Eenvoudige Audio Compressor voor Korte Golf Zenders
Een eenvoudige Audio Compressor zorgt er voor dat je geluid op de radio duidelijk aanwezig is. Zonder zo'n audio compressor zakt je geluid weg.
Hoe dat komt?
Eenvoudig. Je AM of SSB zender moduleert het audiogeluid met de draaggolf van de zender. Bij 100% modulatie gaat het piekvermogen van je zender naar 4 * het vermogen van je draaggolf.
Maar het geluid dat je wilt uitzenden, jouw stem, dat geluid heeft niet continu hetzelfde volume. In veel spraak is het gemiddelde volume niet meer dan 50 tot 60 % van het top volume.
Dat top volume wordt maar zo nu en dan even geproduceerd. Toch moet je de modulatie afstemmen op die volume pieken. Ga je hoger zitten dan komen die pieken boven de 100% modulatie diepte en dat levert zeer sterke vervorming op en stoorsignalen.
Dat laatste is niet de bedoeling.
Maar het gevolg van dit alles is dat het uitgezonden vermogen tijdens die pieken maximaal is maar grote delen van de tijd dus verre van maximaal is.
En de ontvanger van jouw zendersignaal merkt dat. Je signaal zakt weg uitgezonderd van die piekmomenten.
De oplossing
De oplossing voor dit probleem is een audio compressor die de dynamiek van het geluid comprimeert. Hierdoor wordt dus het verschil tussen harde en zachte geluiden minder en komt je zender beter tot zijn recht.
Ook is het geluid nu makkelijker te beluisteren. Luisteren vraagt nu minder inspanning van de luisteraar. Om die reden wordt tijdens reclameblokken op Radio en TV de compressie altijd net wat hoger gezet.
Daarmee maken ze het luisteren naar die reclame makkelijker voor je.
Voor een zender heb je dus voor de goede verstaanbaarheid en neembaarheid van je signaal een Audio Dynamiek Compressor nodig.
Een Audio Dynamiek Compressor met Buizen
In aansluiting op het 4500 HZ filter voor middengolf zenders ging ik dus op zoek naar voorbeeld schema's van zo'n audio compressor en natuurlijk moest dat er een met buizen zijn.
Ook op dit vlak viel het niet mee om iets te vinden. Het barst van de zenderschema's op het Internet. Niet dat die allemaal goed zijn. Verre van dat, er zit veel rommel tussen heb ik ondertussen gemerkt.
Maar met zo'n schema ben je alvast een stukje op weg en door vergelijken met andere schema's en wat experimenteren haal je de fouten er uit en kom je ergens.
Net als bij filters om je bandbreedte te beperken liep ik ook bij het zoeken naar een Audio Dynamiek Compressor tegenaan dat hierover nauwelijks iets gepubliceerd is.
Nu kun je zo'n compressor natuurlijk kant en klaar kopen. Maar daar zit weinig hobby plezier in. Gelukkig vond ik na een avond zoeken op een Amerikaanse DIY site bijgaand schema.
Schema's op Internet
Toen ik een jaartje terug deze hobby na 35 jaar weer oppakte zei Piet Rens tegen mij: "Koos de meeste schema's die je op Internet vindt werken niet."
En mijn ervaring tot nu toe geeft hem gelijk. Er zijn uitzonderingen en serieuze amateurs die ook serieus materiaal publiceren.
Maar er wordt ook veel onzin gepubliceerd en schema's gedeeld die niet werken of werken met veel storing.
Zo ook bij dit voorbeeld.
Een audio dynamiek compressor met buizen
Het origineel is een onduidelijke foto van een oud hobbyboek en daarom heb ik hem nagetekend. Bovendien zaten er wat foutjes in het schema dus natekenen was een must.
Opvallende foutjes in deze Audio Dynamiek Compressor
Zoals gezegd, publicaties op Internet wemelen van fouten en tekortkomingen. Dit soort schema's werkt zelden. Maar je hebt wel iets om op verder te borduren, je hoeft niet zelf alle wielen uit te vinden. En dat is wel weer fijn.
Het eerste dat opvalt in dit schema is het stuurrooster van de ECC83 2e van links. Deze triode wordt als Diode gebruikt. Als gelijkrichter dus.
Dat kan maar dat zwevende rooster krijgt door de elektronen die er tegenaan botsen een negatieve en daarmee remmende lading. Kortom er zal niet veel signaal door komen.
Er zijn twee oplossingsrichtingen. Je kunt dat rooster met de Anode verbinden. Je kunt het rooster ook met de kathode verbinden.
