Was ist ein FET-Kompressor und wie funktioniert er?

Der FET-Kompressor (Feldeffekttransistor) ist einer der häufigsten Arten von Hardware-Kompressoren (oder Plugin-Emulationen) auf dem Markt und sollte auf unserem Weg zur Audiobeherrschung verstanden werden.

Was ist ein FET-Kompressor? Ein FET-Kompressor ist ein analoger Kompressor, der einen Feldeffekttransistor im Kern der Schaltung verwendet. Diese Kompressoren sind schnell wirkend und bieten eine größere Übergangskonservierung als andere Kompressortypen.

In diesem Artikel erfahren Sie, wie FET-Kompressoren funktionieren. Werfen Sie einen Blick auf einige Beispiele von FET-Kompressoren und betrachten Sie ihre Stärken, Schwächen und typischen Anwendungen.

Ein Primer zur Komprimierung

Um diesen Artikel richtig zu beginnen, sollten wir kurz die Komprimierung in einem allgemeineren Sinne diskutieren.

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Dynamikbereichskompression (was der vollständige technische Begriff für das ist, was allgemein als „Komprimierung“ bezeichnet wird) ist der Prozess der Verringerung des gesamten Dynamikumfangs eines Audiosignals. In Bezug auf Audiosignale bezieht sich der Dynamikbereich auf den Amplitudenunterschied zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Punkt des Signals.

In den meisten Fällen ist das Grundrauschen der tiefste Punkt eines Signals. Kompressoren arbeiten, indem sie nur die lautesten Teile des Signals dämpfen (anstatt die leisen Teile nach oben zu bringen, was technisch nach oben gerichtet ist).

Bei der Bestimmung, wie ein Kompressor die „lautesten Teile“ eines Signals dämpfen soll, gibt es zwei grundlegende Fragen, die beantwortet werden müssen:

Was waren die lautesten Teile?
Um wie viel sollten die lautesten Stellen gedämpft werden?

Die Schwellenwert- und Verhältnisparameter eines Kompressors beantworten jede dieser Fragen.

Was ist die Schwelle eines Kompressors? Der Schwellenwert eines Kompressors ist eine festgelegte Amplitudengrenze, die bestimmt, wann der Kompressor ein- und ausschaltet. Wenn der Eingang den Schwellenwert überschreitet, springt der Kompressor ein (mit seiner angegebenen Angriffszeit). Wenn der Eingang wieder unter den Schwellenwert fällt, schaltet sich der Kompressor aus (entsprechend seiner Auslösezeit).

Wie ist die Übersetzung eines Kompressors? Das Kompressorverhältnis vergleicht die Anzahl der Dezibel, die das Eingangssignal über dem Schwellenwert liegt, mit der Anzahl der Dezibel, die das Ausgangssignal über dem Schwellenwert liegt. Mit anderen Worten, es ist die relative Menge an Dämpfung, die der Kompressor auf das Signal ausübt.

Andere erwähnenswerte Kompressorparameter sind die folgenden (ich habe Links zu ausführlichen Artikeln zu jedem Parameter hinzugefügt):

Angriffszeit: Die Zeit, die ein Kompressor benötigt, um zu aktivieren/zu reagieren, sobald die Eingangssignalamplitude den Schwellenwert überschreitet.
Veröffentlichungszeit: Die Zeit, die der Kompressor benötigt, um sich zu lösen (um die Signaldämpfung zu stoppen), sobald das Eingangssignal unter den Schwellenwert fällt.
Knie: Der Übergangspunkt um die Schwelle des Kompressors, an dem der Ausgang gegenüber dem Eingang gedämpft wird.
Make-up-Gewinn: Die Verstärkung, die nach der Komprimierung auf das Signal angewendet wird (wird normalerweise verwendet, um die Spitzen des komprimierten Signals auf das gleiche Niveau wie die Spitzen vor der Kompression zu bringen).

