Высококачественный предусилитель и компрессор–лимитер для микрофона

Схема быстрого FET компрессора с малыми искажениями для певца-вокалиста, а также для формирования SSB сигнала трансивера с низким значением пик-фактора

Для звукорежиссёра компрессор – это тонкий, но мощный инструмент, помогающий вокалу звучать плотно, динамично и выразительно, сохраняя при этом однородность во всем отведённом ему диапазоне звучания.
Для радиолюбителя-связиста компрессор – это не столь, а я бы даже сказал – совсем не тонкий, но также мощный инструмент для формирования качественного SSB сигнала с низким пик-фактором, позволяющий существенно повысить эффективность радиопередающей аппаратуры.
При этом справедливо считается, что для продуктивного снижения пик-фактора компрессор должен быть "быстрым", т. е. уметь практически моментально обрабатывать любые изменения амплитуды сигнала, а в идеале быть и вовсе не компрессором, а ограничителем. Отсюда и появились на свет всякого рода речевые ВЧ и фазовые усилители-ограничители, обладающие как небольшой степенью компрессии, так и высоким уровнем (особенно вторые) нелинейных искажений.

А ведь при правильном подходе популярные, но не признанные среди радистов-коротковолновиков FET-компрессоры вполне можно довести до нужной кондиции, мало того – придать им качества, недостижимые для ВЧ и фазовых ограничителей. Само собой разумеется, что ввиду высоких качественных характеристик, которые можно достичь в FET-компрессоре, такое устройство вполне сможет сослужить хорошую службу для вокалиста, желающего "уплотнить" своё звучание в условиях живого исполнения. Собственно говоря, для этих целей этот компрессор изначально и создавался.

Итак, давайте определимся – так что нам нужно сделать, чтобы получить близкий к "идеальному" ограничитель речевого сигнала, с одной стороны, не создающий искажений, а с другой, сжимающий, но при этом (как это не прозвучит странно) не сильно искажающий динамику исходного звука:

1. Время атаки (Attack) должно быть очень малым, чтобы моментально отслеживать волну самых низкочастотных сигналов (около 100 Гц), но при этом не опускаться сильно ниже 10 мс, чтобы не создавать искажений, изменяя форму этих сигналов. При таких условиях быстрая атака не создаст всплесков амплитуды звука в момент срабатывания, а также артефактов в виде резких щелчков, присущих большинству "инерционных" аппаратных компрессоров.

2. Время восстановления компрессора (Release) также должно быть небольшим, чтобы не нарушать динамику речевого сигнала, но при этом и не слишком малым, чтобы не превысить допустимое значение нелинейных искажений на низших частотах. При таких требованиях величина постоянной времени τ цепи, отвечающей за восстановление, выбирается из расчёта τ ~ 10/Fmin, то есть в районе 100 мс.

А теперь пришло время изобразить схему электрическую принципиальную:

Рис.1 Схема предусилителя и компрессора–лимитера для микрофона

Предварительный усилитель речевого сигнала, поступающего с микрофона, выполнен на половинке малошумящего операционного усилителя ОР1.1. В его функции входит согласование сопротивления микрофона, а также усиление сигнала до уровня ~100 мВ. Больший уровень нам не нужен, так как при его превышении пропорционально будет расти и значение нелинейных искажений компрессора.
Компаратор на ОУ ОР2.2 фиксирует превышение этого уровня, вызывая мигание светодиода D1 на пиках сигнала, что сигнализирует о необходимости уменьшения усиления предусилителя посредством потенциометра Р1.
Отключаемая цепочка R1, R2, C1 предназначена для подключения ко входу компрессора электретных микрофонов, требующих подачи на них напряжения питания.

Вся оставшаяся часть схемы – это классический FET-компрессор, то есть компрессор, в котором в качестве управляющего элемента используется полевой транзистор (Т1). Работу, а также различные схемотехнические построения таких устройств мы очень подробно описали на странице – [Ссылка на страницу], поэтому в рамках данной статьи заново рассматривать всё это хозяйство не станем. Отметим лишь некоторые нюансы.

Для того чтобы обеспечить малое время атаки, выходное сопротивление детектора огибающей должно иметь очень низкое выходное сопротивление, а главное – способность работать на ёмкостную нагрузку. Для этих целей как нельзя лучше подходят так называемые эмиттерные детекторы, которые широко применяются в ВЧ радиотехнике, но почему-то (по неизвестным мне причинам) очень редко используются в звукотехнике.
Такие детекторы выполнены на транзисторах Т2, Т3 и их два. А два их для того, чтобы обеспечить двухполупериодное детектирование сигнала и тем самым как минимум вдвое снизить коэффициент нелинейных искажений до значений, не превышающих 0,1% (1кГц).

Переменный резистор Р3 регулирует уровень постоянного напряжения на выходах детекторов, а вместе с ним и пороговый уровень срабатывания, а также амплитуду выходного компрессированного сигнала. Эту амплитуду (на выходе ОР1.2) необходимо установить в диапазоне пиковых значений ±200...300 мВ при окончательной настройке устройства.
Степень компрессии (Ratio) в пределах 9...30 dB регулируется посредством потенциометра Р2, а выходной уровень – Р4.

В процессе эксплуатации описанного компрессора отмечены: высокое качество компрессированного сигнала, низкий уровень искажений, а также высокая разборчивость и отсутствие искажений тембра даже при максимальном уровне компрессии. Потребление тока от 9-вольтовой батарейки составило около 3.5 мА.