Sujet La compression VCA !
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merci beaucoup c'est un plaisir !!
Pourquoi pas y songer dans un avenir plus ou moins proche... ?
Nous allons en tout cas reprendre très bientôt les hostilité avec la partie plus "pratique"/expérimentale... J'ai passé un grand nombre d'heures à tester des dizaines de configurations et de montage de compresseur, il y a vraiment de quoi faire des trucs très très chouette pour un prix raisonnable !!
linn134
14850
Drogué·e à l’AFéine
Hors sujet :
J'en suis déjà à un premier cahier rempli de notes. Offenbach, c'est passionnant mais j'ai peur que le budget papeterie explose avant le budget électronique.
Un grand merci. C'est un régal ce sujet. Bravo.
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offenbach
7190
Je poste, donc je suis
offenbach
7190
Je poste, donc je suis
Citation de linn134 :
Hors sujet :J'en suis déjà à un premier cahier rempli de notes. Offenbach, c'est passionnant mais j'ai peur que le budget papeterie explose avant le budget électronique.
Un grand merci. C'est un régal ce sujet. Bravo.
merci beaucoup c'est un plaisir !!Hors sujet :
Je crois qu'il faut que tu profites de promos de rentrée bientôt pour faire le plein de cahier
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offenbach
7190
Je poste, donc je suis
Quant au budget électronique, c'est en réalité une vraie question qu'il faut toujours garder à l'esprit lorsqu'on développe une machine !! Si un jour j'écris un bouquin là-dessus (ça m'évitera d'acheter encore un cahier ) je pourrai consacrer un chapitre entier à cette problématique !
) je pourrai consacrer un chapitre entier à cette problématique !Site officiel et boutique en ligne du Studio Delta Sigma https://www.studiodeltasigma.com
philrud
3665
Squatteur·euse d’AF
Citation d'Offenbach :
Justement : un livre ! Un livre ! Un livre !
Citation :
Mais si on voulait traiter ce sujet en profondeur il y faudrait un livre entier !!
Justement : un livre ! Un livre ! Un livre !
Mon soundcloud Good times !
offenbach
7190
Je poste, donc je suis
Citation de philrud :
Citation d'Offenbach :
Citation :Mais si on voulait traiter ce sujet en profondeur il y faudrait un livre entier !!
Justement : un livre ! Un livre ! Un livre !
Pourquoi pas y songer dans un avenir plus ou moins proche... ?
Nous allons en tout cas reprendre très bientôt les hostilité avec la partie plus "pratique"/expérimentale... J'ai passé un grand nombre d'heures à tester des dizaines de configurations et de montage de compresseur, il y a vraiment de quoi faire des trucs très très chouette pour un prix raisonnable !!
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offenbach
7190
Je poste, donc je suis
Nous allons continuer notre dossier sur la compression VCA. Après la théorie, nous allons nous intéresser à présent à la dimension pratique et expérimentale autour des composants de bases du compresseur VCA : le VCA lui-même ainsi que le Détecteur RMS.
C. Etude d'un cas réel : le THAT4301 Analog Engine® Dynamics Processor
Il existe un grand nombre de modèle de VCA, et de Détecteur RMS. Pour un usage audio, mais pas uniquement. Chaque modèle a ses spécificités, ses caractéristiques, ses points forts et ses faiblesses... Aussi lors de la conception sérieuse d'une machine basée sur ces circuits il convient d'étudier très attentivement et en profondeurs tous les détails, de comparer les marques, les produits...
Pour ce qui nous intéresse, voulant principalement présenter les fondamentaux de la compression VCA, je m'intéresserai ici à un circuit de la Marque THAT corporation. Cette marque découle assez naturellement de la marque dbx, elle-même pionnière dans les VCA audio dans les années 70. Si THAT produit des modèles rétrocompatibles avec les anciens VCA dbx (pour la maintenance d'ancienne machine en partie...), ils produisent aussi de nouveaux produits. Nous allons ici travailler avec le modèle THAT4301 Analog Engine® Dynamics Processor. Ce circuit possède pour nous plusieurs avantages :
- circuit intégré d'un coût raisonnable (environ 10/12€).
- il existe, outre la version CMS, en boitier classique à 20 broches, donc facile à mettre en oeuvre dans un contexte de prototype ou d'expérimentation.
- il combine à la fois un VCA et un détecteur RMS, les 2 parfaitement calibrés l'un pour l'autre. Cela nous garanti une plus grande simplicité du schéma et une meilleure précision dans le résultat.
- THAT incorpore en outre 3 amplificateurs opérationnels directement au sein du circuit intégré, pour diminuer encore davantage le besoin en composants extérieurs.
Bref comme on peut le voir le THAT4301 contient tous les éléments principaux pour la conception d'un traitement dynamique de qualité.
Voici le lien du datasheet, d'où nous tirerons toutes les informations concernant la mise en pratique du composant : http://www.thatcorp.com/datashts/THAT_4301_Datasheet.pdf
Le 4301 se présente donc sous forme d'un boitier classique DIP 20 broches (même s'il existe une version CMS) :
Voici la synoptique de ce qu'il contient :
Nous distonguons clairement :
- le VCA (broches 13, 14, 15, 16, 17)
- le détecteur RMS (broches 1, 2, 4, 5)
- les 3 AOP intégrés (18, 19, 20 | 6, 7, 8 | 12, 13)
Remarquons tout de suite que le 3eme AOP (noté OA3) est déjà relié à la sortie du (13) du VCA, et son entrée non inverseuse est reliée en interne à la masse. Nous verrons plus loin pourquoi.