Alle Kompressoren arbeiten mit einer Verstärkungsreduzierungsschaltung, die das Audiosignal als Reaktion auf ein Steuersignal effektiv komprimiert. Dieses Steuersignal (auch Sidechain genannt) wird vom Eingangsaudiosignal (gemeinsam) oder über ein externes Audiosignal (seltener) abgeleitet. Es wird über die oben genannten Kompressorparameter manipuliert.

Jeder Kompressor hat also zwei kritische Signalpfade:

Der Audiosignalpfad, der durch die Verstärkungsreduzierungsschaltung verläuft und komprimiert wird.
Der Steuersignalpfad (Sidechain), der liest, manipuliert das Sidechain-Signal (Eingang oder extern) und steuert die Verstärkungsreduzierungsschaltung.

Bei FET-Verdichtern ist die Verstärkungsreduzierungsschaltung um einen Feldeffekttransistor zentriert.

Lassen Sie uns mit dieser Einführung auf FET-Kompressoren eingehen und wie sie den Dynamikbereich von Audiosignalen komprimieren!

Was ist ein FET-Kompressor?

Ein FET-Kompressor ist, wie der Name schon sagt, ein Kompressor, der einen FET (Feldeffekttransistor) im Kern von seine Verstärkungsreduzierungsschaltung.

Was ist ein Feldeffekttransistor? Ein FET (Feldeffekttransistor) ist ein Halbleiterbauelement, das ein elektrisches Feld verwendet, um den Stromfluss zwischen seinen Source- und Drain-Anschlüssen zu steuern. Das Anlegen einer Spannung an den dritten Anschluss (Gate) verändert die Leitfähigkeit zwischen Quelle und Drain und damit den Stromfluss / das Stromsignal.

Wie bereits erwähnt, hat ein Feldeffekttransistor 3 Anschlüsse: die Quelle (S), den Drain (D) und das Gate (G). Diese Terminals sind in der folgenden Abbildung dargestellt:

Um es noch einmal zu wiederholen: FETs steuern den Stromfluss zwischen der Quelle und dem Drain (den wir als Ausgang bezeichnen können), indem sie die Leitfähigkeit zwischen der Quelle und der Quelle durch Anlegen einer Spannung an das Gate (das wir den Eingang nennen können) ändern.

Genauer gesagt, durch Änderung der Vorspannung, die über das Tor und die Quelle angelegt wird (V_Gs) Eingang, können wir die Spannung über der Quelle ändern und entleeren (V_Ds) am Ausgang.

FETs werden oft innerhalb des Konstantstromanteils ihrer Ausgangscharakteristik betrieben.

Sie können auch als Schalter mit „Ein“- und „Aus“-Ausgängen verwendet werden. Der Punkt, an dem der Transistor die „Aus-Position“ erreicht, wird als „Pinch-Off“ bezeichnet, bei dem der Widerstand zwischen Quelle und Gate sehr hoch ist.

Mit FET-Kompressoren (und vielen anderen Audioanwendungen) wird der FET jedoch kurz vor dem Einklemmen in seinem linearen Bereich arbeiten, wobei V_Ds ist relativ klein. Innerhalb dieses linearen Bereichs arbeitet der FET als spannungsvariabler Widerstand.

In diesem Bereich ist der Drain-Source-Widerstand R_Ds kann durch Variation der Vorspannung V gesteuert werden_Gs. Durch Variieren der Spannung am Eingang des FET können wir den Widerstand zwischen Quelle und Drain und letztendlich die Spannung am „Ausgang“ steuern.

Die Verstärkungsreduzierungsschaltung eines FET-Kompressors kann als Spannungsteiler mit variablem Widerstand (dem FET selbst) vereinfacht (wenn auch stark vereinfacht) werden:

Wobei wir die folgende allgemeine Gleichung haben:

V_aus: Audioausgang
V_in: Audioeingang
R₁: Widerstand des Festwiderstands (Audioschaltung vor dem FET)
R₂: variabler Widerstand des FET

Indem wir es so zerlegen, können wir sehen, dass mit zunehmendem Widerstand des FET mehr Signalübertragung stattfindet. Wenn also der Widerstand des FET abnimmt (wenn das Eingangssignal zunimmt), wird das Ausgangsaudiosignal stärker dämpft/komprimiert.

