Compresores Lineales

El funcionamiento de estos compresores es tal que amplifican las señales inferiores a un nivel de referencia llamado punto de rotación PR, atenuando los niveles de señal superiores a este. Además la atenuación o la amplificación, será tanto mayor cuanto más diferente sea el nivel de la entrada del nivel de rotación.

La mejor forma de entender el funcionamiento de un procesador de dinámica es estudiar su curva de transferencia. La figura 7 muestra la curva de transferencia de niveles, de un compresor lineal.

Figura 7.

• El eje horizontal corresponde a los niveles de la señal de entrada al compresor,
• El eje vertical a los niveles de la señal de salida, ambos en dB.
• La bisectriz de los ejes representa el comportamiento de un sistema de ganancia unidad, G = 1.
• La recta C representa la función de transferencia de niveles de entrada-salida del compresor lineal; dicha recta corta a la bisectriz en el punto de rotación PR (también llamado Umbral o Threshold).

El sistema queda definido por dos magnitudes:

• el Punto de Rotación PR definido como el nivel para el cual el sistema actuó con ganancia unidad, y
• la pendiente de la recta dada por la Relación de Compresión RC (también llamado Ratio), definida como la variación en dB que se debe producir en la señal de entrada para obtener en la salida una variación de 1 dB.

Para niveles de entrada superiores al nivel PR, el compresor atenúa la señal; para niveles inferiores a PR la amplifica.

Figura 8.

En la figura 8, tenemos otra forma de representar la alteración de los niveles que produce el sistema del ejemplo con el Punto de Rotación situado en los 0 dB, y una Relación de Compresión de 2:1.Se puede observar la compresión producida por el sistema, y como el margen dinámico de la señal de entrada queda reducido a la salida en un factor igual a RC (de 100 dB se pasa a 50 dB).Así, una variación de +20 dB en la señal de entrada queda reducida a una variación de +10 dB en la salida, atenuación (determinada por la RC 2:1).

Los niveles inferiores al PR son amplificados, de forma que un nivel de -20 dB de entrada aparece en la salida con -10 dB, y por lo tanto ha sufrido una ganancia de 10 dB, amplificación. Y los niveles superiores al PR son atenuados, de forma que un nivel de entrada de +20 dB aparece en la salida con un nivel de +10 dB. 

En la curva C, de figura 7, se observa que un margen dinámico de entrada de +20 dB se ha convertido en un margen de +10 dB de salida, se dice que este compresor funciona con una relación de compresión RC (Ratio) de 2 a 1, (2:1):11

Esta RC igual a 2 indica que si la entrada de programa tiene una cierta dinámica la salida se tendrá la mitad de esa dinámica; por ejemplo, un programa de 100 dB de dinámica original, se comprimirá a 50 dB en la salida, (figura 8) pudiendo grabarse con la facilidad en un magnetófono profesional.

(dinámica de salida = dinámica de entrada / RC)  :> (100 / 2 = 50)

Para el cálculo de los niveles de salida en función de la RC y el PR podemos auxiliarnos de la expresión:

La cual nos liga todos los parámetros del sistema. Como se aprecia, la ecuación que liga estos niveles (y como se ve en la figura 7) corresponde a la de una recta, siendo por esto denominado este compresor "lineal". Hay que hacer constar que esta "linealidad" es para la transferencia en dB, y que no corresponde a un tratamiento lineal de la amplitud de la señal, ya que cada nivel es tratado con una amplificación distinta. Vamos a desarrollar la ecuación anterior para obtener la relación de amplitudes entre entrada y salida, por lo que suponemos que los dB están tomados con respecto a una referencia Vr

Así obtenemos que la tensión de salida es proporcional a la raíz RC de la tensión de entrada, con lo que la ganancia Vs / Ve es función del valor de Ve. En los compresores comerciales, la relación de compresión es seleccionable por el usuario, siendo valores usuales los de 1,5:1, 2:1, 4:1, 8:1, admitiendo variaciones de RC de 1 hasta ∞.

En la figura 6.11 se representan las funciones de transferencia de un sistema con distintas relaciones de compresión. Nótese como a medida que se aumenta la RC, la acción compresora se vuelve más enérgica, efectuándose una mayor reducción de la dinámica en la salida.

Figura 6.11. Variación de la relación de compresión (ratio)

Además de poderse variar la RC, también suele ser variable el nivel del punto de rotación PR o umbral (Threshold). Es interesante poderlo variar ya que con él desplazamos el nivel de la señal de entrada en el cual se realiza el cambio de atenuar la señal a amplificarla (figura 10), y por tanto se puede adaptar mejor el margen dinámico de la señal.

