Was ist ein Pulsweitenmodulationskompressor und wie funktioniert er?
Unter den vielen verschiedenen Kompressortypen wird der Pulsweitenmodulationskompressor oft übersehen. Davon abgesehen ist diese leistungsstarke Art der Komprimierung wissens- und verständniswert.
Was ist ein Pulsweitenmodulationskompressor? Ein PWM-Kompressor ist eine Art von Kompressor, der die Pulsweitenmodulation verwendet, um die Amplitude des Eingangssignals effektiv zu ändern und es dadurch zu komprimieren. Durch Ändern der Parameter wird das PWM-System geändert, um den Umfang der Komprimierung zu steuern.
In diesem Artikel werden wir die PWM-Kompression im Detail besprechen, die Technologie und Theorie abdecken und auch einige Eigenschaften und Anwendungen für diesen Kompressortyp besprechen.
Inhaltsverzeichnis
- Ein Primer zur Komprimierung
- Was ist ein Pulsweitenmodulationskompressor?
- Eigenschaften von Pulsweitenmodulationskompressoren
- Beispiele für PWM-Kompressoren
- Verwandte Fragen
Ein Primer zur Komprimierung
Bevor wir zur Hauptdiskussion über PWM-Kompressoren kommen, dachte ich, es wäre hilfreich, mit einer allgemeineren Erklärung der Kompression zu beginnen.
Klicken Sie hier, um zum Abschnitt Was ist ein Pulsweitenmodulationskompressor?
Komprimierung (d. h. Dynamikbereichskomprimierung) ist der Prozess der Reduzierung des Dynamikbereichs eines Audiosignals. Mit anderen Worten, es ist der Prozess der Reduzierung des Amplitudenunterschieds zwischen dem höchsten und niedrigsten Punkt des Audiosignals.
Kompressoren arbeiten, indem sie nur die lautesten Teile des Signals dämpfen.
Um die „lautesten Teile“ eines Signals zu dämpfen, müssen zwei Schlüsselfragen beantwortet werden:
- Was waren die lautesten Teile?
- Um wie viel sollten die lautesten Stellen gedämpft werden?
Ein Kompressor beantwortet diese Fragen mit den Parametern Schwellenwert bzw. Übersetzung.
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 das Programmsignal durch die Verstärkungsreduzierungsschaltung leitet.
- Der Steuersignalpfad (Sidechain), der liest, manipuliert das Sidechain-Signal (Eingang oder extern) und steuert die Verstärkungsreduzierungsschaltung.
Bei PWM-Verdichtern ist die Verstärkungsreduzierungsschaltung um einen Pulsweitenmodulator zentriert.
Lassen Sie uns mit diesem Primer auf PWM-Kompressoren eingehen und wie sie den Dynamikbereich von Audiosignalen komprimieren!
Was ist ein Pulsweitenmodulationskompressor?
Ein PWM-Kompressor ist, wie der Name schon sagt, ein Kompressor, der die Pulsweitenmodulation verwendet, um seine Kompressions- / Verstärkungsreduzierungsschaltung zu steuern.
Dies wirft die Frage auf, „was ist Pulsweitenmodulatiauf?“
PWM (Pulsweitenmodulation) ist eine Signalverarbeitungsmethode, die hochfrequente Impulssignale mit „Ein“- und „Aus“-Werten verwendet, um die Amplitude/Leistung eines Signals zu steuern. Durch Aufteilen des Signals in diskrete Teile und „Stummschalten“ einiger Teile reduziert PWM die durchschnittliche Amplitude/Leistung eines Signals.
Wie der Name schon sagt, wird die Breite der Pulse über die Zeit moduliert. Je länger die „Ein“-Werte der Pulswelle mit den „Aus“-Werten verglichen werden, desto lauter ist die resultierende mittlere Amplitude.