Outre cela, il y a :
- une alimentation symétrique VCC/VEE (10, 11).
- une liaison à la masse GND (9).
Nous allons à présent analyser la mise en oeuvre du VCA et du Détecteur RMS. Nous reviendrons sur les AOP plus tard, lors de la conception générale du compresseur (4eme partie).
1. Mise en oeuvre de son VCA
Le VCA est un "current IN/Current OUT", c'est à dire qu'on ne lui fournit pas une tension en entrée, mais un courant. Idem pour la sortie. Comme nous utilisons généralement une tension pour transporter le signal sonore, il nous faudra donc convertir la tension en courant avant d'entrer dans le VCA. De même en sortie il faudra convertir le courant en tension, afin d'aller dans le "monde extérieur"...
Cela n'est pas bien difficile à faire. En effet pour convertir une tension en courant, il suffit d'intercaler une résistance !
Dans l'autre sens (courant => tension) on peut réaliser facilement un convertisseur courant-tension de la manière suivante :
Et finalement il faudra donc intercaler le VCA de cette manière-là :
Si on fait abstraction du VCA, on peut reconnaitre le schéma classique du montage AOP inverseur, dont le gain est -R2/R1. Si R2 = R1, et que le VCA n'apporte aucun gain, alors la sortie du montage sera identique à l'entrée. On voit donc qu'on peut modifier facilement le gain de "base" (c'est-à-dire lorsque le VCA n'apporte aucun gain), en jouant sur le ratio des résistances R1 et R2.
Concernant la sortie du VCA, il est à noter (comme par hasard...) que la sortie du VCA est inversée par rapport à l'entrée. Ainsi sa conjugaison avec le convertisseur courant-tension que nous avons indiqué au-dessus redresse le signal pour le rendre identique à l'entrée. C'est exactement pour cela que, en interne, le VCA du 4301 a sa sortie directement reliée à l'entrée inverseuse d'un des AOP. Ainsi il n'y a plus qu'à ajouter une résistance R2 de la valeur souhaitée (ainsi qu'une petite capacité de quelques picofarad pour la stabilité du circuit) afin de réalisé l'étage de sortie du VCA :
Pour le choix des valeurs, le fabricant indique une valeur typique du courant d'entrée de 175µA, et maximum de 750µA (valeur RMS). Pour un signal de 10VRMS (ce qui est déjà très fort !!), et une résistance de 20K cela représente un courant à l'entrée du VCA de :
I = U/R = 10V / 20K = 10/20000 = 0,0005A = 500µA.
On voit qu'on s’approche de la valeur limite (750µA) mais on est encore dans les clous.
En revanche il est conseillé de garder les niveaux de crêtes en entrée <1mA. Il s'agit donc de proportionner correctement R1 de façon à ce que le niveau moyen du signal d'entrée provoque un courant autour des 175µA demandé. Le fabricant nous met aussi en garde contre d'éventuelles composantes continues en entrée qui peuvent perturber le bon fonctionnement du VCA. Nous placerons donc en tête un condensateur de liaison suffisamment large pour ne pas couper le grave du signal (47µF).
Après l'entrée et la sortie, regardons de plus près les broches Ec- et Ec+ qui servent à piloter le gain du VCA.
On peut vouloir que le gain augmente lorsque la tension de commande augmente, dans ce cas on pilote le VCA depuis Ec+. Si au contraire on désire que le gain diminue lorsque la tension de commande augmente, alors in pilote depuis Ec-. Dans les deux cas le coefficient entre le gain A(dB) du VCA et la tension de commande Ec est toujours le même : 6,5mV/dB.
Pour une utilisation basique, si on pilote depuis Ec+, alors Ec- est relié à la masse. Au contraire si on désire piloter sur Ec- alors on place Ec+ à la masse.
Cela signifie que toute augmentation de la tension de commande de 6,5mV provoquera une augmentation du gain du VCA de 1dB si on pilote depuis Ec+, mais une diminution du gain de 1dB si on commande depuis Ec-.
Si on veut augmenter/diminuer de 10dB par exemple, on appliquera une tension de +-65mV au VCA.
Voici la caractéristique Gain(dB) vs. Tension de commande sur EC- pour le 4301 (donc avec Ec+ relié à la masse) :
En réalité ce qu'il faut bien comprendre c'est que le gain du VCA est proportionnel à (Ec+ - Ec-), donc la différence des deux entrées. On pourrait bien imaginer piloter le VCA à la fois par EC+ et par Ec- !
Afin de garantir une parfaite symétrie du signal en sortie du VCA, le 4301 possède une broche SYM qui complexifie un peu le circuit. En fait la broche SYM doit être maintenue au même potentiel que Ec+, mais avec un petit offset de l'ordre de 2,5mV. On peut jouer sur cet offset afin d'améliorer la symétrie et donc faire diminuer la distorsion interne du VCA.
* Dans le cas d'une commande du VCA par Ec-, on placera EC+ à la masse, et on ajustera avec un ajustable l'offset nécessaire sur la broche SYM de cette manière :
* Dans le cas d'une commande du VCA par Ec+, on placera EC- à la masse. On ajustera aussi via un TRIM l'offset sur la broche SYM, mais on la reliera à l'entrée EC+ (via une résistance) afin de garder l'offset entre Ec+ et SYM, malgré les variations d'Ec+, de cette manière-là :
On voit que la commande par EC- est en soit légèrement plus facile que par Ec+, mais l'une comme l'autre est possible, et même les deux en même temps si on le souhaite !
Voilà les fondamentaux à savoir sur notre VCA pour pouvoir l'utiliser. Finalement rien de bien compliqué ! Le tout sera de bien préparer la tension de commande, en gardant toujours à l'esprit la relation : 6,5mv/dB !