Figura 10.

Vistas las posibilidades de variación de la RC y el PR es fácil acomodar cualquier dinámica a las nuestras exigencias, y aunque teóricamente es cierto presenta serias desventajas.

• Por un lado, los compresores lineales, cuya curva de transferencia sea como la dada en la figura 7, presentan un problema cuyo origen es que dichos compresores modifican más la señal cuanto menor es el nivel de entrada de ésta. Por ejemplo con el compresor citado, que trabaja con una RC de 2:1, una señal de -20 dB saldrá de él a un nivel de –10 dB, mientras una señal de -80 dB saldrá a un nivel de -40 dB. En el caso de señal alta, la ganancia aplicada ha sido de 10 dB, mientras para el nivel débil la ganancia ha sido de 40 dB, mucho mayor. Por lo tanto, la pendiente de compresión, lejos de mantenerse constante para todos los niveles, varia en simpatía con el propio nivel de entrada. Así pues, tanto el Umbral como la Relación de Comprensión, se regulan de modo aproximado con un único mando que actúa sobre la ganancia del preamplificador de entrada. Casi siempre se complementan con un preamplificador de salida (ganancia de salida), que compensa la pérdida de nivel como consecuencia de la compresión, y permite aparejar el nivel de entrada con el de salida.

• Cuanto mayor sea la relación de compresión deseada, más elevada debe ser la ganancia del preamplificador de entrada, provocando que el Amplificador de Ganancia Controlada (VAC) produzca variaciones de ganancia considerables (el circuito detector trabajará de forma inestable), generando elevadas tasas de distorsión (si no se cuida escrupulosamente el diseño de este último, el ruido exagerará lo indecible el efecto de respiración, como veremos en el apartado “Características Dinámicas de los Compresores”).De esta forma, cuando RC se toma de valor elevado, la acción compresora es más enérgica por ejemplo, una relación de compresión 4:1 convertirá 100 dB de dinámica de entrada en sólo 25 dB de dinámica de salida. Esta compresión tan fuerte exige de ganancia elevadas (en Vc), que fácilmente originarán fuertes distorsiones en el proceso. La compresión infinita (una posibilidad fácilmente alcanzable con otros diseños) resulta imposible de obtener con este sistema ya que, la ganancia debería ser también infinita; a todas luces una utopía. En general, este tipo de compresores carecen de ajuste de Umbral en el sentido estricto ya que, éste, viene fijado por las características de la propia circuitería.

Expliquemos este último punto con más detalle (figura 11): supongamos un compresor de RC 2:1 y un PR situado en 0 dB. Si el compresor recibe una señal de -80 dB aplicando la expresión del nivel de salida, vemos que deberá de aparecer en la salida con un nivel de -40 dB debiendo de sufrir por lo tanto una amplificación de 40 dB. Si la señal de entrada es de -20 dB,en la salida aparecerá como -10 dB, con lo que la amplificación aportada es de tan solo 10 dB. Si un compresor recibe un transitorio (ataque) con un salto de nivel de -80 a -20 dB deberá cambiar su ganancia rápidamente de 40 a 10 dB. En un compresor este cambio de ganancia no puede realizarse instantáneamente, por lo que aparece un pico de señal (figura 11), que recibe el nombre de Distorsión Transitoria.

El problema estriba en que el VAC varia su ganancia cuando recibe del detector la información del cambio del nivel de entrada. Sin embargo, el detector no puede informar al Amplificador de Ganancia Controlada instantáneamente de la aparición de un cambio de nivel, tardando un cierto intervalo de tiempo en reaccionar y enviar esta información de cambio. Por ello el VAC mantiene un cierto tiempo la ganancia inicial (40 dB), aún cuando ya lo esté atravesando el nivel alto. El resultado es que se amplifica excesivamente el ataque de la señal apareciendo un pico de distorsión transitoria, que puede ser muy audible.

La solución a este problema es evitar unas grandes excursiones de la ganancia, lo cual se lleva acabo utilizando unas bajas relaciones de compresión. Otra solución a este problema es evitar que las señales de entrada de bajo nivel se vean amplificadas tan fuertemente (generando distorsión), limitando estas grandes variaciones de ganancia, haciendo que las señales de bajo nivel sean amplificadas todas en la misma magnitud, hecho que da lugar a los compresores de ganancia constante.