Kompresör Devreleri Ses Sinyal Kontrol

Ses sinyalinin seviyesini otomatik olarak kontrol etmeye yarayan bir cihaz müzil ile uğraşanlar bilirler şimdiye kadar kullanmadım sadece programlar ile müzik çalışmalarım oldu ama işe yarar bir cihaz uygulamak isteyenler için Mono ve Stereo iki devremiz var Ayrıca bu cihaz hakkında Hazırlanmış güzel bir Makale var Öncelikle Makalemizi okuyalım sonrasında Devreler

Devremize iki Seçeneğiniz var mono yada stereo devreler aynı sadece iki kanal devre için pcbler birleştirilmiş Devredeki malzemelerin tam değerlerini kullanmaya dikkat edin özellikle Kondansatörler imkanınız var ise Dirençler Metalfilm %1 Toleranslı Kullanın Devre beslamesi için 9 volt Kaliteli Alkalin yada Şarjlı Pil Kullanın Ses kalitesini büyük ölçüde etkiler Pil daha iyi sonuç veriyor olmadı 9…15 volt arası iyi Regüle edilmiş bir güç kaynağıda olabilir.

Kompresörler Hakkında Detaylı Bilgi

Cemal Abimiz (www.muziktek.net) Derki:
COMPRESSOR / KOMPRESÖR DEVRE ANALİZİ VE ÇALIŞMA PRENSİBİ

Önsöz
Elektronik konusunda derin bilgisi olmayan arkadaşlarımızın da anlayabilmesi için özellike ağir teori ve matematik kullanmaktan kaçındım ama tasarımcı seviyesinde bilgisi olan arkadaşlarımız için de faydalı olacağı kanısındayım.

Her ne kadar yazılımı elimden geldiği kadar Türkçe kullanarak yazmaya çalıştıysam da İngilizce’nin bu konuda artık evrensel bir lisan olması nedeni ile bazı terminolojileri İngilizce izah etmek zorunda kaldım. Ayrıca mesleki hayatımın hemen hemen tümünü burada (İskoçya-Britanya) geçirmiş olmamın da bunda etkisi var.

Kompresyon ve Kompresör

Bir ses sinyalinin en yüksek ve en alçak noktalarından oluşan dinamik (dynamic range) mesafesini daha önceden belirlenmiş ama orijinalinden düşük bir seviyede tutma işlemine kompresyon denir. Bu işlemi gerçekleştiren elektronik sisteme de kompresör denir. Dolayısı ile kompresor bir ses sinyalinin dinamik aralığını (dynamic range) küçültme işleminde kullanılır. Bunun bize faydası özellikle vokal ya da akustik enstrumanların ürettikleri sesi kayıt sistemine düzenli bir formda iletmeyi sağlamaktır. Örneğin ben gitarist ve vokalistim ve gitar stilim de genelde funk ağırlıklı. Ritm çalışıma keskinlik (punchiness) getirmesi için gitarımda daima çok az ama tam kararında kompresyon kullanırım.

Şu an piyasada satılan ve kullanılan kompresörler aynı zamanda sınırlayıcı (limiter) özelliklere de sahip olduklarından Compressor – Limiter (Ekleme:D Devremizde bu özellik var ) olarak adlandırılmıştır. Dolayısı ile kompresor PA sisteminde de ses sinyali sınırlayıcısı (limiter) olarak kullanılabilir. Her ne kadar elektronik çalışma prensibi açısından kompresör ile limiter aynı topolojiyi paylaşsa da, birbirlerini ayıran faktör limiter’de sadece sesin volum seviyesinde sabit bir üst sınır noktası oluşturulmasıdır.Yani limiter sinyalin bu belirlenen noktanın üstüne çıkmasını önler. Bunun faydası da güç amplifikatörlerinin aşırı sürülmelerinin (overdrive) önlenmesidir. Halbuki kompresör, limiter’de olduğu gibi sabit bir tepe noktası oluşturmasının yanında bu tepe noktasının üzerindeki kısmına belirli bir oranda kompresyon uygular (makalenin ilerisinde Ratio kısmına dikkat edin).

Kompresör Çalışma Prensibi

Şimdi bir ses sinyalini Şekil 1 de oldugu gibi bir potansiyometre’ye uyguladığımızı düşünelim. Bu sinyalin seviyesi yükselip kulağımızı rahatsız etmeye başladığı zaman potansiyometrenin girişini şaseye yaklaştırır (okla gösterilmiştir), sinyal seviyesi kuağımıza iyi geldiği noktada potansiyometreyi bırakırız. Sinyal seviyesi kulağımıza az gelmeye başladığı zaman da bu sefer potansiyometrenin girişini çıkışa doğru yaklaştırır, sinyal seviyesi kulağımıza iyi geldiği noktada yine potansiyometreyi bırakırız.