Die Breite jedes Impulses wird weitgehend durch das Tastverhältnis definiert, das durch den Prozentsatz der „Einschaltzeit“ angegeben wird. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Beachten Sie, dass die Pulsrate sehr schnell sein muss, um auditive Amplitudenänderungen zu vermeiden. Die PWM-Chips von PWM-Kompressoren sollen mit Frequenzen im Bereich von Hunderten von KiloHertz oder sogar schneller arbeiten (in der Lage sein, sich deutlich unter 10 μs ein- und auszuschalten).
Theoretisch gilt: Je schneller, desto besser, wenn es um PWM-Kompressor-Schaltfrequenzen geht. Dies dient dazu, potenzielle akustische Artefakte zu vermeiden. Das gesamte Design muss jedoch mit jeder verwendeten PWM-Chipfrequenz gut funktionieren.
Bei so hohen Frequenzen hören und hören wir nicht „an“ und „aus“ oder (wie wir es zum Beispiel bei einem abgehackten Rechteckwellen-Tremolo-Effekt tun würden). Vielmehr wird die Pulsweitenmodulation, wie bereits erwähnt, die durchschnittliche Amplitude des beeinflussten Signals verringern.
Die Verstärkungsreduzierung eines Pulsweitenmodulators „Schaltersteuerung“ ist ziemlich einfach, wenn sie richtig durchgeführt wird. Der Prozentsatz der Zeit, in der das Pulsweitenmodulationssignal eingeschaltet ist, entspricht dem Prozentsatz des anfänglichen Eingangspegels, der von der Verstärkungsreduzierungsschaltung ausgegeben wird. Betrachten wir einige Beispiele:
- Wenn der Schalter 50% der Zeit eingeschaltet und 50% der Zeit ausgeschaltet ist, beträgt der durchschnittliche Ausgangspegel 50% des durchschnittlichen Eingangspegels.
- Wenn der Schalter 75% der Zeit eingeschaltet und 25% der Zeit ausgeschaltet ist, beträgt der durchschnittliche Ausgangspegel 75% des durchschnittlichen Eingangspegels.
- Wenn der Schalter 25% der Zeit eingeschaltet und für 75% der Zeit ausgeschaltet ist, dann wäre der durchschnittliche Ausgangspegel 25% des durchschnittlichen Eingangspegels.
So können wir leicht sehen, wie PWM-Schaltung ein Werkzeug zur Reduzierung der Signalamplitude ist und daher als Verstärkungsreduzierungselement eines Kompressors verwendet werden könnte.
Allerdings ist das Design eines PWM-Kompressors äußerst komplex.
Eine Pulsweitenmodulatorschaltung muss die Steuerspannung/Sidechain in diesen Ein-Aus-Schalter mit variabler Breite umwandeln, um den Kompressionsgrad zu steuern.
Darüber hinaus muss der Pulsweitenmodulator so ausgelegt sein, dass er die Steuerspannung/Sidechain entsprechend den typischen Kompressorparametern ablestet. Zu diesen Parametern gehören die folgenden (ich habe Links zu ausführlichen Artikeln zu jedem Steuerelement bereitgestellt):
- Schwelle: Die Amplitudengrenze, die bestimmt, wann der Kompressor ein- und ausschaltet.
- 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.
Beispielsweise darf das Tastverhältnis nur unter volle 100% (always on) fallen, wenn die Steuerspannung/Sidechain einen definierten Schwellenwert überschreitet. Die PWM muss auch mit einer variablen Rate ausgelegt sein, bei der das Tastverhältnis unter 100% fällt, wenn der Schwellenwert überschritten wird (wie durch die Übersetzungsregelung definiert). Auch im Pulsweitenmodulator müssen Zeitkonstanten berücksichtigt werden.
