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Bien que la compression puisse être simplement comprise comme le processus d'égalisation des parties les plus fortes et les plus douces d'un signal audio, différents types de compresseurs fonctionnent de manière distincte. Les émulations de plugins que nous utilisons quotidiennement dans nos DAW sont principalement modélisées sur les cinq grands types de circuits de compresseurs audio. L'un des types les plus utilisés est le compresseur VCA. VCA, qui signifie amplificateur à commande de tension (voltage control amplifier), utilise une tension de contrôle pour moduler la quantité de gain appliquée par le compresseur. Dans cet article sur les compresseurs VCA, nous allons explorer en profondeur le fonctionnement interne et les applications des compresseurs VCA en utilisant des exemples sonores créés avec certains des plugins VCA les plus populaires du marché.
Qu'est-ce qu'un compresseur VCA ? (En bref)
Un VCA est un compresseur analogique qui utilise une tension de contrôle (CV) pour moduler le volume d'un signal d'entrée. En utilisant une puce IC comme semi-conducteur, le signal entrant est ensuite acheminé séparément vers le chemin de sortie et un chemin de détecteur, où se produit la compression VCA. Logé dans un circuit intégré, le VCA est hautement ajustable et résistant à la distorsion indésirable.
Tu peux en lire plus ici, si tu t'intéresses à l'application des VCA en synthèse.
L'amplificateur à commande de tension ou VCA traite deux signaux d'entrée et un signal de sortie.
- Signal porteuse : Le premier type de signal d'entrée, connu sous le nom de signal porteuse, accepte et permet aux signaux bipolaires, composés d'amplitudes négatives et positives, de passer par l'entrée. Cependant, ce signal porteuse dépend des valeurs positives de la tension de contrôle, ou second signal d'entrée.
- Entrée de tension de contrôle : L'entrée CV, également appelée signal modulateur, est le second type de signal d'entrée, qui transporte un signal positif unipolaire dans un VCA. La CV, qui porte une amplitude positive, modifie l'amplitude du signal porteuse proportionnellement à ses valeurs positives. Comme l'amplificateur n'accepte et ne lit qu'un signal positif ou une polarisation positive circulant à travers l'entrée CV, les valeurs doivent être supérieures à zéro. Si les valeurs entrantes sont polarisées à zéro, le signal modulateur ne fonctionne pas et nous n'obtenons aucun signal en sortie.
- Signal de sortie : Le signal de sortie est un produit instantané du signal porteuse et de la CV. Les valeurs du signal de sortie sont donc calculées en multipliant les amplitudes des deux signaux à chaque instant.
Le VCA est-il un amplificateur ou un atténuateur ?
Comme le rapport du gain variable ne dépasse jamais 1, le circuit VCA fonctionne davantage comme un atténuateur que comme un amplificateur.
Nous avons chargé un schéma-bloc du célèbre compresseur VCA API 2500, pour que tu puisses avoir une idée visuelle des connexions à l'intérieur d'un compresseur VCA.
En gros, plus les niveaux du signal modulateur ou de la CV qui passent par le compresseur VCA sont élevés, plus le signal porteuse qui circule vers la sortie est important. On peut mieux comprendre cela en énumérant les trois scénarios possibles qui se produisent à l'intérieur d'un compresseur VCA :
- CV négative : Lorsque les valeurs de la CV touchent zéro ou descendent en dessous de zéro, la sortie ne reçoit aucun signal porteuse.
- Valeur maximale : Dans chaque VCA, il existe une valeur positive spécifique à laquelle l'intégralité du signal porteuse parvient à la sortie.
- Atténuation de la CV : Les valeurs négatives n'envoient pas de signaux et à la valeur maximale positive, tout passe. Alors qu'en est-il de toutes les valeurs intermédiaires ? Ce sont les valeurs du signal porteuse qui sont atténuées par la CV.
Pour comprendre la nature de la réduction de gain à l'intérieur d'un VCA, nous allons explorer en profondeur le fonctionnement du circuit et le flux de signal à l'intérieur d'un compresseur VCA standard.
Comment fonctionne le circuit VCA ?