Daarnaast staat die derde triode van links bij een 'bepaalde' stand van de potentiometer kortgesloten tussen de volledige hoogspanning. Dat lijkt me niet gezond voor die buis.
Zoals een collega opmerkte. Magische rook kan ineens uit je bouwsel gaan opstijgen.
Het 1e experiment met de Audio Dynamiek Compressor
Onderstaand schema geeft het schema van de eerste gebouwde experimentele audio dynamiek processor.
Dit schema heb ik opgebouwd op het chassis dat ook het 4500 Hz filter voor middengolf zenders bevat. Een tijdje terug heb ik voor een habbekrats een aantal van deze chassis in verschillende maten besteld bij André van Beynum.
Zo zit je er nooit om verlegen. Als je wilt maakt hij er ook gaten voor je in maar ik heb er voor gekozen om dat zelf te doen. Meer informatie over hoe je die chassis bestelt vind je op de Waar vind je die radio onderdelen pagina.
Het schema
Zoals je ziet is van de tweede triode met een simpele doorverbinding tussen rooster en anode een diode gemaakt. Daarnaast zijn onder de beide potentiometers weerstandjes geplaatst die moeten voorkomen dat de kathodes koud aan massa worden gekoppeld.
Hoe werkt het en wat zijn de resultaten
Hoe werkt deze audio dynamiek compressor?
Je ziet dat het ingangssignaal via een weerstand van 470.000 ohm rechtstreeks wordt verbonden met de uitgang van de compressor.
De compressor versterkt dus het signaal niet!
De meest rechtse triode doet het werk.
Deze triode staat geschakeld als een regelbare weerstand. De bandbreedte van de weerstand die deze triode vertegenwoordigt ligt bij de gebruikte voedingsspanning (150V) tussen de 40k en de 110k.
Als deze triode met de potentiometer van 25k ingesteld staat op een weerstand van 40.000 ohm dan zal een groot deel van het aangevoerde signaal verloren gaan in de weerstand van 470.000 ohm die dat signaal vanaf de ingang aanvoert.
De maximaal instelbare compressie is dan bereikt.
In de andere stand van de potentiometer laat de eind-triode 110.000 ohm zien en daarmee is het spanningsverlies over de weerstand van 470.000 ohm een stuk lager.
De minimaal instelbare compressie is dan bereikt.
De buizen van deze compressor bleken gevoelig voor bromvelden en moesten daarom afgeschermd worden.
De eerste triode staat als kathode volger geschakeld. Hij levert het signaal voor de tweede triode die als diode, als gelijkrichter staat geschakeld.
Die tweede triode/diode, de gelijkrichter levert pulsvormige positieve impulsen aan het rooster van de derde triode. Hoe harder het ingangssignaal des te groter de puls en omgekeerd.
Die derde triode werkt weer als kathodevolger. Hij moet voldoende spanning afgeven om de rechtse triode te kunnen bewegen minder weerstand te bieden en zo de compressie van de hardere geluidsimpuls te bewerkstelligen.
Is die harde geluidsimpuls gepasseerd dan zal de diode minder spanning geven en daarmee de derde triode minder uitsturen die op zijn beurt de eindbuis weer minder aanstuurt waardoor de compressie weer afneemt.
De condensator die parallel gaat aan de kathode weerstand (de potentiometer) van de 2e triode/diode, heeft als functie een kleine vertraging te leveren tussen het binnenkomende signaal en de positieve impuls die naar de derde triode gaat. Met de potentiometer zou die vertraging instelbaar moeten zijn.
M.a.w. met deze potentiometer kun je instellen hoe snel de schakeling reageert op een sterkere geluidsimpuls dan de gemiddelde geluidsimpuls.
Het werkt niet
Draaien aan de potmeter van 25k kom je heel veel vervorming tegen. Draaien aan de potmeter van 1M heeft alleen als effect dat het signaal zwak en dof wordt.
Het 2e experiment met de Audio Dynamiek Compressor
Je ziet dat de instelling van de derde triode nu nagenoeg onafhankelijk is gemaakt van hoe de compressie potmeter is ingesteld. Hiermee is vervorming in deze trap vrijwel uitgebannen.
De eind triode kan met de loper van de potmeter nog steeds worden ingesteld op een redelijke bandbreedte van de te leveren compressie.
Ook de opbrengst van de triode/diode is nu onafhankelijk gemaakt van de stand van de potmeter. Door nu de condensator in serie te zetten met de potmeter en te voeden via een weerstand van 470k kan deze dienen als instelbare vertrager voor het doorgeven van sterke geluidspulsen.
