Was ist ein Diodenbrücken-Kompressor?

Kompression ist im Grunde der Prozess, die lautesten und leisesten Teile eines Audiosignals auszubalancieren – doch verschiedene Kompressor-Typen arbeiten auf unterschiedliche Weise. Die fünf Hauptarten von Audio-Kompressor-Schaltungen bilden die Grundlage für die meisten Plugin-Emulationen in heutigen DAWs. Einer der weniger bekannten dieser fünf Typen ist der Diodenbrücken-Kompressor. Diodenbrücken-Kompressoren wandeln Wechselstrom (AC) mithilfe gleichrichtender Dioden in Gleichstrom (DC) um, um Audio-Kompression zu erzeugen. In diesem Artikel tauchen wir tief in die Funktionsweise und Anwendungen von Diodenbrücken-Kompressoren ein. Wir vergleichen ihre Ergebnisse mit FET-Kompressoren anhand von Klangbeispielen, die mit führenden Dioden-Kompressor-Plugins erstellt wurden.

Was ist ein Diodenbrücken-Kompressor? (Kurzfassung)

Da die Dioden in der Brückenkonfiguration in Durchlassrichtung vorgespannt sind, hängt das Maß der Dämpfung oder Pegelreduktion vom exponentiellen Widerstand der Dioden ab.

Dieser exponentielle Widerstand ist zyklisch und wird durch die Menge an Vorspannung bestimmt, die zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die Dioden fließt. In einem Feedback-Schaltkreis bestimmt der Strom aus der Sidechain, der zur Pegelreduktions-Einheit geht, den Vorspannungsstrom.

Die Diodenbrücken-Konfiguration:

Die Brückenkonfiguration nutzt vier Dioden, um die beiden Halbwellen einer Sinuswelle zu trennen und gleichzurichten. Wie im Diagramm unten zu sehen, ist die Last auf einer Seite des Diodenbrücken-Netzwerks angeschlossen, die Transformatorwicklung auf der anderen Seite.

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Am besten versteht man diese Konfiguration, indem man D1/D2 und D3/D4 getrennt betrachtet. Während der positiven Halbwelle bleiben D3 und D4 in Sperrrichtung vorgespannt, sodass die Dioden D1 und D2 leiten.

Im zweiten Zyklus kehrt sich die Polarität um. Jetzt bleiben D1 und D2 in Sperrrichtung vorgespannt, sodass D3 und D4 in Durchlassrichtung vorgespannt werden.

Die Schaltung kann die Wechselstrom-Eingangsspannung (AC) in eine pulsierende Gleichstrom-Ausgangsspannung (DC) umwandeln, da die Lastspannung stets konstant ist. Das bedeutet: Unabhängig von der Eingangspolarität behält die Lastspannung denselben Laststrom und dieselbe Polarität in eine bestimmte Richtung bei.

Allerdings erhält man nie eine perfekte Vollwellen-Spannung über dem Lastwiderstand. Die Diode wird erst aktiv, wenn die Quellenspannung 0,7 V erreicht.

Da der Brückengleichrichter zu jedem Zeitpunkt nur D1/D2 oder D3/D4 durchschaltet, gehen stets die beiden verbleibenden Diodenspannungsabfälle (0,7 V × 2) der Quelle verloren.

Die allgemeine Gleichung für die Spitzenausgangsspannung lautet also:

Vp(aus) = Vp(ein) – 1,4 V

wobei

Vp: Spitzenspannung

Um eine konstante Gleichspannung zu erhalten, muss das Vollwellen-Signal gefiltert werden. Die pulsierende Gleichstrom-Ausgangsspannung ist in ihrer Rohform nicht verwendbar, da sie auf einen Maximalwert ansteigt und dann plötzlich auf 0 abfällt.

Für Konstanz wird ein Glättungskondensator parallel zum Lastwiderstand geschaltet. Durch die Durchlass-Zyklen erreicht die Kondensatorspannung Vp, sobald der Eingangswert seinen Spitzenwert erreicht.

Nach Erreichen des Spitzenwerts beginnt die Eingangsspannung zu sinken. Sobald der Eingang unter Vp fällt, schaltet die Kondensatorspannung die Dioden ab.