Bu yöntem çok yavaş değişen sinyaller için uygun olsa da, müzik gibi çok hızlı değişen sinyaller için bir yeterli bir çözüm değil. Herşeyden önce bir insanın bu tür sinyallere duyduğu anda reaksiyon etmesi mümkün değil. Sesi önce duyacak ki ondan sonra gerekli tedbiri alsın. Zaten sesi duyduktan sonra da iş işten çoktan geçmiş olacak. Dolayısı ile burada ses sinyallerine mekanik potansiyometreden çok daha hızlı reaksiyonda bulunabilecek bir elektronik kontrol mekanizmasına ihtiyaç doğar. Yani kompresör.

Bir kompresörü gerçekleştirebilmemiz için iki temel devre katına ihtiyacımız var.

1. Ses (audio) sinyalinin genliğini (amplitude) yani voltaj değerini alçaltıp, yükselten kontrol katı (volume control).

2. Bu ses sinyalinin genliğini yani voltaj değerini analiz edip volumun ne zaman alçaltılıp ne zaman yükseltilmesi gerektiğini bildirecek kontrol sinyalini üreten kat.

Şimdi, bir kompresör tasarlarken tasarımcının bu iki katta kullanacağı topoloji tamamen cihazın hedeflendiği amaç, kalite ve tasarımcının kendi zevkine kalmış bir şey. Örneğin;

Volum kontrol katı özel amaçlı voltaj kontrollü amplifikatör (VCA) ile de gerçekleştirebilinir, normal op-amp ile de. Özel amaçlı VCA normal olarak tasarımcının bazı tasarım problemlerine bulaşmasına gerek kalmamasına yarasa da, diğer taraftan volum kontrolünü bir optokuplör (opto-coupler) ile yapmak gürültü açısından belki VCA’den daha iyi bir sonuç verebilir. Ama diyelim bu devreyle bir dijital katı sürmek istediğimizde optokuplör VCA’den daha yavaş bir sonuç verebilir ve dijital katta kırpılmaya (clip) neden olabilir.

Ya da diyelim detektör devresinde özel amaçlı RMS detektör entegresi yerine yine op-amp kullanılması. RMS seviye dedektörü girişteki ses sinyalinin ortalamasının logaritmasına orantılı olarak çıkışında bir DC kontrol voltajı üretirken, bir op-amp bazlı tepe dedektörü (peak-detector) sadece bu sinyaldeki tepe noktaları dikkate alarak bir kontrol voltajı üretir. Ya da çok daha basit bir voltaj karşılaştırıcı (voltage comparator) ile de bu kat çözümlenebilir. Hangisi daha iyi? Hepsi ya da hiç biri. Her üçününde avantajları ve dezavantajları var.

Netice olarak iki yöntem de aynı görevi görür ama aralarındaki fark diyelim yapıncak üzümü ile çavuş üzümü arasındaki fark gibi. Ben burada op-amp bazlı topoloji kullanacağım.

Basit bir kompresör tasarımı ve devre analizi

Devre analizine başlamadan önce kompresörün kontrol fonksiyonlarına kısaca değinmek istiyorum. Daha doğrusu bu kontrol fonksiyonlarına neden ihtiyaç duyulduğuna.

Öncelikle amacımız sinyalin belirli bir noktanın üstüne yükselmesini önlemek olduğundan bu noktayı sistemimizde belirleyebilmemiz gerekir. Dolayısı ile bunu gerçekleştirecek fonksiyona Threshold denir. Yani threshold kompresörün girişindeki sinyalin genliğinde müsaade edilecek en tepe noktadır. Dolayısı ile kompresöre uygulanan ses sinyali bu tepe noktayı geçtiği anda devre sinyale kompresyon uygulayacaktır.

Sinyalin threshold’un üzerindeki kısmına kompresyon uyguladığımızda eğer sinyalin bu noktadan daha ileriye gitmesini tamamen önlersek bu noktanın altındaki sinyallerin ürettiği tranziyentleri (transient) de tamamen keseceğimizden kompresörün çıkışında alacağımız ses donuk ve kuru olacaktır. Bu vokal ve akustik enstrumanlarda çok önemli. Bu tranzientleri belirli bir oranda sinyalin içinde tutmak sese biraz tatlılık verecektir. Yani baklavanın şurubunu tamamen süzmek yerine içinde birazcık bırakmak gibi. Dolayısı ile uygulanacak bu kompresyon miktarına Ratio denir. Yani ratio girişteki sinyal threshold’un belirlediği seviyenin üzerine çıktığ anda uygulanacak kompresyon miktarıdır. Mesela ratio 2:1 olarak seçilmişse sinyalin threshold’da belirlenen seviyesi üzerinde oluşan, diyelim 3dB artış kompresörün çıkışındaki sinyalde sadece 1.5dB lik bir artışa neden olacaktır.