A suivre, la mise en oeuvre du détecteur RMS...
C. Etude d'un cas réel : le THAT4301 Analog Engine® Dynamics Processor
Il existe un grand nombre de modèle de VCA, et de Détecteur RMS. Pour un usage audio, mais pas uniquement. Chaque modèle a ses spécificités, ses caractéristiques, ses points forts et ses faiblesses... Aussi lors de la conception sérieuse d'une machine basée sur ces circuits il convient d'étudier très attentivement et en profondeurs tous les détails, de comparer les marques, les produits...
Pour ce qui nous intéresse, voulant principalement présenter les fondamentaux de la compression VCA, je m'intéresserai ici à un circuit de la Marque THAT corporation. Cette marque découle assez naturellement de la marque dbx, elle-même pionnière dans les VCA audio dans les années 70. Si THAT produit des modèles rétrocompatibles avec les anciens VCA dbx (pour la maintenance d'ancienne machine en partie...), ils produisent aussi de nouveaux produits. Nous allons ici travailler avec le modèle THAT4301 Analog Engine® Dynamics Processor. Ce circuit possède pour nous plusieurs avantages :
- circuit intégré d'un coût raisonnable (environ 10/12€).
- il existe, outre la version CMS, en boitier classique à 20 broches, donc facile à mettre en oeuvre dans un contexte de prototype ou d'expérimentation.
- il combine à la fois un VCA et un détecteur RMS, les 2 parfaitement calibrés l'un pour l'autre. Cela nous garanti une plus grande simplicité du schéma et une meilleure précision dans le résultat.
- THAT incorpore en outre 3 amplificateurs opérationnels directement au sein du circuit intégré, pour diminuer encore davantage le besoin en composants extérieurs.
Bref comme on peut le voir le THAT4301 contient tous les éléments principaux pour la conception d'un traitement dynamique de qualité.
Voici le lien du datasheet, d'où nous tirerons toutes les informations concernant la mise en pratique du composant : http://www.thatcorp.com/datashts/THAT_4301_Datasheet.pdf
Le 4301 se présente donc sous forme d'un boitier classique DIP 20 broches (même s'il existe une version CMS) :
Voici la synoptique de ce qu'il contient :
Nous distonguons clairement :
- le VCA (broches 13, 14, 15, 16, 17)
- le détecteur RMS (broches 1, 2, 4, 5)
- les 3 AOP intégrés (18, 19, 20 | 6, 7, 8 | 12, 13)
Remarquons tout de suite que le 3eme AOP (noté OA3) est déjà relié à la sortie du (13) du VCA, et son entrée non inverseuse est reliée en interne à la masse. Nous verrons plus loin pourquoi.
Outre cela, il y a :
- une alimentation symétrique VCC/VEE (10, 11).
- une liaison à la masse GND (9).
Nous allons à présent analyser la mise en oeuvre du VCA et du Détecteur RMS. Nous reviendrons sur les AOP plus tard, lors de la conception générale du compresseur (4eme partie).
1. Mise en oeuvre de son VCA
Le VCA est un "current IN/Current OUT", c'est à dire qu'on ne lui fournit pas une tension en entrée, mais un courant. Idem pour la sortie. Comme nous utilisons généralement une tension pour transporter le signal sonore, il nous faudra donc convertir la tension en courant avant d'entrer dans le VCA. De même en sortie il faudra convertir le courant en tension, afin d'aller dans le "monde extérieur"...
Cela n'est pas bien difficile à faire. En effet pour convertir une tension en courant, il suffit d'intercaler une résistance !
Dans l'autre sens (courant => tension) on peut réaliser facilement un convertisseur courant-tension de la manière suivante :
Et finalement il faudra donc intercaler le VCA de cette manière-là :
Si on fait abstraction du VCA, on peut reconnaitre le schéma classique du montage AOP inverseur, dont le gain est -R2/R1. Si R2 = R1, et que le VCA n'apporte aucun gain, alors la sortie du montage sera identique à l'entrée. On voit donc qu'on peut modifier facilement le gain de "base" (c'est-à-dire lorsque le VCA n'apporte aucun gain), en jouant sur le ratio des résistances R1 et R2.
Concernant la sortie du VCA, il est à noter (comme par hasard...) que la sortie du VCA est inversée par rapport à l'entrée. Ainsi sa conjugaison avec le convertisseur courant-tension que nous avons indiqué au-dessus redresse le signal pour le rendre identique à l'entrée. C'est exactement pour cela que, en interne, le VCA du 4301 a sa sortie directement reliée à l'entrée inverseuse d'un des AOP. Ainsi il n'y a plus qu'à ajouter une résistance R2 de la valeur souhaitée (ainsi qu'une petite capacité de quelques picofarad pour la stabilité du circuit) afin de réalisé l'étage de sortie du VCA :
Pour le choix des valeurs, le fabricant indique une valeur typique du courant d'entrée de 175µA, et maximum de 750µA (valeur RMS). Pour un signal de 10VRMS (ce qui est déjà très fort !!), et une résistance de 20K cela représente un courant à l'entrée du VCA de :
I = U/R = 10V / 20K = 10/20000 = 0,0005A = 500µA.
On voit qu'on s’approche de la valeur limite (750µA) mais on est encore dans les clous.
En revanche il est conseillé de garder les niveaux de crêtes en entrée <1mA. Il s'agit donc de proportionner correctement R1 de façon à ce que le niveau moyen du signal d'entrée provoque un courant autour des 175µA demandé. Le fabricant nous met aussi en garde contre d'éventuelles composantes continues en entrée qui peuvent perturber le bon fonctionnement du VCA. Nous placerons donc en tête un condensateur de liaison suffisamment large pour ne pas couper le grave du signal (47µF).