Im Folgenden finden Sie ein einfaches Signalflussdiagramm zum Ausdruck der Kompressor-Sidechain. Der Audioeingang wird als Programm-/Eingangssignal für die Verstärkungsreduzierungsschaltung und als Steuersignal verwendet, das den Pulsweitenmodulator speist (der wiederum das Programm-/Eingangssignal komprimiert):
Bei richtiger Auslegung hat ein PWM-Kompressor das Potenzial, der am schnellsten wirkende Kompressionstyp mit der geringsten Verzerrung zu sein. Diese etwas seltenen Kompressoren erfordern komplizierte Designdetails, um großartig zu klingen, bieten aber bei richtiger Ausführung eine schöne Kompression.
Eigenschaften von Pulsweitenmodulationskompressoren
In diesem Abschnitt betrachten wir einige der typischen Eigenschaften von PWM-Kompressoren:
- Geringe Verzerrung
- Sehr schnelle Angriffs- und Release-Zeiten
- Sehr transparent
- Flexible Parametersteuerung
Beispiele für PWM-Kompressoren
Bevor wir die Dinge abschließen, ist es immer eine gute Idee, einige Beispiele zu betrachten.es. Werfen wir einen Blick auf 4 verschiedene Pulsweitenmodulationskompressoren.
In diesem Abschnitt besprechen wir:
- PWM-Kompressor der Serie 500: Great River Electronics PWM-501 (Link zum Überprüfen des Preises bei Sam Ash)
- 19″ Höheneinheit PWM Kompressor: ART Dual Limiter (Link zur Preisüberprüfung bei B&H Photo/Video)
- 19″ Höheneinheit PWM Kompressor: Crane Song SDC8 (Link zum Preis bei Sweetwater)
- PWM-Kompressor-Plugin: Kramer PIE (Link zum Auschecken bei Waves)
Great River Electronics PWM-501
Das Great River Electronics PWM-501 (Link zum Überprüfen des Preises bei Sam Ash) ist ein herausragender Pulsweitenmodulationskompressor im Format der Baureihe 500. Die Leistung dieses Kompressors ist unglaublich vielseitig und zeichnet sich durch die Komprimierung praktisch jeder Audioquelle aus.
Zusätzlich zu den Standard-Steuerelementen für Angriff, Freigabe, Schwellenwert, Verhältnis und Make-up-Verstärkung bietet dieser hervorragende PWM-Kompressor auch die Möglichkeit, zwischen Feedback- / Feedforward-Schaltungsoptionen zu wechseln, um eine abgerundete und warmere Reaktion bzw. einen aggressiveren Kompressionsstil zu erzielen.
Dieser Kompressor verfügt auch über einen variablen Hochpassfilter zweiter Ordnung (12 dB / Oktave) unmittelbar nach der Rückkopplung / Vorwärtsschaltung, um das Low-End im Ausgang zu reduzieren.
Mehrere PWM-501 können mit der Linksteuerung auf interessante Weise miteinander verbunden werden.
ART Dual Limiter
Das ART Dual Limiter (Link zur Preisüberprüfung bei B&H Photo/Video) ist ein zweikanaliger PWM-Kompressor/Limiter in einer rockmontierbaren Ausführung.
Die Kanäle können unabhängig voneinander agieren oder per Knopfdruck stereovernetzt werden.
Jeder Kanal verfügt über eine Verhältnistaste, um von einem 4:1 (Kompressor) Verhältnis zu einem Limiter (∞:1) zu wechseln. Eingangs- und Ausgangspegel können ebenso gesteuert werden wie die Angriffs- und Auslösezeiten der Kompressions-/Begrenzungsschaltung jedes Kanals. Jeder Kanal hat auch seinen eigenen Verstärkungsreduzierungsmesser.
Crane Song STC-8
Ich wäre nachlässig, wenn ich die Crane Song SDC8 (Link zum Preis bei Sweetwater) in einem Artikel über Pulsweitenmodulationskompressoren. Diese fachmännisch konstruierte Klasse-A-Einheit ist in der Lage, gleichzeitig zu komprimieren und zu begrenzen, was vor allem durch Pulsweitenmodulationskompressionen und die ausgeklügelte Seitenkette des STC-8 ermöglicht wird.