Staat de potmeter in zijn maximale waarde dan zal de condensator weinig effect hebben op een geluidspuls die uit de gelijkrichter komt. Maar bij een lage waarde van de potmeter zal de condensator eerst willen opladen tot het niveau van de geluidspuls. Dat vraagt stroom die over de weerstand van 470k tot spanningsverlies lijdt.
De derde triode ziet dus pas de sterkere geluidsimpuls als de condensator ook tot dat niveau is geladen. Hiermee is de "speed" de snelheid van reageren instelbaar gemaakt.
Het werkt.... niet
In eerste instantie lijkt deze audio dynamiek compressor aardig te werken. Het rauwe geluid van Radar Love, Golden Earring, komt nog aardig door.
Maar bij het geluid van ABBA is flinke vervorming hoorbaar.
Onderzoek
Een toongenerator aangesloten en de Oscilloscoop bij deze audio dynamiek compressor betrokken. Tot mijn verbazing zie ik dat de tweede buis niet gelijkricht maar een enigszins vervormde sinus door laat.
Die sinus wordt door de volgende buizen vrolijk versterkt en zo aan de uitgang meegegeven.
Met wat experimenteren krijg ik de ECC83 aan het werk als diode. Maar dit schema heeft een fors ingangssignaal nodig om überhaupt als compressor te willen werken.
Wat dan gebeurt is dat de 2e triode in diode schakeling wel positieve pulsen doorlaat maar de vervorming die vervolgens optreedt is gigantisch.
Ik probeer een tiental varianten op dit schema. Zonder positief resultaat. Wil je alleen spraak uitzenden zonder kwaliteitseisen dan is dit schema wel bruikbaar.
Ik beoordeel het resultaat echter als te slecht om toe te willen passen. Het Donald Duck geluid op SSB is nu niet te harden :-(
Een nieuw experiment met een audio dynamiek compressor
Het blad Radio Electronics publiceerde in oktober 1950 een audio dynamiek compressor met buizen. De belofte in dit artikel is dat deze compressor een zeer lage vervorming laat zien.
Met enkele kleine aanpassingen begon ik een nieuw experiment. Hierbij het schema.
De afbeelding laat al zien dat het resultaat van dit experiment wederom tegenvalt. Wederom, ook dit schema zou je kunnen gebruiken om overmodulatie bij spraak communicatie tegen te gaan.
Maar ook deze schakeling veroorzaakt forse vervorming. Ook hier is de vervorming als je niet te kritisch bent voor spraaktoepassingen acceptabel.
Het laagdoorlaatfilter filter dat volgt op de diodes staat afgesteld op 4500 Hz. Bij spraaktoepassingen zou je dit scherper kunnen stellen op 3000 Hz.
Verder op zoek naar een audio dynamiek compressor met buizen
Pfft dat viel niet mee. Veel experimenten volgden op de vorige en ondertussen zijn we weer twee weken verder. Maar het moet toch mogelijk zijn om een Audio Dynamiek Compressor met buizen te fabriceren!
Op Internet ondertussen enkele fabrieksschema's voor professionele apparatuur gevonden. Maar die zijn veel te omvangrijk, gebruiken soms zes tot acht buizen. Echter als je het tot de kern terugbrengt, wat zorgt in die complexe apparatuur nu echt voor het regel- en compressiewerk dan kun je een hoop verfijning zoals allerlei regelknopjes wegpoetsen.
Je leert er wel van :-) en dus...
De aanhouder wint :-)
Hierbij het schema dat succes brengt
Je ziet er elementen in terug van alle eerdere experimenten plus enkele nieuwe elementen. Klik op het schema voor een grotere weergave.
Korte toelichting
Korte toelichting bij deze audio dynamiek compressor met buizen.
De rechtse triode zorgt voor de compressie. Hij is het eindpunt van de zogenaamde side chain. Een regelcircuit dat los staat van de doorgifte van het geluidssignaal. Deze triode fungeert als een regelbare weerstand. Bij sterke signalenelementen moet hij laagohmig zijn en bij minder sterke signaalelementen moet hij een hogere weerstand bezitten.
Omdat het geluidsignaal aangevoerd wordt via een weerstand van 470k zal hierover veel signaal verloren gaan als de triode laagohmig is en minder signaal verloren gaan als de triode meer weerstand laat zien.
De eerste triode staat als een normale voorversterker geschakeld. Het regelcircuit heeft namelijk een fors signaal nodig om te kunnen functioneren. Daarnaast zag je zojuist dat de compressie gepaard gaat met flink signaalverlies. Die eerste triode compenseert dat verlies.