Beachten Sie, dass das Ausgangssignal sehr klein sein muss, um innerhalb des „linearen Bereichs“ zu arbeiten. FET-Kompressoren müssen häufig den Signalpegel vor der Kompression reduzieren und nach der Kompression eine Verstärkungsstufe bereitstellen. Dies wird oft über Transformatoren erreicht, die dem Signal eine gewisse Verzerrung verleihen.

Okay, wie funktioniert ein FET-Kompressor?

Nun, das Eingangssignal treibt nicht nur den Eingang des FET an, sondern wirkt sich auch auf die Vorspannung des FET-Netzes aus. Mit anderen Worten, das Eingangssignal ist verantwortlich und setzt sich aus dem Programm- / Audiosignal und dem Sidechain-Signal zusammen. So weit so gut.

Innerhalb des linearen Bereichs ist die Vorspannung des Gatters (und V_Gs) wird negativer, und der Widerstand zwischen Abfluss und Quelle (R_Ds) erhöht.

Wenn das Programmsignal mehr Widerstand erfährt, wird es effektiv gedämpft / komprimiert.

Da die Spannung/Amplitude des FET-Eingangs den FET-Ausgang steuert, wirkt sich dies auf die Vorspannung des FET aus. Dies bedeutet effektiv, dass mit zunehmendem Eingangssignalpegel auch die Verringerung der Verstärkung zunimmt.

Auf diese Weise können wir sagen, dass FET-Kompressoren programmabhängig sind: Die Höhe der angewendeten Kompression hängt vom Signalpegel des Programm-/Eingangssignals ab. Tatsächlich sind sie so programmabhängig, dass die meisten nicht einmal eine Schwellenwertsteuerung haben, da der Schwellenwert weitgehend durch den linearen Bereich des FET selbst bestimmt wird.

Um zu verstehen, warum dies geschieht, betrachten wir die Entwurfstopologie des Feedbackkompressors eines FET-Kompressors. Beginnen wir mit diesem einfachen Signalflussdiagramm:

Das Audiosignal fließt also zum FET und der spannungsvariable Widerstand / FET erzeugt ein Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal wird dann (dies ist ein Rückkopplungskompressordiagramm) an den FET-Eingang zurückgeleitet.

Bevor das Rückkopplungssignal jedoch wieder zum Eingang zurückkehrt, passiert es einen Peak-Detektor. Der Gipfel detector ist im Wesentlichen eine Reihenschaltung einer Diode und eines Kondensators, die eine Gleichspannung ausgibt, die dem Spitzenwert des angelegten Wechselstromsignals entspricht. In diesem Fall ist die Gleichspannung eine negative Vorspannung für das Gate des FET.

Daher steigt mit zunehmendem Eingangssignalpegel auch die negative Vorspannung.

Anders ausgedrückt passt das „Sidechain-Signal“ eines FET-Kompressors kontinuierlich die Vorspannung des FET an und variiert den Widerstand des FET, um seine Dämpfung entsprechend zu ändern.

Hier ist ein einfaches Signalflussdiagramm, um die Kompressor-Sidechain auszudrücken. Beachten Sie, dass bei FET-Kompressoren der Spitzendetektor die Füllstandserfassungsschaltung und die DC-Vorspannung des Gates das Steuersignal wäre:

Wenn die Vorspannung den natürlichen Schwellenwert des FET überschreitet, führt die Schaltung zu einer gewissen Verstärkungsreduzierung.

