Présentation
Ce montage est destiné à compresser la dynamique d'un signal audio, c'est à dire à réduire l'écart entre les niveaux sonores les plus faibles et les niveaux sonores les plus élevés. Sa conception repose sur l'emploi d'un amplificateur opérationnel dont le gain est modifié par le biais d'un transistor à effet de champ (FET). Il s'agit d'un appareil simple à construire, mais dont il ne faut pas abuser car à partir d'un certain taux de compression, cela commence à s'entendre... et pas forcement de façon très agréable. Un seul circuit intégré courant, quelques composants à côté, ça tient moins de place qu'un ordinateur équipé d'un logiciel d'édition audio bourré de "plugins" de traitements sonores. Mais ça ne permet pas de faire les mêmes choses, on est bien d'accord. Vous comprendrez donc qu'il s'agit là d'un outil d'expérimentation, qui permet de se faire la main sur la technique de compression de dynamique avec des moyens analogiques simples.
Un ou deux petits rappels...
Avant d'entrer dans le vif du sujet, il convient de rappeler comment on peut réaliser un amplificateur en tension avec un AOP monté en amplificateur non-inverseur. Le schéma qui suit correspond à une des deux parties qui constituent le compresseur : on peut ajuster le gain de l'amplificateur, mais seulement de façon manuelle, avec le potentiomètre RV1.
Sur ce schéma simplifié mais néanmoins complet pour la fonction qu'il remplie (c'est à dire d'amplificateur), l'entrée s'effectue sur l'entrée non-inverseuse de l'AOP U1:A (borne 3). Cette entrée est polarisée avec une tension continue égale à la moitié de la tension d'alimentation, grâce au pont diviseur constitué de R1 et de R2. Cette demi-tension d'alimentation constitue une masse virtuelle. Le condensateur de liaison C1 empêche que cette tension continue ne retourne vers la source sonore, tout comme il évite qu'une tension continue externe ne vienne perturber le système en décalant trop cette tension de polarisation. Le gain général de l'ampli (Av) est déterminé par la valeur des résistances R3, R4 et RV1, selon la formule suivante :
Av = 1 + (R3 + RV1) / R4
Si la valeur de RV1 augmente, le gain de l'ampli augmente, et si sa valeur diminue, le gain diminue en conséquence. De même, mais en sens inverse, pour R4 : si sa valeur diminue, le gain de l'ampli augmente, et si sa valeur augmente, alors le gain diminue. On peut donc imaginer remplacer RV1 ou R4 par une résistance dont la valeur est fonction de l'amplitude du signal d'entrée, pour assurer une régulation automatique du gain de l'amplificateur. Pour cela, il existe plusieurs méthodes, dont certaines sont brièvement traitées à la page Bases - Compresseurs de modulation. Si vous avez lu le paragraphe de présentation, vous savez déjà que la méthode retenue est celle du FET (Field Effect Transistor = transistor à effet de champ) monté en résistance variable. Mais le mieux est maintenant d'aller au schéma complet.
Schéma
Si on retire le transistor FET du schéma (Q1 en bas à gauche), il ne reste guère que des composants traditionnels.
Ah... parce que le FET n'en fait pas partie ?
Schéma du 07/03/2010
Par rapport au schéma "de rappel", quelques composants ont été ajoutés. Un second AOP U1:B, est monté lui aussi en amplificateur de tension, avec un gain qui dépend de la position du potentiomètre RV2. Le signal issu de ce second ampli, vérifiable au point test TP1, est redressé grâce à l'ensemble de composants qui se trouvent en bas à droite du schéma, et notemment D1, D2, C3 et C4. Cette section de redressement permet d'obtenir une tension continue dont la valeur est proportionnelle à l'amplitude du signal audio, cette tension continue est mesurable au point test TP2. Notez dès maintenant que la polarité de cette dernière est négative, vu le sens dans lequel sont montées les deux diodes de redressement D1 et D2. La tension continue ainsi obtenue, qui est d'autant plus négative que le signal audio est fort, est appliquée sur la grille (Gate) au transistor FET, modifiant ainsi la résistance ohmique entre ses deux pattes Source et Drain. Si vous jetez à nouveau un petit oeil sur le schéma de rappel, vous constaterez que la résistance Drain-Source du FET est cablée dans le circuit de réaction de l'AOP U1:A, et que de ce fait elle va modifier son gain.