Sinyal threshold’un üst noktasına çıktığı aynı anda kompresyona maruz kalırsa kompresörün çıkışındaki sinyalde çok bariz bir darbe sesi duyarız. Örnek olarak arabanızı düşünün. Daha park halinde iken gaza bir anda yüklendiğinizde ne olur. Dolayısı ile kompresör bir zaman birimi içinde bu üst sinyale reaksiyonda bulunması gerekir ki geçiş yumuşak olsun. Bu reaksiyon zamanını Attack belirler. Aynı şekilde bu üst sinyal kompresyona uğradığı andan itibaren kompresörün kazancının normal seviyesine dönmesi de. Yani bırakma zamanı. Yine örnek olarak arabanız istediğiniz hıza ulaştığı anda durdurmak için frene aniden basmanız gibi. Bu bırakma zamanını da Release belirler.

Temel bir kompresör devresi

Devrenin Analizi

Ses sinyali R1 üzerinden U1’in çevirimsiz girişine uygulanır. R1 girişe uygulanan akımı sınırlarken R2 girişi istikrarlı tutar. R3 ve R4 girişe uygulanan sinyalde R1 ve R2’den dolayı oluşan kaybı tazmin eder.

OP1 atenüatör (atenuator) yani zayıflatıcı görevini görür. İçindeki ışığa bağlı rezistansın (LDR) normalde değeri yüksektir. Fakat üzerine ışığın düştüğü oranda bu rezistansın değeri düşer ve girişe uygulanan sinyali zayıflatır. Kompresyon fonksiyonunun püf noktası da burasıdır. Yani bu rezistansın değerini kontrol ederek ve dolayısı ile girişe uygulanan sinyali şaseye yaklaştırarak zayıflatıp kompresyon uygulamış oluruz.

(Burada OP1 yerine U1’in geri besleme katında (R3-R4) bir FET vasıtası ile U1’in kazancını kontrol ederek girişteki sinyale atenüate de uygulayabiliriz. Tabii bunu yaparken çok dikkat edilmesi gereken nokta FET’in omik karakteristiğinden faydalanırken linearitesini iyi sağlamak ve gürültü olasılığına da göz önünde bulundurmak.)

U2’nin asıl görevi çıkışta yine tampon görevi görmesi. Bunun nedeni de devrenin kendi iç empedansında oluşan değişmelerden dolayı bir sonraki katın (cihazın) yüklemeye ya da yüklenmeye sebep olmaması. Burada U2’yi birim kazanç (unity gain) konumunda da kullanabilirdik. Ama VR1 vasıtası ile kazancını ayarlanabilir yaparak çıkışa ekstra kazanç ekleme fonksiyonundan faydalandık, yani Make-up Gain fonksiyonu. R5 ve R6 geri beslemede istikrarlığı sağlarken C1 şase kaldırma (ground lift) görevi yaparak op-amp’ın DC istikrarlığını arttırır. Ayrıca iyi seçilen bir değerle güç kaynağından gelebilecek 50Hz altı gürültüleri de keser.

U3’ün görevi R7-R8-R9 ve D1-D2 vasıtası ile ses sinyalini DC’ye rektifiye etmektir. Burada detaya girmeyeceğim zira bu çok standart bir uygulama ve op-amp’lar ile ilgili herhangi bir kitaptan bakabilirsiniz. U1’in çıkışından alınan AC sinyal U3 vasıtası ile DC’ye rektifiye edilip VR2 , R11 ve VR3 üzerinden U4’ün çevirimsiz (non-inverting) girişine uygulanmıştır.

U4, çevirici girişine bağlanmış R18, R12, D3 ve çıkışındaki D4 ile birlikte bir voltaj karşılaştırıcısı (comparator) oluşturur. Yani çevirici ve çevirici olmayan girişlerine uygulanan voltaj değerlerini karşılaştırıp aralarındaki farka göre çıkışında bir değer belirler. Bu karşılaştırıcının alt threshold değeri tasarımda matematiksel olarak belirlenir (-10, -20, -30dB vs.) VR2 bu rektifiye edilmiş sinyali zayıflatma işlemini görür.Dolayısı ile Threshold fonksiyonunu belirler.

U4 çevirimci girişindeki değer yükselmeye başladığı anda D4 ve R16
üzerinden Q1 transistörünü aktive eder. Bu değişmeye reaksiyon zamanı da VR3 ile belirlenir. Dolayısı ile Attack fonksiyonunu belirler. Q1 kollektörüne bağlı OP1’i R10 üzerinden toprağa bağlayarak OP1’in içindeki LED’yi yakar. Üzerine LED’nin ışığının düşmesi ile OP1 in içindeki LDR’ın rezistans değeri düşer ve girişteki sinyali zayıflatır.

Q1 aktive olduğu anda D4 üzerinden C3 şarj olmaya başlar. U4’ün çıkışı kesildiğinde (off) C3 yine R16 üzerinden Q1’in bazına deşarj olarak Q1’i aktive (on) durumunda tutar. Yalnız aynı anda VR5 üzerinden de toprağa deşarj olmaya da başlar. VR5 burada C3 ‘ün deşarj zamanını kontrol ettiğinden Release fonksiyonunu belirler.

VR4 Q1’in emiter’inden U4’e uygulanan negatif geri besleme miktarını belirlediğinden Ratio fonksiyonunu oluşturur.

Cemal