Durch das Anlegen eines kleinen DC-Offsets an die Steuerspannung eines FET können wir unterschiedliche Verstärkungsreduzierungseigenschaften (Eingangs- / Ausgangskurven) erreichen, wodurch der Kompressor mehr oder weniger empfindlich auf Eingangssignalschwankungen am Gate reagiert.

Die Angriffs- und Auslösesteuerung eines FET-Kompressors wird durch eine Änderung der Leistung des Peak-Detektors ermöglicht.

Eine weitere Anmerkung zur Natur von FETs und Rückkopplungsschaltungen ist, dass sie keine echte Verhältniskontrolle bieten können. Sie werden stattdessen ein Verhältnis von knapp über 1: 1 knapp über der Schwelle haben, und dann wird es ∞: 1 weit über der Schwelle liegen. Die Verhältniskontrolle passt dann im Wesentlichen das über dem Schwellenwert liegende Niveau vor dem unvermeidlichen ∞: 1-Verhältnis an.

Diese Parameter lauten etwas detaillierter wie folgt (ich habe Links zu ausführlichen Artikeln zu jedem Steuerelement bereitgestellt):

Verhältnis: Das Verhältnis der Eingangssignalamplitude über dem eingestellten Schwellenwert zur Ausgangssignalamplitude über dem Schwellenwert.
Angreifen: Die Zeit, die ein Kompressor benötigt, um zu aktivieren/zu reagieren, sobald die Eingangssignalamplitude den Schwellenwert überschreitet.
Loslassen: Die Zeit, die der Kompressor benötigt, um sich zu lösen (um die Signaldämpfung zu stoppen), sobald das Eingangssignal unter den Schwellenwert fällt.

Ein FET verhält sich ähnlich wie ein Triodenrohr, wodurch FET-Kompressoren den variablen mu/tube-Kompressoren in der Art und Weise, wie sie Kompression bieten, ähneln. Natürlich gibt es viele Unterschiede in Charakter und Geschwindigkeit (eine FET-Verstärkungsreduzierungsschaltung reagiert viel schneller als eine Röhre). Während Röhren in ihrer Kompressionskurve eher nichtlinear sind, wirken FETs bei richtiger Einrichtung sehr linear.

FET-Kompressoren werden den Klang aufgrund ihrer inhärenten Verzerrungseigenschaften sicherlich einfärben. Sie werden für ihren aggressiven Sound geschätzt und sind eine beliebte Wahl für Schlagzeug, Gitarren, Gesang und andere Quellen, die ein bisschen Kante benötigen, um in einem Mix aufzutauchen.

Eigenschaften von FET-Kompressoren

In diesem Abschnitt betrachten wir einige der typischen Merkmale von FET-Kompressoren:

Sehr schnelle Angriffs- und Release-Zeiten
Nichtlineare Kompression, die Charakter durch harmonische Verzerrung hinzufügt
Zusätzliche Sättigung durch Einbeziehung von Transformatoren
Erfordert Low-Level-Eingangssignale
Erfordert mehr Ausgangsverstärkung, was oft den Grundrausch erhöht

Beispiele für FET-Kompressoren

Bevor wir die Dinge abschließen, ist es immer eine gute Idee, einige Beispiele zu betrachten. Schauen wir uns 4 verschiedene FET-Kompressoren an, um unser Verständnis dieser Art der Kompression zu festigen.

In diesem Abschnitt besprechen wir:

FET-Kompressor der Serie 500: BAE 500C (Link zum Preis bei Sweetwater)
19″ Höheneinheit FET Kompressor: Universal Audio 1176LN (Link zum Überprüfen des Preises bei B&H Photo/Video)
FET-Kompressor-Effektpedal: Origin Effects Cali76 Compact Deluxe (Link zum Preis bei Amazon)
FET-Kompressor-Plugin: Arturia Comp FET-76 (Link zum Überprüfen des Preises bei Plugin Boutique)

Andere bemerkenswerte FET-Kompressoren sind:

Chandler Limited Germanium Kompressor
Daking FET III

BAE 500C

Das BAE 500C (Link zum Preis bei Sweetwater) ist ein einkanaliger FET-Kompressor der Serie 500, der von den vielen hervorragenden FET-Kompressoren aus den 1960er und 1970er Jahren inspiriert wurde.