Dans la plupart des compresseurs/limiteurs VCA standard, nous avons un VCA en série et un détecteur de niveau RMS, ainsi que quelques amplificateurs opérationnels (OP-Amps), qui forment le cœur de la conception. Ils fonctionnent bien en tandem comme contrôleur et détecteur respectivement. Le détecteur RMS produit une sortie DC logarithmique, tandis que le VCA reçoit des commandes pour le contrôle du gain dans un format exponentiel.
La conception du compresseur VCA. Le grand avantage de la conception du compresseur VCA est que le gain de compression, le ratio et le seuil peuvent tous être contrôlés indépendamment. Le détecteur de niveau RMS gère automatiquement les constantes de temps.
La chaîne de signal. Le signal circule d'abord depuis le compresseur VCA et le premier amplificateur opérationnel (OP1). Le VCA génère généralement un signal de sortie dont la valeur (en décibels) est multipliable par rapport au signal d'entrée. L'OP-Amp-1 transforme ce signal en tension, conformément à sa propre résistance de rétroaction, R6.
Dans le cas où la résistance R1=R6, la tension d'entrée équivaut à la tension de sortie, le port de contrôle pin3 étant à 0V ou gain unitaire. Le gain est inversement proportionnel à la fluctuation de tension ici.
Une réduction de gain de 1 dB s'accompagne toujours d'une augmentation de tension de 6 mV, et une augmentation de gain de 1 dB s'accompagne toujours d'une diminution de tension de 6 mV.
En résumé, le niveau de sortie n'est modulé que par le signal d'entrée et la CV au pin3.
Calibration RMS. L'entrée du RMS est une masse virtuelle et reçoit son signal depuis la résistance R7. Le circuit est conçu pour avoir une sortie de 0V lorsque la tension d'entrée atteint -10 dBV. La tension de sortie du détecteur RMS est directement proportionnelle au signal entrant.
Les valeurs sont calibrées exactement à l'opposé de la réduction de gain que nous avons vue précédemment. Une réduction de 1 dB en entrée provoque donc une réduction de 6 mV en sortie. Une augmentation de 1 dB en entrée provoque également une augmentation de 1 dB en sortie.
Contrôle du seuil. Le deuxième amplificateur opérationnel, OA2, est connecté au RMS de façon à ce que lorsque la tension au RMS est négative, la sortie de l'OA2 soit positive. Mais quel est le lien avec la tension au seuil ?
Lorsque la tension au RMS est supérieure à 0, la sortie au deuxième amplificateur opérationnel devient négative. Mais la tension au seuil suit constamment la tension au RMS avec un gain de -1 dB. L'équation se lit donc ainsi :
Vth = –Vrms pour Vrms > 0 V.
En termes simples, la tension au seuil est toujours négative pour le RMS lorsque la tension au RMS est supérieure au gain unitaire ou 0V.
L'idée de base derrière la conception du seuil dans le VCA est que la tension au RMS doit être égale à 0V au seuil. Cela signifie que la tension provenant du deuxième amplificateur opérationnel ne passerait qu'à condition que la tension au signal d'entrée soit supérieure au niveau d'entrée.
Comme les valeurs doivent franchir la barre des 0 dB dans ce cas, la tension au seuil représente le niveau en dB du signal d'entrée au-dessus du seuil.
Compression VCA : La tension au seuil est modulable en utilisant le contrôle de compression dans un VCA avant qu'elle ne passe par les autres parties du circuit. Le contrôle de compression dans un VCA permet de refléter certaines valeurs de sortie en fractions divisibles.
Par exemple, lorsque les valeurs sont réglées au maximum, la tension au seuil reflète précisément la sortie au troisième amplificateur opérationnel, OP3. Chaque réglage en dessous du maximum ferait que l'OP-Amp3 reflète une fraction divisible de la valeur de seuil.
En termes simples, aux valeurs de compression maximales, nous obtenons :
Vopamp3 = Vth
La tension à l'OA3 peut donc être considérée comme la tension à l'entrée Vin, au-dessus du seuil à 6 mV/dB.
En appliquant ces équations, nous constatons que pour chaque 1 dB d'augmentation de gain à l'entrée de tension au-dessus du seuil, il y a une augmentation de 6 mV à l'OA3. Cela se traduit par une réduction globale du gain au VCA de 1 dB. Pourquoi cela se produit-il ?