De side chain
De tweede triode geeft nog een keer een forse boost aan het geluidssignaal ten behoeve van de side chain. Je ziet dat die tweede triode via 470k gekoppeld is aan de anode van de voorversterker. Hiermee bereiken we dat ons geluidssignaal niet gestoord wordt door de side chain.
Het anode signaal van de tweede triode voeren we naar een uitgangstrafo van 8000 ohm. We gebruiken hier een Hammond 1750c trafo (verkrijgbaar bij Mouser NL) omdat die een aftakking biedt op 5000 ohm.
Dankzij deze spoel met aftakking (het trafo deel gebruiken we verder niet) krijgen we een mooie wisselspanning op de brugcel die we samenstelden uit vier diodes. Het zou, dacht ik, eigenlijk ook zonder die trafo moeten werken maar in de praktijk hield ik zonder trafo een fors gelijkspanningselement in het signaal dat verstorend werkte.
Dankzij de ingangspotmeter bij de tweede triode kunnen we de gelijkspanning die we creëren uit het geluidssignaal variëren tussen 0V en 45V.
Nu kun je in een radio-uitzending natuurlijk niet met een voltmeter en allerlei andere meetapparatuur de instellingen gaan bewaken.
Daarvoor is iets praktisch en eenvoudigs nodig zoals een Audio VU meter. De uitwerking daarvan vind je via de link.
De derde triode zal met de gekozen weerstanden in zijn kathode bij een roosterspanning van ongeveer 37V de juiste spanning aan het rooster van de eindbuis bieden om geluidssignalen die tussen tussen 50mV en 120 mV liggen ongeveer met 50% dempen (3 dB demping).
Een geluidsignaal, muziek of spraak met een sterkte tussen 20 mV en 120mV (verhouding 1:6) komt er uit met een signaal 150:400 is ruwweg 1:3.
Dat resultaat geeft een flinke verbetering van het rendement dat je zender biedt :-).
Audio Compressor voor amateur toepassingen
De bedieningsknoppen
Op commerciële apparaten kom je een aantal knoppen tegen die je op deze eenvoudige maar goed werkende audio dynamiek compressor voor de kleine beurs niet terugvindt.
Is dat erg? Kun je die knoppen goed missen?
Als je erg professioneel bezig wilt zijn kan het ontbreken van die knoppen, het ontbreken van die instellingsmogelijkheden een tekortkoming zijn. Voor een korte golf zendamateur zijn dat soort fijn-instellingen niet van belang.
Twijfel je? Hierbij een beknopt overzicht over wat die professionele knoppen je bieden.
De eerste twee zitten ook (gecombineerd) op onze compressor voor amateur toepassingen
-
Threshold: deze knop regelt de drempel waarboven de compressie van het signaal begint te werken. Blijft je signaal onder die drempel dan verandert er niets aan het geluid.
-
Ratio: In onze amateur audio dynamiek compressor is de maximaal haalbare compressie 3 dB of 50% boven de threshold waarde.
In de audio wereld wordt onderscheid gemaakt tussen een soft-knee instelling en een hard-knee instelling.
Onze amateur compressor kent een soft-knee instelling wat betekent dat de compressie geleidelijk toeneemt. Bij een hard-knee instelling is de overgang heel plotseling of abrupt.
Knoppen die je verder op professionele audio compressors kunt tegenkomen
- Stereo link: deze knop regelt dat de compressie op beide kanalen van het stereo signaal gelijkwaardig is.
- Attack: regelen hoe lang de compressor wacht met reageren op een pieksignaal. Onze amateur compressor reageert snel.
- Hold: regelen hoe lang de compressie aanhoudt nadat het signaal weer onder de threshold waarde is gekomen. Je kunt deze parameter verlengen door de capaciteit van 6,4 microfarad aan de kathode van de derde triode te vergroten. In de praktijk is dat niet nodig. Maak die capaciteit nooit kleiner want dan krijg je vervorming in je eindsignaal.
- Release: regelen hoe lang de compressor wacht met reageren nadat het signaal weer onder de threshold waarde is gezakt. Dit kan van belang zijn bij compressie verhoudingen 5:1 en hoger. In onze compressor dus niet van belang.
- Frequency: is een knop waarmee je kunt instellen dat de compressor op een bepaald frequentiegebied moet reageren. Bijvoorbeeld alleen op signalen met een frequentie boven 3000 Hz. Deze knop is bij onze audio dynamiek compressor overbodig omdat we hiervoor al een filter hebben ingericht.