Diese übersichtliche FET-Komprimierung ist ziemlich einfach. Es verfügt über eine FET-Verstärkungsreduzierungsschaltung mit 3x 2520-Operationsverstärkern und einem transformatorgekoppelten Ausgang. Lassen Sie uns die Steuerelemente durchgehen.

Erstens verfügen wir über stufenlose Eingangs- und Ausgangsverstärkungsregler sowie über stufenlos variable Angriffs- und Freigabezeitparameter. Das Verhältnis der 500C kann auf 2:1, 4:1, 8:1, 12:1, 20:1 und den verehrten „All Buttons Mode“ (ABI) eingestellt werden, der einen neuen Sound bietet (das Verhältnis liegt irgendwo zwischen 12:1 und 20:1).

Zusätzlich zu diesen Steuerungen gibt es auch einen schaltbaren Hochpassfilter für das Seitenkettensignal mit einer Steigung von 6 dB/Oktave bei 125 Hz. Alternativ kann das Gerät vollständig umgangen werden, oder nur die Verstärkungsreduzierungsschaltung kann deaktiviert werden (so dass die Ein-/Ausgangsverstärkungsregler funktionsfähig bleiben).

Universal Audio 1176LN

Das Universal Audio 1176LN (Link zum Überprüfen des Preises bei B&H Photo/Video) ist eine Nachbildung der vielleicht legendärsten FET-Kompression aller Zeiten: dem Universal Audio 1176 Limiting Amplifier.

Dieser FET-Kompressor für die Rackmontage verfügt über eine FET-Verstärkungsreduzierungsschaltung mit ultraschneller Angriffszeit (20 μs bis 800 μs) und einen Line-Level-Ausgangsverstärker der Klasse A.

Die Auslösezeit ist zwischen 50 ms und 1,1 s einstellbar. Die Schwelle des Kompressors ist programmabhängig.

Das Verhältnis kann über die Tasten an der Vorderseite auf 4:1, 8:1, 12:1 oder 20:1 eingestellt werden. Alternativ können alle vier Tasten an der Vorderseite für eine extreme Begrenzung aktiviert werden, wenn die Verzerrung zunimmt und eine gedämpfte Neigung und eine Verzögerung als Reaktion auf Transienten eingeführt werden.

Verstärkungsreduzierung oder Ausgangspegel können über das VU-Meter überwacht werden, und das Gerät bietet bis zu 50 dB Verstärkung.

Ursprungseffekte Cali76

Das Origin Effects Cali76 Compact Deluxe (Link zum Preis bei Amazon) ist ein weiterer Kompressor auf Basis des legendären Universal Audio 1176. Dieser hat den Formfaktor einer Stompbox.

Dieses FET-Kompressorpedal in Studioqualität ist mit einer hochaktuellen, geräuscharmen, diskreten Class-A-Schaltung ausgestattet.

Das Bedienfeld des Kompressors verfügt über 6 Drehregler und bietet eine Menge Flexibilität. Die Steuerelemente sind:

Trocken: Passt die Menge des direkten Signals im Ausgang und damit den Umfang der parallelen Kompression an.
Aus: Passt die Menge der Make-up-Verstärkung an, die nach der Kompression auf das Signal angewendet wird.
In: Passt die Verstärkung des Eingangsvorverstärkers und damit den Pegel des in den Kompressor gesendeten Signals an.
Verhältnis: Passt das Kompressionsverhältnis an.
Angreifen: Passt den Angriff des Kompressors an (die Zeit, die der Kompressor benötigt, um einzuschalten, sobald der Schwellenwert überschritten ist).
Loslassen: Passt die Freigabe des Kompressors an (die Zeit, die der Kompressor benötigt, um sich zu lösen, sobald das Eingangssignal wieder unter den Schwellenwert fällt).