La réduction de gain de 1 dB se produit lorsque la tension à l'OA3 passe par le pin3 du VCA, qui pilote le gain à -6 mV/dB.
Par exemple, si la compression est réglée à mi-chemin, le gain se réduira de 1 dB pour une augmentation de 2 dB du signal d'entrée au-dessus du seuil. Ainsi, la sortie augmenterait de 1 dB pour chaque augmentation de 2 dB du signal entrant.
Ratio de compression : En ce qui concerne le ratio de compression, nous pouvons mieux le comprendre avec une équation et une définition.
L'augmentation du nombre de décibels au-dessus du seuil du signal de sortie par rapport au signal d'entrée est appelée ratio de compression.
Ratio de compression : ∆ Vin/∆ Vout
Dans l'équation ci-dessus, Vin et Vout désignent l'augmentation en décibels des signaux d'entrée et de sortie, au-dessus de la valeur de seuil définie. Le ratio de compression est de 1:1 lorsque la compression est au minimum, et va jusqu'à ∞:1 lorsqu'elle est au maximum.
Si tu es intéressé, tu peux trouver d'autres schémas de compresseurs intéressants ici.
Réduction de gain : Comme un décalage DC est ajouté au contrôle de gain, le gain statique s'élève à 6 mV/dB. En faisant passer une alimentation positive ou négative de 15 volts, le contrôle de gain provoque une variation à l'Op-Amp3 de plus ou moins 123 mV.
Cette réaction dans le circuit est essentielle pour permettre au gain de fluctuer entre +20 dB et -20 dB. Cette fluctuation est utilisée par le compresseur pour compenser l'atténuation du niveau de signal causée pendant la compression VCA.
Nature de la compression VCA : Fondamentalement, le détecteur RMS dans le compresseur recrée une représentation en décibels de l'entrée. Cela déclenche l'action immédiate du VCA, basée sur les informations de gain envoyées par le détecteur RMS.
Un redresseur opérationnel, qui convertit un courant alternatif (AC) bidirectionnel en un courant continu (DC) unidirectionnel, est utilisé dans le détecteur de seuil du compresseur VCA.
Comme la nature redresseuse du composant est assez abrupte et raide, on obtient généralement un coude franc (hard knee) lorsque le signal atteint le seuil.
Fonctions de réglage (Trim) : Les deux potentiomètres de réglage utilisés dans la conception jouent un rôle important dans le son. Leur objectif principal est de régler le VCA pour une distorsion minimale et le détecteur RMS pour le moins d'ondulation possible. Le premier potentiomètre de réglage sert principalement à contrôler la distorsion et la fuite dans le VCA, et le second à équilibrer la symétrie du redresseur.
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Comment sonne un compresseur VCA ?
Comme les compresseurs VCA agissent sur le signal d'entrée en crête, ils sont réputés pour être extrêmement rapides. Mais contrairement aux compresseurs FET, également connus pour leur rapidité, les compresseurs VCA n'ajoutent pas trop de coloration en écrasant tous les transients. Ils lissent en fait les pics de transients entrants d'une manière qui peut les rendre plus « lisses » et « propres ».
De ce fait, les VCA sont bien plus polyvalents que les compresseurs FET pour les applications de mixage car ils peuvent sembler très « transparents ».
Cependant, la façon dont tu pousses un FET n'est pas la même que celle dont tu traites un VCA. Comme ils sont assez sensibles, il faut faire attention à ne pas en abuser. Les FET ajouteront du caractère lorsqu'ils sont poussés. Mais les VCA risquent de faire perdre la vivacité du morceau s'ils sont poussés au-delà de la modération.
En pouvant réagir beaucoup plus rapidement que les compresseurs Opto et Vari-Mu, les VCA sont un choix privilégié pour les bus de batterie, la compression parallèle et les bus master. Leur rapidité garantit qu'ils captent toute l'information et leur nature prévisible assure que tu peux les utiliser sur un groupe d'instruments.
Comparaison sonore VCA :
Dans la comparaison sonore VCA vs FET vs Opto ci-dessous, tu peux entendre à quel point la guitare électrique sonne beaucoup plus ouverte avec le VCA. Le FET ajoute du caractère en écrasant le son, rendant les transients plus contrôlables.