Après l'entrée et la sortie, regardons de plus près les broches Ec- et Ec+ qui servent à piloter le gain du VCA.
On peut vouloir que le gain augmente lorsque la tension de commande augmente, dans ce cas on pilote le VCA depuis Ec+. Si au contraire on désire que le gain diminue lorsque la tension de commande augmente, alors in pilote depuis Ec-. Dans les deux cas le coefficient entre le gain A(dB) du VCA et la tension de commande Ec est toujours le même : 6,5mV/dB.
Pour une utilisation basique, si on pilote depuis Ec+, alors Ec- est relié à la masse. Au contraire si on désire piloter sur Ec- alors on place Ec+ à la masse.
Cela signifie que toute augmentation de la tension de commande de 6,5mV provoquera une augmentation du gain du VCA de 1dB si on pilote depuis Ec+, mais une diminution du gain de 1dB si on commande depuis Ec-.
Si on veut augmenter/diminuer de 10dB par exemple, on appliquera une tension de +-65mV au VCA.
Voici la caractéristique Gain(dB) vs. Tension de commande sur EC- pour le 4301 (donc avec Ec+ relié à la masse) :
En réalité ce qu'il faut bien comprendre c'est que le gain du VCA est proportionnel à (Ec+ - Ec-), donc la différence des deux entrées. On pourrait bien imaginer piloter le VCA à la fois par EC+ et par Ec- !
Afin de garantir une parfaite symétrie du signal en sortie du VCA, le 4301 possède une broche SYM qui complexifie un peu le circuit. En fait la broche SYM doit être maintenue au même potentiel que Ec+, mais avec un petit offset de l'ordre de 2,5mV. On peut jouer sur cet offset afin d'améliorer la symétrie et donc faire diminuer la distorsion interne du VCA.
* Dans le cas d'une commande du VCA par Ec-, on placera EC+ à la masse, et on ajustera avec un ajustable l'offset nécessaire sur la broche SYM de cette manière :
* Dans le cas d'une commande du VCA par Ec+, on placera EC- à la masse. On ajustera aussi via un TRIM l'offset sur la broche SYM, mais on la reliera à l'entrée EC+ (via une résistance) afin de garder l'offset entre Ec+ et SYM, malgré les variations d'Ec+, de cette manière-là :
On voit que la commande par EC- est en soit légèrement plus facile que par Ec+, mais l'une comme l'autre est possible, et même les deux en même temps si on le souhaite !
Voilà les fondamentaux à savoir sur notre VCA pour pouvoir l'utiliser. Finalement rien de bien compliqué ! Le tout sera de bien préparer la tension de commande, en gardant toujours à l'esprit la relation : 6,5mv/dB !
A suivre, la mise en oeuvre du détecteur RMS...
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offenbach
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Je poste, donc je suis
2. Mise en oeuvre de son Détecteur RMS
Voyons maintenant comment utiliser le Détecteur RMS du THAT4301. Je vous préviens tout de suite, il y aura quelques formules (rien de bien méchant tout de même...). Le Détecteur est un composant assez "spécial", et qui demande un peu de patience pour être apprivoisé, afin d'en tirer tout le potentiel
Tout comme le VCA, celui-ci possède une entrée de courant. On entrera donc, comme pour le VCA, par une résistance, qui convertira en courant la tension du signal d'entrée. De la même façon il faudra un condensateur de liaison pour supprimer toute composante continue éventuelle, car elle nuit gravement à la précision du circuit !
La sortie, quant à elle, est une sortie en tension tout à fait classique. Je rappelle que celle-ci est proportionnelle au niveau RMS du signal à l'entrée du Détecteur, selon le même coefficient que le VCA : 6,5mV/dB.
Notons que le détecteur possèdes 2 autres broches : IT et CT.
- IT sert à définir par l'utilisateur une source de courant extérieure qui, en miroir, alimente un filtre logarithmique interne au Détecteur. Typiquement on connecte une résistance entre cette broche et l'alimentation négative (-15V). Le courant est défini simplement par la loi d'Ohm : I = U/R
- CT sert à relier un condensateur qui défini la fréquence de coupure du filtre en question. Le courant IT se retrouve sur CT avec un gain de 1,1. Le fabricant donne la relation entre la constante de temps ƫ, le courant IT qu'on a "programmé" sur la broche correspondante, et la valeur du condensateur CT : ƫ = 0,026.CT/IT
Prenons un petit exemple typique pour bien comprendre...
Supposons qu'on veut établir un courant de 7,5µA (valeur typique recommandée. Maximum 15µA et minimum 1,5µA). Avec une alimentation de 15V on doit donc placer une résistance de valeur :
R = U/I = 15 / 0.0000075 = 2 000 000 = 2Mohms
Pour une constante de temps ƫ de 32ms (fréquence de coupure de 5Hz, donc bien au-dessous de l'audible), on obtient une valeur pour le condensateur CT :
CT = (T.IT)/0,026 = 0.032*0.0000075/0.026 = 0.0000092 Farad = 9.2µF, soit une valeur courante de 10µF.
Il faut bien comprendre que tout est affaire de compromis... En effet si on s'en tient à la définition mathématique d'une valeur RMS, comme il s'agit d'un signal "aléatoire" qui va être mesuré par le détecteur, c'est à dire un signal totalement imprévisible (et non un sinus ou un triangle par exemple), il faudrait en théorie faire une moyenne sur un temps infini, c'est-à-dire après que l'intégralité du signal à mesurer soit passé dans le détecteur.