Pour résumer :
- Si l'amplitude du signal audio appliqué à l'entrée du compresseur est nulle ou faible, l'amplitude du signal en sortie de U1:B (TP1) est nulle ou faible, la tension continue redressée (TP2) est nulle et la résistance Drain-Source du transistor FET est faible. Le gain de l'amplificateur construit autour de U1:A est élevé.
- Si l'amplitude du signal audio appliqué à l'entrée du compresseur augmente, l'amplitude du signal en sortie de U1:B (TP1) augmente aussi, la tension continue redressée (TP2) devient de plus en plus négative (de 0 V elle grimpe vers -1 V ou -2 V par exemple) et la résistance Drain-Source du transistor FET devient dans ce cas de plus en plus grande. Le gain de l'amplificateur construit autour de U1:A est ainsi abaissé.
Remarques additionnelles :
- La résistance R4 est là pour fixer la valeur du gain minimum en présence de signal audio de grande amplitude, moment où la résistance Drain-Source du FET est élevée.
- La tension alternative (signal audio) disponible en sortie de l'amplificateur principal U1:A prend deux chemins distincts, en même temps. D'une part le signal BF aboutit sur un connecteur de sortie (ici la prise jack J2), et d'autre part, il passe dans un l'amplificateur composé de U1:B, dont le gain est ajustable par RV2.
- Le condensateur C3 bloque la composante continue en sortie de l'AOP U1:B, qui est de 7,5 V environ. Sans ce condensateur, le transistor FET serait toujours bloqué et le système ne fonctionnerait pas du tout.
- La valeur de C4 est élevée en regard de la plage de fréquence des signaux audio à traiter, et l'impédance de la sortie de U1:B ainsi que celle de la diode D1, sont suffisement faibles pour en assurer une charge rapide. Modifier sa valeur contribue à rentre le système plus ou moins réactif, la sonorité finale du compresseur dépend énormément de sa valeur. Je vous conseille de faire des tests avec des valeurs comprises entre 470 nF et 10 uF pour C4. Vous verrez, ça vaut vraiment le coup d'essayer ! Sa décharge est notablement plus longue, car elle ne peut se faire quasiment qu'au travers de la résistance R6, de valeur élevée. Profitons-en pour dire que l'ajout d'une résistance (variable) de valeur modeste en série entre la diode D1 et le condensateur C4, permettrait de jouer sur le temps d'attaque (charge de C4). Et que le remplacement de R6 par une résistance fixe de plus faible valeur avec un potentiomètre en série, permettrait de jouer sur le temps de relachement (décharge de C4). Bref, quelques lignes suffisent pour faire le tour de ce montage, qu'on peut donc je pense qualifier de simple.
- Du fait même de sa conception, ce montage réclame un signal d'entrée dont l'amplitude doit être limitée à quelques 100 mV, car en absence de compression l'étage d'entrée apporte beaucoup de gain. C'est la raison d'être du potentiomètre en entrée, qui ne devra sans doute que rarement être monté à fond.
Visualisation de l'efficacité de la compression :
Solution 1
Avec un vumètre stéréo : voie gauche du vumètre pour visualiser le signal entrant, et voie droite du vumètre pour visualiser le signal sortant (compressé). Bien entendu, il faut calibrer la sensibilité des deux voies du vumètre pour que ce qu'il affiche soit parlant.
Solution 2
Avec un vumètre ou un voltmètre rapide, affichant la tension continue redressée qui pilote le FET (mesure en TP2). Cette façon de faire permet de voir la force de l'atténuation. Bien souvent, l'affichage de l'efficacité de la compression est réalisé en "inverse", avec un bargraphe monté de telle sorte qu'en absence de modulation tout est éteint, et qu'en présence d'une modulation forte, l'indicateur lumineux descend (comme un vumètre de niveau mais dont le bas se retrouve en haut). Et rappellez-vous que la tension en TP2 est négative...
Corrections et remarques
31/07/2011
- Correction descriptif fonctionnement autour du transistor FET. J'indiquais que la résistance de l'espace Drain-Source du FET diminuait quand l'amplitude du signal audio appliqué à l'entrée augmentait. C'est bien sûr l'inverse qui se produit.
07/03/2010
- Modification emplacement diode D2. Cette diode était montée après la diode D1 au lieu de l'être avant (et donc à gauche de D1 sur le schéma au lieu d'être à sa droite). Le compresseur fonctionnait tout de même mais avec une efficacité moindre car la tension négative obtenue après redressement par ces deux diodes (point TP2) était un peu plus faible que celle attendue.