L'Opto, qui utilise des topologies non linéaires, a une attaque et un release beaucoup plus lents, ce qui crée plus d'intimité dans le médium. Mais l'Opto n'ouvre pas les hautes fréquences comme le VCA.
Le VCA, qui travaille spécifiquement sur la micro-dynamique, rend la guitare plus respirable.
Guitares électriques dry :
VCA : (Waves dbx160)
FET : (Waves CLA76)
OPTO : (Waves CLA2A)
Nous avons choisi cet exemple de guitare car il est facile de remarquer le release sur les notes des cordes aiguës. Le FET est trop rapide, tandis que l'Opto n'ouvre pas complètement ces notes.
Situations où la compression VCA est utile :
Comme le circuit dispose d'un amplificateur à commande de tension, il y a plus de contrôle sur les valeurs d'attaque et de release du VCA. Connus pour être prévisibles et reproductibles, les VCA sont excellents sur les bus. La réponse à la compression elle-même est assez douce, ce qui en fait également un candidat idéal pour les applications de mastering.
Traiter les pics de transients et le matériel rythmique dynamique nécessite qu'un compresseur soit ferme, avec une détection de transients extrêmement rapide, pour que rien n'échappe. Les VCA peuvent faire exactement cela et peuvent maîtriser la plage dynamique globale pour la rendre plus gérable, tout en restant assez transparents.
Les VCA doivent être évités si tu traites un segment dynamique non modulé dans ton morceau. Comme la sensibilité à la variation des transients est l'atout principal du VCA, ils ne sont pas très utiles dans les passages dynamiquement stables.
Comment sonnent et réagissent les VCA sur différents instruments ?
Nous avons utilisé les plugins de compresseurs VCA dBX160 et API2500 avec le circuit de chaîne latérale de détection RMS appliqué en style « Feed-Forward » pour le contrôle de gain. Comme c'est le même circuit expliqué précédemment, tu peux facilement suivre avec nos exemples sonores.
Bien que les modèles hardware Dbx160 VCA soient passés à la compression à coude doux (soft-knee) par la suite, nous avons utilisé l'émulation Waves Dbx160, qui utilise le coude franc (hard knee) original.
Batterie :
Comme l'attaque et le release automatiques réagissent à l'enveloppe du signal d'entrée, nous travaillons avec un seul potard de ratio de compression et un seuil dans un VCA. Nous avons réglé le ratio de compression à 4:1 et le niveau de seuil à 1 Vrms (-18 dBFS).
Nous avons réglé le gain de sortie à environ 9,5 dB. Bien qu'utiliser le filtre passe-haut sur la chaîne latérale à 90 Hz soit une astuce de batterie célèbre, nous ne l'avons pas activé ici car nous voulions préserver la dynamique rythmiquement changeante de la grosse caisse.
Nous avons utilisé la compression parallèle sur la batterie ici. Comme le plugin Dbx a un potard de mix, nous avons directement réglé environ 76% dans le mix. Bien qu'ajouter du « bruit » ou du ronflement soit généralement recommandé pour les caractères analogiques, nous avons constaté que nos hi-hats perdaient en clarté rythmique en faisant cela. Nous avons donc réglé le bruit à 0%.
Si tu fais attention à la caisse claire dans l'exemple sonore, tu remarqueras comment la peau de la caisse claire semble avoir été tendue plus serré. Les baguettes sonnent comme si elles frappaient la fréquence de résonance exacte de la membrane, ce qui signifie que tous les harmoniques pairs s'alignent.
Dans les exemples sonores, tu peux entendre comment le rythme des hi-hats devient plus défini grâce à la rapidité du VCA. Le morceau est en signature rythmique 6/8. Le hi-hat accentue principalement sur le 5e temps de chaque 2e mesure. Dans l'exemple dry, tu peux entendre comment la queue se prolonge plus longtemps, donnant au morceau une sensation plus lâche.
Batterie (Avant) :
Batterie (Après) :
Avec le DBX160 VCA activé, tu peux entendre comment l'accent du hi-hat est défini. L'amplitude du corps est relevée, avec un changement de gain de 6 dB. Mais le VCA libère assez vite pour nous ramener à l'amplitude originale, sans perdre complètement la queue. Tu peux toujours entendre le hi-hat continuer du temps 5 au 6 doucement.