Cette approche-là est tout à fait impossible. On va donc moyenner sur un temps le plus long possible (donc grosse valeur du condensateur), afin que la valeur soit la plus réaliste possible, mais pas trop non plus afin de ne pas laisser passer des informations de niveaux importantes.... D'autre part si la valeur est trop faible, on va se retrouver avec une ondulation, et... de la distorsion !
Donc :
- Si on veut une réponse rapide, il faut diminuer la valeur du condensateur, mais on apportera de la distorsion...
- Si on veut une réponse plus lente on augmentera la valeur du condensateur.
L'attaque correspond au temps mis par le Détecteur à réagir à une augmentation soudaine de niveau, et le relâchement le temps mis pour revenir à l'état initial lorsque l'augmentation cesse brutalement.
A noter que si on désire une réponse RMS du détecteur, alors l'attaque et le relâchement (ATTACK / RELEASE) sont forcément liés par la nature même du filtre logarithmique du Détecteur.. Ainsi un compresseur RMS strictement, ne doit pas avoir de contrôle d'ATTACK et RELEASE... C'est le cas du bien vintage dbx160 :
Pour les valeurs mentionnées plus haut (IT = 7,5µA et CT = 10µF), qui sont les valeurs typiques recommandées, et en soumettant le Détecteur à une brusque variation du niveau d'entrée de 40dB (-30dBV à +10dBV, puis retour brusque à -30dBV), on a la caractéristique temporelle suivante :
(au passage :
-30dBV représente environ 31mV ou -28dBu
+10dBV représente environ 3.16V ou 12dBu)
Dans cette mise à l'épreuve expérimentale on voit une attaque rapide et un relâchement plus long. C'est la réponse exponentielle du filtre log lui-même qui définit l'un par rapport à l'autre les temps de monté/retour, et qui défini aussi leur forme. En particulier on notera la forme quasi "linéaire" du relâchement, qui masque en fait une décroissante logarithmique (puisque tout est converti en log dans le détecteur...).
A noter aussi la chose importante (à garder dans un coin de la tête si on commence à jouer avec les valeurs de condensateurs...) : le Détecteur opère un redressement du signal d'entrée. On a donc une ondulation "résiduelle" à la fréquence double de celle du signal d'entrée qui peut se superposer à la tension continue du détecteur. Le condensateur, si il est assez gros, abaissera la fréquence de coupure du filtre pour atténuer/supprimer cette ondulation.
Dans notre exemple nous avions pris une valeur de 10µF, ce qui nous garantissait que même les basses fréquences audibles (autour de 20Hz) ne produiraient pas trop d'ondulation sur la sortie du détecteur.
C'est en cela que le calcul de la constante de temps ƫ que nous avons évoqué un peu plus haut est utile. En effet on a ces relations qui peuvent nous aider à savoir si on est dans le bon ordre de grandeur entre Constante de temps ƫ, fréquence du signal à mesurer f(in), et niveau de l'ondulation résiduelle V(ondul) :
pour f(in) >> 1/(4πƫ),
alors la valeur de l'ondulation résiduelle est donnée par la formule :
V(ond) = V(T)/(4π√(2).f(in).ƫ)
Bon c'est un peu compliqué tout ça j'admet En même temps il faut bien se dire que si les composants sont parfaits et fonctionnement simplement sur le papier, dans la vraie vie c'est loin d'être le cas. Tout est affaire de compromis, de point d'équilibre...
Dans le cas présent plus on augmentera ƫ (c'est à dire augmenter le condensateur) plus on diminuera l'ondulation, mais plus on allongera les temps d'attaque et relâchement.
Enfin au delà des calcul, c'est vraiment l'expérimentation qui doit nous conduire au résultat voulu. J'utilise personnellement la théorie lorsque j'en ai besoin : pour ébaucher un circuit par exemple, ou calculer une valeur de composants quand d'autres paramètres sont définis... mais ensuite c'est l'expérimentation qui doit, selon moi, nous guider pour augmenter un peu ici, baisser un peu là-bas, choisir entre plusieurs designs possible, etc...
Nous en avons bientôt terminé avec le détecteur RMS, mais il y a encore une chose importante à mentionner.
Regardons la caractéristique suivante :
Sans surprise nous retrouvons l'inverse de celle que nous avions donné pour le VCA, avec toujours un coefficient de 6mV/dB.
Outre que nous voyons que le composant n'est pas parfait puisqu'il a du mal à rester linéaire dans les hautes fréquences à faible niveau, nous observons aussi que l'abscisse est gradué en dBr. Qu'est-ce que ces dBr ? A quoi correspond le zéro ?
Sans refaire un cours sur le décibel, il faut bien distinguer l'utilisation du dB comme rapport de 2 valeurs, quelques soient leurs unités. Par exemple amplification de +3dB. Il n'y a pas d'unité, et le dB dans ce cas n'est pas une unité ! mais l'expression mathématique d'un rapport (selon une formule logarithmique).
En revanche si on décide par pure convention de fixer une des deux valeurs du rapport, alors on peut logiquement parler de dB relativement à la grandeur qui est fixée par convention. Par exemple +4dBu = 1.23V, le dBu est une unité à part entière.
Dans notre cas nous allons fixer un niveau de référence, qui sera le niveau RMS d'entrée qui produira une tension de 0V à la sortie du détecteur. Comme on le voit sur les tracé la tension de sortie est positive lorsqu'il entrera un signal plus fort que le niveau de référence, et au contraire la tension de sortie sera négative dans le cas contraire.