Im abgeschalteten Zustand liefert der Kondensator den Laststrom, bis der nächste Spitzenwert eintrifft. Bei dessen Ankunft laden D3 und D4 den Kondensator wieder auf seinen Spitzenwert auf.

Was passiert im Inneren eines Diodenbrücken-Kompressors?

Wir untersuchen nun die Schaltung des legendären NEVE 33609, nach dem viele Diodenbrücken-Kompressoren modelliert sind.

Während ein symmetrisches Eingangssignal bei vielen Kompressoren üblich ist, bleibt bei diesem Schaltungsdesign das Signal auch nach Durchlaufen der Pegelreduktions-Einheit symmetrisch – das ist das Besondere.

Nach der Pegelreduktions-Einheit durchläuft das symmetrische Signal den Puffer und gelangt schließlich zu einem Schaltungs-Transformator, wo es asymmetrisch wird.

Das asymmetrische Signal durchläuft nun den hochrelevanten BA340 – den Verstärkerblock. Als Kraftpaket treibt der BA340 den Ausgangstransformator an und liefert uns wieder ein symmetrisches Ausgangssignal.

Die Sidechain für den Kompressor wird vor dem BA340 abgegriffen, während ein zusätzlicher Zweig nach dem Verstärkerblock zum Limiter führt.

Das Kompressor-Sidechain -Bereich beherbergt alle wichtigen Funktionen wie Attack, Release, Makeup Gain und Threshold. Hier wandelt der Gleichrichter das Audiosignal von AC in DC um.

Nach der Umwandlung geht das Signal zurück, um die anfängliche Pegelreduktions-Einheit zu steuern, durch die das symmetrische Eingangssignal gelaufen war.

Wenn du den Limiter wählst, läuft das Signal nach dem BA340 zur Sidechain. Mit dem kleinen Makeup-Gain-Regler unterhalb des BA340 kannst du das zum Limiter laufende Signal aufdrehen.

Feedback-Kompressor-Design:

Als Feedback-Kompressor erhält die Sidechain das Signal nach der Pegelreduktion. Das bedeutet: Die Pegelreduktions-Einheit überwacht ihre eigenen Ergebnisse, die über die Sidechain ins Steuersignal zurückgeführt werden.

Das Beste an diesem Feedback-Design ist, dass der Detektor viel Zeit damit verbringt, auf das komprimierte Signal zu reagieren – das führt zu weicheren Ergebnissen.

Während das dem Kompressor hilft, Nichtlinearitäten im Signal auszugleichen, verliert er die Fähigkeit, Attack- und Release-Zeiten so präzise zu steuern wie Kompressoren mit Feed-Forward-Design.

Mehr über die Forschung zu Kompressor-Komponenten findest du hier.

Spannungsteiler-Bereich:

Bei den meisten Kompressor-Typen außer VCA wird üblicherweise ein Spannungsteiler verwendet, um das symmetrische Signal zu steuern. Der Spannungsteiler besteht aus positiven und negativen Widerständen, die von der Pegelreduktions-Einheit gedämpft werden.

Ähnlich wie ein FET und ein lichtabhängiger Widerstand (LDR) genutzt werden, um den Widerstand in FET- und Opto-Kompressorenzu verändern, wird der Widerstand des Spannungsteilers hier durch Dioden verändert.

Sowohl der positive als auch der negative Widerstand sind mit jeweils eigenen Dioden verbunden, die das Signal zur Masse leiten.

Beispielsweise steuern der positive Widerstand und die Diode gemeinsam die Menge an Signal, die zur Masse fließt. Da sie proportional sind, bedeutet weniger Widerstand an der Diode, dass mehr Signal zur Masse gelangt.

An dieser Stelle ist wichtig zu wissen: Dioden können Strom nur bei einer bestimmten Spannung leiten. Sie sind zudem unidirektional, leiten also nur von Plus nach Minus.

Als binäre Bauteile leiten sie Strom nur, wenn ihre spezifische Spannung erreicht wird. Die Dioden in diesem Beispiel haben eine Schwellenspannung von 0,7 Volt. Die Dioden leiten Strom zur Masse also nur, wenn sie 0,7 V erhalten. Jede Spannung darunter lässt sie im "Aus"-Zustand.