Cette préservation de la micro-dynamique, qui affecte le feeling d'un groove, est ce qui rend les VCA si recherchés.
Basse :
La partie de basse utilisée ici suit un contour mélodique et nous voulions donc nous assurer que le son boueux soit éliminé. Notre signal dry occupait plus d'espace dans le mix en raison de son manque de définition.
Nous voulions changer cela en amenant la basse en avant dans le mix et en l'étalant sur le piano avec plus d'harmoniques musicales. Au départ, nous avons poussé le ratio de compression à environ 7 avec le seuil à 0,2 Vrms.
Cela faisait ressortir la ligne de basse, mais le corps de la basse semblait coupé de sa queue de release. Les harmoniques étaient séparées et chaque frappe arrivait avec un coup sourd.
C'est un problème à connaître avec les VCA : ils ne gèrent pas bien la distorsion après un certain point. En ramenant la compression à 4,71 et en laissant le seuil à 0,3 Vrms, nous avons trouvé que les harmoniques s'alignaient avec la fondamentale. La ligne de basse semblait musicale et large, mais toujours transparente.
Basse (Avant) :
Basse (Après) :
Nous avons réglé la compression parallèle à 50% avec le potard de mix. Nous avons aussi monté le bruit à 50% pour ajouter du ronflement. Nous avons augmenté l'entrée à 3 dB et laissé le gain de sortie à 2,3 dB.
La même ligne de basse avec un 1176 FET aurait apporté plus de caractère mais aurait distordu d'une façon qui ne s'harmoniserait pas bien avec le piano doux en arrière-plan.
Voix et bus vocal :
Comme tu peux l'entendre dans l'exemple avant, la guitare est chargée en transients et interrompt les voix. Dans cet exemple, au lieu de booster les voix avec un compresseur FET, nous avons décidé d'adoucir le morceau en lissant les voix par-dessus la guitare chargée en transients.
Remarque comment le compresseur VCA maintient la transparence des voix tout en leur redonnant de la puissance. Dans cet exemple, nous avons utilisé des compresseurs VCA sur le bus vocal et la piste vocale individuelle.
Voix (Avant) :
Voix (Après) :
Nous avons réglé un seuil de -8 dBU et une attaque de 1 ms sur la piste vocale individuelle. Nous avons réglé le ratio à 1.5:1 et le release à 0,5 seconde.
Nous avons activé le célèbre mode thrust de l'API 2500. Le thrust, dans l'API 2500, limite la compression dans les basses fréquences et ajoute de la compression aux fréquences passant par le filtre passe-haut.
En réglant le thrust sur fort (loud), nous avons manipulé l'algorithme de compression qui trace une ligne progressive sur le spectre de fréquences. Avec 15 dB de réduction de gain à 20 Hz et 15 dB d'augmentation de gain à 20 kHz, nous avons réduit l'interférence d'artéfacts dans les basses fréquences. Cela rend le compresseur très efficace sur les fréquences médiums et aiguës.
Bus vocal (Avant) :
Bus vocal (Après) :
Nous avons également ajouté l'API 2500 sur le bus vocal. Le seuil est réglé à 4 dBU, tandis que l'attaque est réglée à 0,3 ms. Le ratio est réglé à 3:1 et le release à 0,2 seconde. Le thrust est de nouveau réglé sur fort et un coude franc (hard knee) est choisi.
En sélectionnant le mode feed-forward dans les trois exemples, nos exemples sonores suivent le circuit expliqué précédemment.
Compresseurs VCA populaires :
Voici une courte liste de compresseurs VCA populaires qui sont devenus des incontournables en studio au fil des années :
- API 2500+ Stereo Bus Compressor
- SSL The BUS+
- UAD dbx 160 Compressor/Limiter
1. UAD dbx 160 Compressor/Limiter :
Hardware : dbx 160 Compressor / Limiter · Émulation plugin : UAD dbx 160 Compressor/Limiter
2. SSL The BUS+ :
Hardware : SSL The Bus+ · Émulation plugin : Waves SSL G Master Buss Compressor
3. API 2500+ Stereo Bus Compressor :
Hardware : API 2500+ Stereo Bus Compressor · Émulation plugin : Waves API 2500
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La plage de fréquences de chaque instrument sur un seul tableau codé par couleur. Imprime-le, épingle-le au-dessus de tes enceintes, et arrête de deviner où couper.