Comme cette valeur de référence n'est pas normalisé, et dépend de notre montage, on la définira comme 0dBr ("r" pour référence). Et la valeur absolue de ce 0dBr ne vaudra que pour notre montage !
Voyons comment procéder pour cela...
Le fabricant THAT nous donne la relation :
I(in0) = √(9.6*IT) (IT exprimé en µA)
I(in0) correspond au courant nécessaire en entrée pour une sortie nulle du détecteur. On voit que c'est directement lié à la valeur du courant "programmé" IT, que nous avions fixé autour de 7.5µA.
Pour continuer autour de ces valeurs, cela nous donne un courant d'entrée I(in0) = √(9.6*7.5) = 8.48µA.
Pour que cette valeur corresponde à un niveau désiré d'entrée (pour fixer le 0dBr), alors il suffit de bien choisir la valeur de la résistance d'entrée du Détecteur, selon la bonne vielle loi d'Ohm !
Par exemple pour un 0dBr à -10dBVRMS (= 320mVRMS) on aura :
R = U/I = 0.320/0.00000848 = 37735 Ohms, soit une valeur autour de 37K ou 38K.
Voilà pour cette étude du module VCA et RMS du THAT4301. L'approche est forcément un peu mathématique, car il faudra calculer les valeurs des composants... Les valeurs ne sortent pas de nulle part
Je ne peux que vous inviter à lire en détail la datasheet (qui est tout de même plus compréhensible que la moyenne...), et de relire tranquillement tout ce chapitre plusieurs fois jusqu’à bien saisir tous les rouages. Si l'on souhaite designer et concevoir des circuit à base du THAT4301, c'est absolument indispensable, et c'est même le strict minimum vital !
Dans la suite, nous allons réaliser de petites expériences, afin de mettre en application directe le VCA et le Détecteur. Vous serez alors en mesure d'inventer votre propre compresseur VCA de A à Z
Voyons maintenant comment utiliser le Détecteur RMS du THAT4301. Je vous préviens tout de suite, il y aura quelques formules (rien de bien méchant tout de même...). Le Détecteur est un composant assez "spécial", et qui demande un peu de patience pour être apprivoisé, afin d'en tirer tout le potentiel
Tout comme le VCA, celui-ci possède une entrée de courant. On entrera donc, comme pour le VCA, par une résistance, qui convertira en courant la tension du signal d'entrée. De la même façon il faudra un condensateur de liaison pour supprimer toute composante continue éventuelle, car elle nuit gravement à la précision du circuit !
La sortie, quant à elle, est une sortie en tension tout à fait classique. Je rappelle que celle-ci est proportionnelle au niveau RMS du signal à l'entrée du Détecteur, selon le même coefficient que le VCA : 6,5mV/dB.
Notons que le détecteur possèdes 2 autres broches : IT et CT.
- IT sert à définir par l'utilisateur une source de courant extérieure qui, en miroir, alimente un filtre logarithmique interne au Détecteur. Typiquement on connecte une résistance entre cette broche et l'alimentation négative (-15V). Le courant est défini simplement par la loi d'Ohm : I = U/R
- CT sert à relier un condensateur qui défini la fréquence de coupure du filtre en question. Le courant IT se retrouve sur CT avec un gain de 1,1. Le fabricant donne la relation entre la constante de temps ƫ, le courant IT qu'on a "programmé" sur la broche correspondante, et la valeur du condensateur CT : ƫ = 0,026.CT/IT
Prenons un petit exemple typique pour bien comprendre...
Supposons qu'on veut établir un courant de 7,5µA (valeur typique recommandée. Maximum 15µA et minimum 1,5µA). Avec une alimentation de 15V on doit donc placer une résistance de valeur :
R = U/I = 15 / 0.0000075 = 2 000 000 = 2Mohms
Pour une constante de temps ƫ de 32ms (fréquence de coupure de 5Hz, donc bien au-dessous de l'audible), on obtient une valeur pour le condensateur CT :
CT = (T.IT)/0,026 = 0.032*0.0000075/0.026 = 0.0000092 Farad = 9.2µF, soit une valeur courante de 10µF.
Il faut bien comprendre que tout est affaire de compromis... En effet si on s'en tient à la définition mathématique d'une valeur RMS, comme il s'agit d'un signal "aléatoire" qui va être mesuré par le détecteur, c'est à dire un signal totalement imprévisible (et non un sinus ou un triangle par exemple), il faudrait en théorie faire une moyenne sur un temps infini, c'est-à-dire après que l'intégralité du signal à mesurer soit passé dans le détecteur.
Cette approche-là est tout à fait impossible. On va donc moyenner sur un temps le plus long possible (donc grosse valeur du condensateur), afin que la valeur soit la plus réaliste possible, mais pas trop non plus afin de ne pas laisser passer des informations de niveaux importantes.... D'autre part si la valeur est trop faible, on va se retrouver avec une ondulation, et... de la distorsion !
Donc :
- Si on veut une réponse rapide, il faut diminuer la valeur du condensateur, mais on apportera de la distorsion...
- Si on veut une réponse plus lente on augmentera la valeur du condensateur.
L'attaque correspond au temps mis par le Détecteur à réagir à une augmentation soudaine de niveau, et le relâchement le temps mis pour revenir à l'état initial lorsque l'augmentation cesse brutalement.