Doch ähnlich einem 0-Ohm-Widerstand nutzt die Diode vor dem Triggerpunkt eine exponentielle Kurve. Das heißt: Das eingehende Signal folgt einer plötzlich steilen Kurve, sobald der eingehende Strom kurz davor ist, 0,7 V zu erreichen.

Der Kompressor wartet also, bis der Strom in die exponentielle Kurve eintritt, wo die Gleichstrom-Vorspannung in der Diode übernimmt. Der Kompressor erzeugt nun eine Gleichstrom-Steuerspannung aus dem Sidechain-Bereich.

Obwohl der Strom mit weniger als 0,7 Volt recht klein ist, reicht er aus, um eine Schwelle zu erreichen, die den Widerstand der Dioden selbst verändert.

Gain Reduction:

Ähnlich wie beim LA4 und 1176 gibt es einen variablen Widerstand (die Diode) im Schaltungs-Dämpfungsglied, der den Spannungsteiler im Diodenbrücken-Kompressor steuert. Die Pegeldämpfung erfolgt über einen Abwärtstransformator und ein eingebautes Dämpfungsglied innerhalb eines Widerstands, der direkt vor der Diode platziert ist.

Durch Diodenbrücken-Kompressoren werden üblicherweise niedrigere Eingangspegel geschickt, da wir die 0,7-V-Marke im Auge behalten müssen. Würden wir den Pegel über 0,7 V hochdrehen, könnte das Gerät anfangen, wie eine Zerreinheit zu klingen.

Zwar würden auch Opto- und FET-Kompressoren ab einem bestimmten Pegel verzerren, doch ihre Clipping-Punkte liegen weit über 0,7 V.

Obwohl die Dioden in der Regel sehr gut aufeinander abgestimmt sind, um Verzerrung minimal zu halten, können bei nicht abgestimmten Dioden interessante Kompressionsanomalien auftreten. Bei nicht abgestimmten Dioden kann asymmetrische Verzerrung entstehen.

Da wir am Eingang mit einem niedrigen Pegel arbeiten, ist der Makeup-Gain-Regler unterhalb des BA340 entscheidend, um die Verstärkung im Gerät anzutreiben.

Wie klingt ein Diodenbrücken-Kompressor?

Im Gegensatz zum kantigen FET kleben sie den Klang von oben und unten zusammen und verleihen ihm Rundheit.

Warum klingt Diodenbrücken-Kompression einzigartig?

Die Verwendung diskreter Verstärkerschaltungen und Transformatoren sowohl am Eingang als auch am Ausgang führt zu einem Klang, der für Diodenbrücken-Kompressoren charakteristisch ist.

Während die Transformatoren charakteristische Verzerrungsartefakte erzeugen, heben die diskreten Klasse-A-Verstärkerschaltungen die Feinheiten der Obertonreihe hervor und schaffen ein üppiges Spektrum gerader und ungerader Obertöne.

Im Diagramm oben siehst du, wie sanft die geraden und ungeraden Obertöne von 6 kHz bis 22 kHz übergehen. Das wird besonders nützlich beim Komprimieren von Raummikrofonen. Die teuersten und empfindlichsten Mikrofone im Studio-Arsenal werden üblicherweise zur Raumabnahme bei Aufnahmen eingesetzt.

Der Raumklang wird üblicherweise zwischen 12 kHz und 20 kHz eingefangen. Dieses Frequenzspektrum erzeugt durch die späten Reflexionen, die es erfasst, das Raumbild im Kopf des Hörers.

Das sanfte harmonische Zusammenspiel des Diodenbrücken-Kompressors in diesem Bereich bewahrt diese Frequenzen sehr gut. Der Klasse-A-Verstärker liefert üppige Sättigung für diesen Frequenzbereich und schafft den ikonischen Diodenbrücken-Sound.

Wenn du dir das Pegelreduktionsdiagramm des Neve 33609 C Diodenbrücken-Kompressors unten ansiehst, zeigt es, wie konstant der Frequenzgang über verschiedene Amplitudenpegel bleibt.

