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 audio

Sabemos 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 concepto, aunque relacionado con la compresión sidechain no debe ser confundido. 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 detección

Como 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 audio

Cuando 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.

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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 razón se 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