A noter que si on désire une réponse RMS du détecteur, alors l'attaque et le relâchement (ATTACK / RELEASE) sont forcément liés par la nature même du filtre logarithmique du Détecteur.. Ainsi un compresseur RMS strictement, ne doit pas avoir de contrôle d'ATTACK et RELEASE... C'est le cas du bien vintage dbx160 :
Pour les valeurs mentionnées plus haut (IT = 7,5µA et CT = 10µF), qui sont les valeurs typiques recommandées, et en soumettant le Détecteur à une brusque variation du niveau d'entrée de 40dB (-30dBV à +10dBV, puis retour brusque à -30dBV), on a la caractéristique temporelle suivante :
(au passage :
-30dBV représente environ 31mV ou -28dBu
+10dBV représente environ 3.16V ou 12dBu)
Dans cette mise à l'épreuve expérimentale on voit une attaque rapide et un relâchement plus long. C'est la réponse exponentielle du filtre log lui-même qui définit l'un par rapport à l'autre les temps de monté/retour, et qui défini aussi leur forme. En particulier on notera la forme quasi "linéaire" du relâchement, qui masque en fait une décroissante logarithmique (puisque tout est converti en log dans le détecteur...).
A noter aussi la chose importante (à garder dans un coin de la tête si on commence à jouer avec les valeurs de condensateurs...) : le Détecteur opère un redressement du signal d'entrée. On a donc une ondulation "résiduelle" à la fréquence double de celle du signal d'entrée qui peut se superposer à la tension continue du détecteur. Le condensateur, si il est assez gros, abaissera la fréquence de coupure du filtre pour atténuer/supprimer cette ondulation.
Dans notre exemple nous avions pris une valeur de 10µF, ce qui nous garantissait que même les basses fréquences audibles (autour de 20Hz) ne produiraient pas trop d'ondulation sur la sortie du détecteur.
C'est en cela que le calcul de la constante de temps ƫ que nous avons évoqué un peu plus haut est utile. En effet on a ces relations qui peuvent nous aider à savoir si on est dans le bon ordre de grandeur entre Constante de temps ƫ, fréquence du signal à mesurer f(in), et niveau de l'ondulation résiduelle V(ondul) :
pour f(in) >> 1/(4πƫ),
alors la valeur de l'ondulation résiduelle est donnée par la formule :
V(ond) = V(T)/(4π√(2).f(in).ƫ)
Bon c'est un peu compliqué tout ça j'admet
En même temps il faut bien se dire que si les composants sont parfaits et fonctionnement simplement sur le papier, dans la vraie vie c'est loin d'être le cas. Tout est affaire de compromis, de point d'équilibre...Dans le cas présent plus on augmentera ƫ (c'est à dire augmenter le condensateur) plus on diminuera l'ondulation, mais plus on allongera les temps d'attaque et relâchement.
Enfin au delà des calcul, c'est vraiment l'expérimentation qui doit nous conduire au résultat voulu. J'utilise personnellement la théorie lorsque j'en ai besoin : pour ébaucher un circuit par exemple, ou calculer une valeur de composants quand d'autres paramètres sont définis... mais ensuite c'est l'expérimentation qui doit, selon moi, nous guider pour augmenter un peu ici, baisser un peu là-bas, choisir entre plusieurs designs possible, etc...
Nous en avons bientôt terminé avec le détecteur RMS, mais il y a encore une chose importante à mentionner.
Regardons la caractéristique suivante :
Sans surprise nous retrouvons l'inverse de celle que nous avions donné pour le VCA, avec toujours un coefficient de 6mV/dB.
Outre que nous voyons que le composant n'est pas parfait puisqu'il a du mal à rester linéaire dans les hautes fréquences à faible niveau, nous observons aussi que l'abscisse est gradué en dBr. Qu'est-ce que ces dBr ? A quoi correspond le zéro ?
Sans refaire un cours sur le décibel, il faut bien distinguer l'utilisation du dB comme rapport de 2 valeurs, quelques soient leurs unités. Par exemple amplification de +3dB. Il n'y a pas d'unité, et le dB dans ce cas n'est pas une unité ! mais l'expression mathématique d'un rapport (selon une formule logarithmique).
En revanche si on décide par pure convention de fixer une des deux valeurs du rapport, alors on peut logiquement parler de dB relativement à la grandeur qui est fixée par convention. Par exemple +4dBu = 1.23V, le dBu est une unité à part entière.
Dans notre cas nous allons fixer un niveau de référence, qui sera le niveau RMS d'entrée qui produira une tension de 0V à la sortie du détecteur. Comme on le voit sur les tracé la tension de sortie est positive lorsqu'il entrera un signal plus fort que le niveau de référence, et au contraire la tension de sortie sera négative dans le cas contraire.
Comme cette valeur de référence n'est pas normalisé, et dépend de notre montage, on la définira comme 0dBr ("r" pour référence). Et la valeur absolue de ce 0dBr ne vaudra que pour notre montage !
Voyons comment procéder pour cela...
Le fabricant THAT nous donne la relation :
I(in0) = √(9.6*IT) (IT exprimé en µA)
I(in0) correspond au courant nécessaire en entrée pour une sortie nulle du détecteur. On voit que c'est directement lié à la valeur du courant "programmé" IT, que nous avions fixé autour de 7.5µA.
Pour continuer autour de ces valeurs, cela nous donne un courant d'entrée I(in0) = √(9.6*7.5) = 8.48µA.
Pour que cette valeur corresponde à un niveau désiré d'entrée (pour fixer le 0dBr), alors il suffit de bien choisir la valeur de la résistance d'entrée du Détecteur, selon la bonne vielle loi d'Ohm !
Par exemple pour un 0dBr à -10dBVRMS (= 320mVRMS) on aura :
R = U/I = 0.320/0.00000848 = 37735 Ohms, soit une valeur autour de 37K ou 38K.