Du siehst, wie die Tiefen bei allen Eingangspegeln gleich bleiben. Sobald wir die Mittenfrequenzen erreichen, bemerken wir, wie die Kompression die Pegelstruktur beeinflusst. Selbst bei hohen Frequenzen liegt der Unterschied nur bei etwa 4 dB.

Mit einer so konstanten Frequenzgangkurve bleibt die Präsenz im Mittenbereich bei allen Kompressionsstärken erhalten. Zudem führen die nichtlinearen Antwortkurven der Dioden in der Schaltung zu einer Kompression, die weich, natürlich und musikalisch ist.

Wie nutzt du Diodenbrücken-Verzerrung?

Sobald wir hohe Pegel erreichen, verändert das Signal die Strommenge, die durch die Dioden fließt. Da das Signal die Dioden von ihren Vorspannungspunkten wegbewegt, beginnt sich die exponentielle Verstärkung zu ändern, was zu merklicher Verzerrung führt.

Die Verstärkung in der Schaltung hängt vom Audiosignal und vom Vorspannungsstrom ab, der wiederum von der Sidechain abhängt. Das bedeutet: Die Verzerrung hängt auch vom Audiopegel und der momentanen Pegelreduktion in der Schaltung ab.

Wenn die Hardware nicht im Pegelreduktionsmodus ist, ist der exponentielle Widerstand der Dioden recht niedrig. Wenn du also das Eingangssignal durchleitest oder hochdrehst, bliebe die Verzerrung trotzdem recht gering.

Der Sweet Spot bei Diodenbrücken-Kompressoren liegt zwischen 3 dB und 7 dB, wenn der Widerstand der Diode mit den benachbarten Schaltungselementen auf einer Ebene ist. Zwischen 3 dB und 7 dB kann die gesamte harmonische Verzerrung 8 % bis 10 % erreichen.

Obwohl 8 % bis 10 % Verzerrung in den meisten Fällen üblich sind, lassen die nichtlinearen Eigenschaften und die Frequenzkurve des Diodenbrücken-Kompressors die Verzerrung extrem musikalisch klingen. Das macht Diodenbrücken-Verzerrung äußerst begehrt.

Situationen, in denen Diodenbrücken-Kompression nützlich ist

Paralleler Drum-Bus:

Wir haben mit der rechten Seite vor der linken begonnen, da das der natürliche Signalfluss innerhalb von Diodenbrücken-Kompressoren ist.

Wie du im Klangbeispiel hörst, fehlt den trockenen Drums Definition. Man kann das Fell der Snare nicht getrennt vom Korpus hören. Der rhythmische Drive von offener und geschlossener Hi-Hat geht im Kick-Snare-Beat unter. Der Korpus der Kick ist zu breit, als dass die Hi-Hat sich durchsetzen könnte.

Unser Ziel mit Parallel-Kompression war, den Attack des Drumsticks auf dem Fell zu hören. Mit einem Ratio von 3:1 und Release von 800 ms wurde die Snare kohärenter – bei einer Pegelreduktion von –18 dB.

Im Limiter-Bereich starteten wir mit einem schnellen Attack und 800 ms Release. Beim Durchgehen des Limiter-Thresholds landeten wir bei +12 dBu, was mit der Pegelreduktion von –18 dB des Kompressors konsistent blieb.

Parallel Drums TROCKEN

Parallel Drums (WET) Schneller Limiter

Parallel Drums (WET) Langsamer Limiter

Wie du hören kannst, definiert der schnelle Attack das Fell der Snare und formt die Kick. Obwohl wir einen aggressiven Sound anstrebten, scheint die Snare ihren Korpus verloren zu haben.

Den Attack auf langsam zu stellen ließ genug Frequenzen durch, was die Snare vollständiger machte.

Bass:

Du merkst, wie der Attack der Noten betont wird. Zudem haben die tiefen Frequenzen mehr Gewicht, während die höheren Obertöne des Basses sanft abklingen.

