitos integrados por la facilidad

con la que pueden ser implementados y el bajo costo en comparación con los VCA

discretos.

Tienden a ser los más transparentes en el control de ganancia. Presentan una

gran versatilidad en el control de sus parámetros: constantes de tiempo de

rápidas a lentas, posibilidad de setear el umbral, la razón de compresión de

manera precisa.

Al poder ofrecer tiempos de ataque y release rápidos, este tipo de compresores se

puede usar para controlar los picos de la señal. Otra características interesante es

que pueden lograr niveles realmente grandes de reducción de ganancia sin

que ello sea demasiado notorio o muy molesto. Esto los hace útiles para la

compresión paralela o para “destrozar” la señal de manera creativa y sumarla con

la señal original por ejemplo.

Suelen funcionar bien en voces, bajo, guitarras, piano e incluso la mezcla

completa (siempre que el VCA usado induzca baja distorsión). Algunos

ejemplos de este tipo de compresor son: dbx 160, SSL Buss compressor,

API 2500, Empirical Labs Distressor, entre otros.

Otra de las ventajas de estos compresores es que son en general más compactos

que el resto de los compresores y eso hace que puedan ser incluidos en lugares

como el bus de una consola o el circuito de talkback de la misma

Los primeros VCA de estado sólido fueron diseñados por David Blackmer, fundador de dbx, y eran conocidos como “Blackmer Gain Cell” o celda de ganancia de Blackmer. Su acogida fue tal que se usaron en una infinidad de consolas, compresores de otras marcas e incluso en sistemas de reducción de ruido ajenos al entorno del estudio de grabación.

Vari mu

En este tipo de compresores, la reducción de ganancia se produce usando un tipo

especial de válvulas de vacío llamadas de “corte remoto” o vari-μ coloquialmente.

En esencia, este tipo de válvulas presentan la propiedad de variar su

ganancia en función de los cambios en el voltaje de grilla a cátodo. Usan un

transformador de entrada casi indefectiblemente y por otro lado, el circuito de

compensación es casi siempre valvular.

Una de las cosas interesantes de los compresores que usan este tipo de circuito

es que no tienen un control tradicional sobre la razón de compresión o ratio.

La cantidad de reducción de ganancia efectuada se puede incrementar

aumentando el nivel de la señal de entrada y jugando con el nivel de salida para

mantener la ganancia. Otra característica que vale la pena notar es que no pueden

alcanzar niveles exorbitantes de reducción de ganancia: llegan a comprimir

alrededor de 10-15 dB contra

Si bien los compresores con este tipo de circuito suelen presentar parámetros de

ataque y release, los mismos suelen tender a funcionar de una manera más

bien intermedia en lo que respecta a la rapidez y por esta razón no son

efectivos para comprimir señales del tipo peak como los compresores VCA por

ejemplo. Funcionan bien en voces, baterías, guitarras, entre otras

fuentes. Ejemplo de estos compresores son el clásico discontinuado Fairchild

670, el Manley Vari-mu, el Gyraf Gyratec X

Compresor Fairchild 670. Clásico compresor vari-mu. Hoy por hoy puede alcanzar precios de reventa de más de

veinte mil dólares.

 

Compresor “Variable Mu” de Manley. Compresor estéreo inspirado en el antiguo compresor danés DISA 91N02.

Otras implementaciones:

Existen otras formas de lograr una reducción de ganancia dependiente de la señal

de entrada. Algunas de las más representativas son:

Modulación por ancho de pulsos: Funciona como una suerte de interruptor

ultrasónico que está “abierto” una cierta cantidad de tiempo, haciendo que la

señal se atenúe en función de la cantidad de tiempo que el “interruptor estuvo

cerrado”. Entre los modelos más famosos que usan esta tecnología están los

compresores Crane Song, diseñados por David Hill.

OTA o amplificador operacional de transconductancia: Similar en

funcionamiento al VCA. Usado principalmente en pedales de guitarra:

Dynacomp, Ross Compressor, Keeley Compressor.

Implementación digital

Los compresores incluídos en los secuenciadores modernos implementan la

reducción de ganancia mediante algoritmos matemáticos que, en general, buscan

obtener la compresión más precisa y transparente posible.

Este tipo de compresión tiende a funcionar de manera transparente, siempre que

los parámetros de ataque y release escogidos sean adecuados para la fuente en

cuestión. También suelen funcionar y sonar mejor con reducciones de ganancia

moderadas. Para ello se suele recomendar usar razones de compresión

intermedias y umbrales adecuados para cada fuente en particular.

Este tipo de compresores son mucho más versátiles y nos permiten fijar cada uno

de los parámetros de manera precisa. Por otra parte, las emulaciones digitales de

los circuitos analógicos buscan siempre replicar las características de los circuitos

originales y por lo tanto el comportamiento y los parámetros a fijar van a ser

similares.

Compresor digital de Logic Pro X. En celeste se resaltan las opciones de circuito de detección.

Conclusión

Además de conocer los parámetros de funcionamiento del compresor en

profundidad, es importante conocer, por lo menos de manera superficial, las

características de cada tipo de compresor mediante el estudio del circuito de

reducción de ganancia para entender mejor como funcionan y lo que podemos

esperar de ellos.

Vimos en este artículo el funcionamiento del circuito de reducción de ganancia,

que a pesar de ser el más influyente de los bloques funcionales de un compresor,

no es el único. Por esta razónse podría hablar además de los compresores del

tipo feedforward contra los del tipo feedback, de las posibilidades del

circuito de entrada para balancear y adaptar impedancias (diversos tipos de

transformadores vs circuitos activos) o de la variedad de circuitos que se

pueden usar para la ganancia de compensación. A pesar de esto, el estudio del

circuito de reducción de ganancia nos da una idea bastante sólida de como se va

a comportar el compresor, más allá del resto de los factores.

Por todos estos motivos, los compresores son quizás los dispositivos de

estudio de grabación de los que más se puede discutir y estudiar por la forma

en la que se interrelacionan todos los factores que lo constituyen.

Referencias:

J, Lawrence “An Improved Method of Audio Level Control for Broadcasting and

Recording.”SMPTE Motion Imaging Journal (1964): 661-63. Print.

Vishay. “FET’s as Voltage Controlled Resistors”. Application Note 105. March

10, 97.

M, Austin “All Buttons In: An Investigation Into The Use Of The 1176 FET

Compressor In Popular Music Production” Journal on the Art of Record

Production (2012) http://arpjournal.com/

That Corp. “A brief history of

VCA’s”. http://www.thatcorp.com/History_of_VCAs.shtml