Das Pedal verfügt auch über die klassische 3-farbige Juwelenlampe als Verstärkungsreduzierungsmesser.

Arturia Comp FET-76

Das Arturia Comp FET-76 (Link zum Überprüfen des Preises bei Plugin Boutique) ist ein weiterer FET-Kompressor, der auf dem legendären 1176 basiert (habe ich schon erwähnt, wie wichtig das Original war?). Dieses Kompressor-Plugin bietet den gleichen Sound und die gleiche Funktionalität wie das Original 1176, nur in einem digitalen Plugin-Format.

Zusätzlich zu den oben besprochenen Eingabe-, Ausgabe-, Angriffs-, Freigabe-, Verhältnis- und Messgerätsteuerungen bietet der Arturia Comp FET-76 eine dedizierte Mix-Steuerung und eine erweiterte Sidechain-Steuerung, um die Funktionalität des Plugins zu „modernisieren“.

Die erweiterte Side-Chain-Steuerung kann so eingestellt werden, dass sie auf das interne (Eingangssignal) oder ein externes Side-Chain-Signal reagiert. Die Erkennungsschaltung kann so eingestellt werden, dass sie Informationen über Umkehr-, Stereokanal- oder Mittel-/Seitenkanal liest. Eine fortschrittliche Time-Warp-Funktion bietet Lookahead-Kontrolle.

Dieses leistungsstarke Plugin verfügt auch über eine Sidechain-EQ-Sektion mit einem Tiefpassfilter, einem Hochpassfilter und einem Glocken-/Spitzenfilter mit variabler Frequenz und Boost/Cut-Gain-Regelung.

Der maximale Kompressionsumfang kann über den Parameter Kompressionsbereich eingestellt werden.

Welche verschiedenen Arten von Audiokompressoren gibt es? Der Begriff „Typ“ kann einige Bedeutungen haben, also schauen wir uns ein paar verschiedene „Arten von Kompressoren“ an.

In Bezug auf die Schaltungstopologie fallen Kompressoren im Allgemeinen in einen der folgenden Typen:

Kompressor mit variablem Mu (Rohr)
FET-Kompressor
Optischer Kompressor
VCA-Kompressor
Diodenbrücken-Kompressor
Pulsweitenmodulationskompressor
Digitaler Kompressor
Kompressor-Plugin

In Bezug auf die Leistung eines Kompressors beim Komprimieren eines Audiosignals (und die typischen Aufgaben, für die er eingestellt wird), können wir uns die folgenden Arten von Koordination vorstellen:Verpressung:

Multiband-Komprimierung
Peak-Metering-Kompression
RMS-Metering-Komprimierung
Feedback-Komprimierung
Feedforward-Komprimierung
Kompression nach oben
Begrenzen der Komprimierung
Parallele Komprimierung
Buskomprimierung

Sollte Kompression auf jeder Spur verwendet werden? In der Regel sollte die Komprimierung mit Absicht verwendet werden und daher nur auf jeder Spur verwendet werden, wenn jede Spur dies erfordern würde. In den meisten Fällen gibt es bestimmte Spuren in einem Mix, die ohne Dynamikbereichskompression perfekt (und besser) klingen.

Zu den typischen Vorteilen der Komprimierung auf einer Spur gehören (sind aber nicht beschränkt auf) die folgenden:

Aufrechterhaltung eines konsistenteren Pegels über das gesamte Audiosignal/die gesamte Spur
Vermeidung von Überladung/Clipping
Sidechaining von Elementen
Verbesserung der Nachhaltigkeit
Verbesserung von Transienten
Hinzufügen von „Bewegung“ zu einem Signal
Hinzufügen von Tiefe zu einer Mischung
Nuancierte Informationen in einem Audiosignal aufdecken
De-essing
„Kleben“ einer Mischung (wodurch sie zusammenhängender wird)

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