Im zweiten Klangbeispiel haben wir das Ratio auf 2:1 gesetzt und den Eingang auf 13,8 dB hochgedreht. Den Ausgang nahmen wir auf –4,2 dB runter und stellten Analog auf 25 %

Mit deaktiviertem Limiter-Bereich merkst du, wie das Gewicht des zweiten Klangbeispiels mehr auf die unteren Mitten fokussiert ist als auf die Tiefen.

Der Bass fühlt sich etwas leichter an als im ersten Beispiel. Allerdings ist in den höheren Frequenzen des zweiten Beispiels mehr Absicht als im ersten.

Obwohl sich der Threshold nur um eine Einheit änderte, kommt der Hauptunterschied vom Input-zu-Output-Verhältnis. Wie bei allen Analog-Emulations-Plugins haben Dämpfungsschaltungen großen Einfluss auf das Verhalten des Kompressors.

Bass (TROCKEN)

Bass (WET) Ratio 2:1

Bass (WET) Ratio 3:1

Mix-Bus:

Da wir mit dem Mix-Bus arbeiten, haben wir auch einen FET-Kompressor-Vergleich hinzugefügt, um die einzigartige Rundheit hervorzuheben, die Diodenbrücken-Kompressoren liefern.

Wenn dir das trockene Beispiel aufgefallen ist, weißt du, wie die Gitarre die Vocals dominiert. Obwohl die Gitarren nostalgisch klingen, wollen wir mehr Brust zur Stimme des Sängers hinzufügen, damit sie über der Gitarre schwebt.

Mix-Bus (TROCKEN)

Mix-Bus (WET) Analog-Regler 100 %

Mix-Bus (WET) Limiter AUS

Mix-Bus (WET) Limiter AN

Mix-Bus (WET) FET-Vergleich

Wir begannen, indem wir den Eingang auf –2 dB runterzogen und den Ausgang auf 9,7 dB anhoben. Wir stellten das Ratio auf 4:1 und Release im Kompressor-Bereich auf Auto.

Wie du im Klangbeispiel oben hörst, haben wir Analog auf 100 % gestellt.

Es ist wichtig, deine Diodenbrücken-Verzerrung genau zu hören, da sie nicht immer die beste Option für Mikro-Dynamik ist. Zum Beispiel hätte ein Fairchild 660 die Tonhöhenänderung perfekt einfangen können.

Im letzten Beispiel haben wir Analog um 25 % zurückgedreht, was die Nuance deutlicher machte.

Im zweiten Beispiel fügten wir den Limiter-Bereich hinzu. Den Limiter-Pegel drehten wir bis auf 12 dBu hoch, stellten einen langsamen Attack und Auto-Release ein. Auch den Analog-Regler schalteten wir aus.

Schnell getestet mit einem FET 1176, zeigt uns das Beispiel, wie kantig es klingen kann. Beachte, wie die Gitarren-Transienten bei Akkordwechseln hervorstechen und die Vocals nasaler werden.

Das zweite Klangbeispiel ist ein gutes Beispiel für den Einsatz des Diodenbrücken-Kompressors für Transparenz. Du hörst, wie die Kantigkeit der Vocal-Transienten zurückgenommen wird und einen kontrollierten, aber transparenten Sound liefert.

Beliebte Diodenbrücken-Kompressoren

Hier ist eine kurze Liste beliebter Diodenbrücken-Kompressoren, die über die Jahre zu Studio-Klassikern geworden sind:

1. Neve 33609/N Discrete Stereo Compressor/Limiter
2. Neve 2254/R Limiter/Compressor
3. Chandler Limited TG12413 Zener Limiter

1. Neve 33609/N Discrete Stereo Compressor/Limiter:

Hardware: AMS Neve 33609/N Discrete Stereo Compressor/Limiter · Plugin-Emulation: UAD Neve 33609/C Compressor

2. Neve 2254/R Limiter/Compressor:

Hardware: Neve 2254/R Limiter/Compressor · Plugin-Emulation: Waves V-Comp

3. Chandler Limited TG12413 Zener Limiter:

Hardware: Chandler Limited TG12413 Zener Limiter · Plugin-Emulation: Chandler Limited TG12413 Zener Limiter

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