FAQ
Comme les VCA sont assez transparents, les débutants ressentent le besoin de les pousser pour entendre la compression. Bien que les VCA soient vraiment transparents à des niveaux modérés, ils ont tendance à s'accrocher à ton signal une fois que tu les pousses. Sonnant agressifs par à-coups, ils ont tendance à perturber la continuité des contours de l'amplitude de ton signal.
Les VCA ont également tendance à pomper dans les basses fréquences lorsque tu règles trop de compression. Comme nous l'avons vu dans nos exemples sonores, l'API 2500 dispose d'un contrôle thrust supplémentaire pour gérer ce pompage en basses fréquences.
De ce fait, l'inconvénient est que les VCA ne peuvent pas être poussés autant que les FET.
Cependant, comme les VCA sont extrêmement peu coûteux à fabriquer et fournissent des résultats prévisibles et reproductibles, leurs inconvénients sont souvent négligés.
La principale différence entre les VCA et les FET réside dans leur conception de transistor. Les transistors du VCA sont placés dans un circuit intégré et réagissent au signal d'entrée en le modulant avec une tension de contrôle. Les compresseurs FET fonctionnent avec le champ électrique d'une manière telle qu'une tension entrante plus élevée entraîne une résistance réduite dans le circuit de drain, conduisant à une réduction de gain.
Dans la conception FET, les charges électriques sont ajoutées à la tension pour calculer la variation de gain. Comme les FET fonctionnent sur le principe d'un gate, nous avons la tension poussant à travers le gate, ce qui provoque une réduction de la résistance.
Donc dans un FET, plus la tension passant à travers le gate est élevée, plus la résistance est faible. Moins il y a de résistance, plus la réduction de gain appliquée est importante.
Cependant, les VCA et les FET sont assez similaires en application en raison de leur réponse rapide. Ils peuvent tous deux être utilisés pour les transients rapides et le matériel dynamiquement riche.
Mais un FET ajoutera du caractère à ton son et le colorera en écrasant tes transients. Un VCA, en revanche, rendra ta piste lisse, propre et transparente en étouffant tes transients.
Donc si tu cherches à ajouter du caractère, du grain et de la couleur sur des instruments isolés comme des guitares acoustiques, des voix rock ou des caisses claires, il vaut mieux opter pour un compresseur FET. Mais si tu cherches beaucoup de contrôle sur un groupe d'instruments dans un bus de batterie ou un bus master, avec une large gamme de temps de réponse, tu ferais mieux d'opter pour un VCA.
Bien que les émulations plugin soient une excellente solution, les basses fréquences sur les plugins peuvent sonner radicalement différemment des unités hardware. Alors que certaines peuvent être transparentes et propres, d'autres émulations plugin ajoutent beaucoup d'artéfacts inutiles dans les basses. Également en raison de leur polyvalence, les unités hardware sont préférées aux plugins.
Les VCA sont également utilisés comme compresseurs de bus qui impactent l'ensemble du morceau. Comme ils ne sont pas limités à une seule utilisation, se procurer un compresseur VCA hardware n'est pas un mauvais investissement.
Cela dit, beaucoup d'émulations plugin VCA sonnent excellemment. Bien que les fonctions d'attaque et de release ne sonnent peut-être pas de la même façon, certaines émulations plugin offrent une excellente largeur et profondeur à l'audio, ce qui est ce que tu devrais rechercher en choisissant une émulation plugin.
Par exemple, le UA dbx160 sonne plus lisse que la version Waves. Le UA dbx160 a des basses développées, ce qui est très perceptible.
Le Waves DBX160, en revanche, ajoute de la compression, similaire au hardware dans le médium, tout en ajoutant plus de brillance dans les hautes fréquences.
Sai is a full-time music producer based in India and head of faculty at D7 Media Institute. He specialises in sound design, mixing and recording, and holds degrees in both Music Production and Music Composition & Piano.