Voilà pour cette étude du module VCA et RMS du THAT4301. L'approche est forcément un peu mathématique, car il faudra calculer les valeurs des composants... Les valeurs ne sortent pas de nulle part
Je ne peux que vous inviter à lire en détail la datasheet (qui est tout de même plus compréhensible que la moyenne...), et de relire tranquillement tout ce chapitre plusieurs fois jusqu’à bien saisir tous les rouages. Si l'on souhaite designer et concevoir des circuit à base du THAT4301, c'est absolument indispensable, et c'est même le strict minimum vital !
Dans la suite, nous allons réaliser de petites expériences, afin de mettre en application directe le VCA et le Détecteur. Vous serez alors en mesure d'inventer votre propre compresseur VCA de A à Z
Site officiel et boutique en ligne du Studio Delta Sigma https://www.studiodeltasigma.com
Tee-O
84
Posteur·euse AFfranchi·e
offenbach
7190
Je poste, donc je suis
Hello !
J'espère que vous passez tous un bon été
De mon côté je vais évidement terminer bientôt cette série sur la compression VCA, mais j'ai beaucoup travaillé et expérimenté, ce qui m'a conduit à 2 choses :
1. Mes nombreuses expériences m'ont décidé à faire graver un PCB extrêmement polyvalent, à base du 4301, permettant de réaliser un compresseur VCA de qualité, sans autre besoin qu'une alimentation. Mais au-delà il s'agit d'un système très ouvert avec des tonnes d'options possibles : choix de topologie Feedforward ou Feedback, intégration d'un coupe bas dans le side chain, Entrée externe du SC, modification des constantes de temps RMS, etc... à l'aide de petits jumper amovibles, et de connecteurs dédiés sur la carte.
Je ferai une description plus poussée de cette carte et de toutes les options possibles, mais c'est très chouette vous allez voir !
Il s'agit donc d'une carte aux multiples possibilités :
- construction à très bas coût et sans prise de tête d'un compresseur VCA de grande qualité avec les réglages de base.
- beaucoup d'option possible à ajouter sur ce compresseur très facilement
- expérimentation diverses autour d'un VCA : le VCA et le détecteur peuvent être utilisés complètement séparément si on le souhaite, dans le cadre d'un projet plus complexe.
- zone d'expérimentation directement sur le PCB : une petite zone de pastille au pas 2.54 avec un AOP dispo. Ainsi avec 1 ou 2 résistances on peut réaliser toute sorte d'étage pour customiser son montage et ajouter encore des options...
En gros c'est un peu un équivalent des platines d'expérimentation vendues une fortune (une bonne centaine de $...) par les fabricants, mais avec beaucoup plus de possibilités d'expérimentation, et la possibilité de réaliser directement un produit fini, fonctionnel, et de qualité.
Je vous en dirais bientôt un peu plus là-dessus...
2. J'ai poussé la conception le plus loin possible. Je suis arrivé, après des heures et des heures d'expérimentation, de recherche, d'essai, de prototypage, de dessin, etc.... à la conception d'un Compresseur VCA Stéréo vraiment épatant... Là aussi je vous en direz davantage sur le projet prochainement. Le genre de Compresseur/Limiteur de qualité Mastering... Je pense qu'il s'agira d'une véritable machine de guerre PRO que je commercialiserai peut être en quantités limités ? A voir...
A très bientôt donc
J'espère que vous passez tous un bon été
De mon côté je vais évidement terminer bientôt cette série sur la compression VCA, mais j'ai beaucoup travaillé et expérimenté, ce qui m'a conduit à 2 choses :
1. Mes nombreuses expériences m'ont décidé à faire graver un PCB extrêmement polyvalent, à base du 4301, permettant de réaliser un compresseur VCA de qualité, sans autre besoin qu'une alimentation. Mais au-delà il s'agit d'un système très ouvert avec des tonnes d'options possibles : choix de topologie Feedforward ou Feedback, intégration d'un coupe bas dans le side chain, Entrée externe du SC, modification des constantes de temps RMS, etc... à l'aide de petits jumper amovibles, et de connecteurs dédiés sur la carte.
Je ferai une description plus poussée de cette carte et de toutes les options possibles, mais c'est très chouette vous allez voir !
Il s'agit donc d'une carte aux multiples possibilités :
- construction à très bas coût et sans prise de tête d'un compresseur VCA de grande qualité avec les réglages de base.
- beaucoup d'option possible à ajouter sur ce compresseur très facilement
- expérimentation diverses autour d'un VCA : le VCA et le détecteur peuvent être utilisés complètement séparément si on le souhaite, dans le cadre d'un projet plus complexe.
- zone d'expérimentation directement sur le PCB : une petite zone de pastille au pas 2.54 avec un AOP dispo. Ainsi avec 1 ou 2 résistances on peut réaliser toute sorte d'étage pour customiser son montage et ajouter encore des options...
En gros c'est un peu un équivalent des platines d'expérimentation vendues une fortune (une bonne centaine de $...) par les fabricants, mais avec beaucoup plus de possibilités d'expérimentation, et la possibilité de réaliser directement un produit fini, fonctionnel, et de qualité.
Je vous en dirais bientôt un peu plus là-dessus...
2. J'ai poussé la conception le plus loin possible. Je suis arrivé, après des heures et des heures d'expérimentation, de recherche, d'essai, de prototypage, de dessin, etc.... à la conception d'un Compresseur VCA Stéréo vraiment épatant... Là aussi je vous en direz davantage sur le projet prochainement. Le genre de Compresseur/Limiteur de qualité Mastering... Je pense qu'il s'agira d'une véritable machine de guerre PRO que je commercialiserai peut être en quantités limités ? A voir...
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