Der STC-8 bietet zwei Kanäle für die Stereoverarbeitung (oder einfach die Verarbeitung von zwei Signalen gleichzeitig). Diese beiden Kanäle laufen unabhängig voneinander, können aber über die Stereo Link-Taste verbunden werden. Die Farbtaste aktiviert eine „Verbesserungsschaltung“, die dem Audio eine röhrenartige Wärme verleiht.
Jeder Kanal verfügt über einen Drehschalter mit 4 Gruppen zu je 4 voreingestellten Einheiten, der eine einfache und vorhersehbare Einrichtung des Kompressorbegrenzers ermöglicht. Die vier Gruppen bestehen aus Kombinationen von zwei erweiterten Funktionen (PDR und A-MOD) oder deren Fehlen. Die Gruppen können wie folgt definiert werden:
- PDR und A-MOD deaktiviert
- PDR engagiert und A-MOD deaktiviert
- PDR deaktiviert und A-MOD engagiert
- PDR und A-MOD engagiert
Program Dependent Release (PDR) ist eine hervorragende Wahl, um die Lautstärke des Audios auszugleichen, ohne die Hintergrundgeräusche zu erzeugen. Ohne PDR bietet der Kompressor konstante Freigabezeiten und zeichnet sich durch die Verbesserung des Sustains oder der Umgebung des Audiosignals aus.
Attack Modification (A-MOD) bewirkt, dass der Peak-Limiter die Angriffszeit der Kompressorfunktion dynamisch ändert. Wenn eine langsamere Angriffszeit (3 oder höher) am Kompressor ausgewählt wird, reduziert jedes Signal, das den Spitzenbegrenzer auslöst, automatisch die Angriffszeit des Kompressors. Dadurch können Kompressor und Limiter effektiv gleichzeitig wirken.
Jede der 4 Gruppen verfügt über drei Voreinstellungen (A, B und C) sowie eine Einstellung für den variablen Modus (V). Im variablen Modus können die Angriffs- und Auslösezeiten mit den Angriffs- und Auslöseknöpfen gewählt werden, ebenso wie die Knie-/Kompressorform über den Shape-Knopf.
Wellen Kramer PIE
Das Kramer PIE (Link zum Auschecken bei Waves) ist ein PWM-Kompressor-Plugin basierend auf dem legendären Pye-Kompressor aus den 1960er Jahren.
Dieses präzisionsmodellierte Plugin bietet den Sound auf einem PWM-Kompressor in einem einfachen digitalen Plugin an. Das VU-Meter ist supergenau und kann so eingestellt werden, dass Eingangspegel, Ausgangspegel oder Verstärkungsreduzierung überwacht werden. Der Analogschalter schaltet zwischen verschiedenen analogen Eigenschaften um, die durch Grundgeräusche und Brummen verursacht werden, basierend auf den Netzteilen von 50 Hz oder 60 Hz.
Die anderen Regler umfassen Drehregler für Schwellenwert, Verhältnis, Abklingzeit (Release) und Ausgang (Make-up-Verstärkung).
Verwandte Fragen
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 ist), können wir uns die folgenden Arten der Komprimierung vorstellen:
- Multiband-Komprimierung
- Peak-Metering-Kompression
- RMS-Metering-Komprimierung
- Feedback-Komprimierung
- Feed-Forward-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)
Die Auswahl der besten Audio-Plugins für deine DAW kann eine herausfordernde Aufgabe sein. Aus diesem Grund habe ich den Comprehensive Audio Plugins Buyer’s Guide von My New Microphone erstellt. Schauen Sie es sich an, um Hilfe bei der Bestimmung Ihrer nächsten Audio-Plugin-Käufe zu erhalten.
Der Aufbau Ihres Systems der Serie 500 kann eine anspruchsvolle Aufgabe sein. Aus diesem Grund habe ich My New Microphone’s Comprehensive 500 Series Buyer’s Guide erstellt. Hier finden Sie Hilfe bei der Bestimmung Ihrer nächsten Einkäufe der 500er Serie.