Niet tevreden met deze Audio dynamiek Compressor
Want, 3dB demping (verhouding 2:1) voor sterke signalen in je geluid blijkt toch mager in de praktijk.
Daarnaast veroorzaakt die Elco van 6,4 microfarad aan de kathode van de derde triode veel vertraging. M.a.w. een stevig en luid signaal houdt ook nadat het is afgelopen de eindbuis nog een tijdje open (wat hier maximale demping betekent).
Te lang eigenlijk. Weghalen van die Elco zou beter zijn maar dan dringen er veel vervormde geluidsresten in die eindbuis en dat hoor je in het eindresultaat.
Kortom, de uitdaging is:
- de gelijkstroomversterker in de side train vrij van geluidsresten te krijgen zonder zware condensatoren in te zetten.
- de compressie te verhogen naar een verhouding 5:1.
Audio Dynamiek Compressor 5:1
Het is gelukt. Door een weerstand in de kathode van de eindbuis op te nemen krijgt het stuurrooster van die buis een negatieve voorlading. Die voorlading maakt dat het regelbereik van die buis toeneemt. De range ligt nu, inclusief kathode weerstand, tussen de 50- en 9 kilo ohm.
Doordat we nu ook de voedingsweerstand fors hebben verlaagd, de weerstand die vanaf de eerste triode het geluidssignaal aanvoert, is de demping op harde signaalstukjes enorm toegenomen. Een spanningsreductie van 80% is mogelijk.
Daarnaast is de Elco in het signaal gelijkricht circuit weg. Dat maak dat de ‘hold’ tijd van de compressor flink is afgenomen. Het circuit met drie relatief kleinere condensatoren is daar samen met een smoorspoel van 5H voor in de plaats gekomen.
Dit circuit voldoet tot globaal 80% van het maximaal signaal niveau in de side chain. Voer je de ingangsspanning maximaal op en draai je ook de regelspanning in de side chain verder open op dan treedt er vervorming op. Op dat moment dringen vanuit de gelijkrichter vervormde geluidselementen door in de eindbuis van de side chain.
Alles heeft zijn prijs
Die vervorming kun je 100% uitbannen door een Elco van 6,4 µF parallel te zetten naast de weerstand van 22 kilo ohm in de kathode van de derde triode. De prijs die je daarvoor betaald is dat de ‘hold time’ van de compressor flink toeneemt.
Ook de attack time is toegenomen door het afvlakcircuit.
Mitigerende maatregelen
Je kunt die hold time instelbaar maken door in serie met die Elco een potentiometer, een regelbare weerstand van 2 kilo ohm op te nemen. Op die manier kun je voor elke situatie een optimale instelling zoeken.
Het afvlakcircuit. Hier kun je de attack time, de reactietijd van de compressor instelbaar maken met behulp van een 20 kilo ohm potentiometer die je in serie met de condensator van 0,2 µF schakelt.
Conclusie
Voor je kortegolf AM of SSB zender biedt deze DIY Audio Dynamiek Compressor perspectief.
Met het instellen van de mate van compressie regel je ook het niveau van het uitgangssignaal. Compenseer je dat verlies door de ingang verder open te draaien dan beïnvloed je daarmee ook de spanning in de side chain.
Om nu te voorkomen dat je eindeloos blijft draaien aan knoppen die elkaar weer beïnvloeden hebben we ook het uitgangssignaal regelbaar gemaakt.
Alles bij elkaar een prima tool en een betaalbare oplossing voor de radio amateur die zelf met klassieke methoden zijn DIY equipment wil samenstellen.
Opnieuw bouwen
Ik moet wel aan de slag om deze audio dynamiek compressor opnieuw te bouwen. Het chassis waarmee ik begon is te krap voor de vier regelknoppen waarop we nu zitten.
Ook zit er nu een trafo en een stevige smoorspoel in die ik in de eerste opzet niet had voorzien.
Werk aan de winkel.
Dat opent ook mogelijkheden. Ondertussen bezit ik nu het schema van de beroemde Fairchild 670 compressor. De Fairchild compressor (met buizen) was in de vorige eeuw de voorkeurskeuze van beroemde bands zoals de Beatles.
De techniek is meer bedoeld voor compressie op muziek, bijvoorbeeld voor je geluidsopnames of een LPAM zender. Dat ga ik ook eens uitproberen.
-
Koos Overbeeke
Terug van audio compressor voor kortegolf zenders naar Zenders
