コンプレッションは、オーディオ信号の最も大きい部分と最も小さい部分を均一にする処理として簡単に理解できますが、コンプレッサーのタイプによって動作原理は異なります。DAWで日常的に使用しているプラグインエミュレーションは、主に5つの主要なオーディオコンプレッサー回路をモデルにしています。その中でも最も広く使用されているタイプの一つがVCAコンプレッサーです。VCAはvoltage control amplifierの略で、制御電圧を使用してコンプレッサーが適用するゲイン量を変調します。このVCAコンプレッサーの記事では、市場で最も人気のあるVCAコンプレッサープラグインで作成したサウンドサンプルを使用して、VCAコンプレッサーの内部動作と用途を詳しく解説します。
VCAコンプレッサーとは?(要約)
VCAは、制御電圧(CV)を使用して入力信号のボリュームを変調するアナログコンプレッサーです。半導体としてICチップを使用することで、入力信号は出力経路と検出経路に別々にルーティングされ、そこでVCAコンプレッションが発生します。IC内に収められたVCAは、微調整が可能で、不要な歪みに強い特性を持っています。
シンセサイザーにおけるVCAの応用については、 こちらで詳しくお読みいただけます。
電圧制御アンプまたはVCAは、2つの入力信号と1つの出力信号を扱います。
- キャリア信号: 最初のタイプの入力信号はキャリア信号と呼ばれ、負と正の振幅で構成されるバイポーラ信号を受け入れ、入力を通過させます。ただし、このキャリア信号は制御電圧、つまり2番目の入力信号の正の値に依存します。
- 制御電圧入力: モジュレーター信号とも呼ばれるCV入力は、2番目のタイプの入力信号で、VCA内でユニポーラの正信号を運びます。正の振幅を持つCVは、その正の値に比例してキャリア信号の振幅を変更します。アンプはCV入力を流れる正の信号または正のバイアスのみを受け入れて読み取るため、値はゼロより大きくなければなりません。入力値がゼロにバイアスされると、モジュレーター信号は機能せず、出力に信号が得られません。
- 出力信号: 出力信号は、キャリア信号とCVの瞬間的な積です。したがって、出力信号の値は、各瞬間における2つの信号の振幅を掛け合わせることで計算されます。
VCAはアンプか、それともアッテネーターか?
可変ゲインの比率は決して1を超えないため、 VCA回路はアンプというよりもアッテネーターとして機能します。
有名なAPI 2500 VCAコンプレッサーのブロック図を用意しましたので、VCAコンプレッサー内部の接続を視覚的に理解していただけます。
基本的に、VCAコンプレッサーを通過するモジュレーター信号またはCVのレベルが高いほど、出力に流れるキャリア信号も多くなります。これは、VCAコンプレッサー内で発生する3つのシナリオを示すことで、より理解しやすくなります:
- 負のCV: CV値がゼロに達するか、ゼロを下回ると、出力にキャリア信号は送られません。
- 最大値: すべてのVCA内には、キャリア信号全体が出力に到達する特定の正の値が存在します。
- CV減衰: 負の値は信号を送らず、正の最大値ではすべてが通過します。では、その間のすべての値はどうなるのでしょうか?これらは、CVによって減衰されるキャリア信号の値です。
VCA内部でのゲインリダクションの仕組みを理解するために、標準的なVCAコンプレッサーの回路と信号の流れについて詳しく見ていきましょう。
VCA回路はどのように動作するのか?
ほとんどの標準的なVCAコンプレッサー/リミッターでは、シリーズVCAとRMSレベルディテクター、そしていくつかのOP-Ampが設計の中核を形成しています。これらはそれぞれコントローラーとディテクターとして連携して機能します。RMSディテクターは対数DC出力を提供し、VCAは指数形式でゲインコントロールを操作するコマンドを受け取ります。
VCAコンプレッサーの設計。 VCAコンプレッサー設計の優れた点は、コンプレッションゲイン、レシオ、スレッショルドをすべて独立して制御できることです。RMSレベルディテクターは時定数を自動的に管理します。
シグナルチェーン。 信号はまずVCAコンプレッサーと最初のOP-Amp(OP1)から流れます。VCAは通常、入力信号に対して値(デシベル)が乗算可能な出力信号を生成します。OP Amp-1は、独自のフィードバック抵抗R6に従って、この信号を電圧に変換します。
抵抗の場合、R1=R6では、入力電圧は出力電圧と等しく、pin3制御ポートは0Vまたはユニティゲインになります。ここでは、ゲインは電圧変動に反比例します。
1dBのゲインリダクションには常に6mVの電圧上昇が伴い、1dBのゲイン増加には常に6mVの電圧低下が伴います。
つまり、出力レベルは入力信号とpin3のCVによってのみ変調されます。
RMSキャリブレーション。 RMSの入力は仮想グラウンドで、抵抗R7から信号を受け取ります。この回路は、入力電圧が-10dBVに達すると0Vの出力が得られるように設計されています。RMSディテクターの出力電圧は、入力信号に正比例します。
値は、先ほど見たゲインリダクションとは正反対にキャリブレーションされています。したがって、入力の1dB減少は出力の6mV減少を引き起こします。入力の1dBブーストも出力の1dBブーストを引き起こします。
スレッショルドコントロール。 2番目のOP-Amp、OA2は、RMSの電圧が負の場合にOA2の出力が正になるようにRMSに接続されています。しかし、これはスレッショルドの電圧とどのように関連しているのでしょうか?
RMSの電圧が0より大きい場合、2番目のOP-Ampの出力は負になります。しかし、スレッショルドの電圧は常に-1dBゲインでRMSの電圧に追従します。したがって、方程式は次のようになります:
Vth = –Vrms (Vrms > 0 Vの場合)。
つまり、簡単に言えば、RMSの電圧がユニティゲインまたは0Vより大きい場合、スレッショルドの電圧はRMSに対して常に負になります。
VCAのスレッショルド設計の基本的な考え方は、スレッショルドでRMSの電圧が0Vに等しくなるべきだということです。これは、2番目のOP-Ampからの電圧が、入力信号の電圧が入力レベルより高いという条件に基づいてのみ通過することを意味します。
この場合、値は0dBマークを超える必要があるため、スレッショルドの電圧は、スレッショルドを超える入力信号のdBレベルを表します。
VCAコンプレッション: スレッショルドの電圧は、回路の他の部分を通過する前に、VCAのコンプレッションコントロールを使用してスケーリング可能です。VCAのコンプレッションコントロールは、特定の出力値を分割可能な分数でミラーリングするのに役立ちます。
たとえば、値が最大に設定されている場合、スレッショルドの電圧は3番目のOP-Amp、OP3の出力を正確にミラーリングします。最大値以下のすべての設定では、OP-Amp3がスレッショルド値の分割可能な分数をミラーリングします。
つまり、簡単に言えば、最大コンプレッション値では次のようになります:
Vopamp3 = Vth
したがって、OA3の電圧は、6mV/dBでスレッショルドを超える入力Vinの電圧として見ることができます。
これらの方程式を適用すると、スレッショルドを超える電圧入力での1dBのゲインブーストごとに、OA3で6mVのブーストが発生することがわかります。これにより、VCAでの全体的なゲインリダクションは1dBになります。なぜこれが起こるのでしょうか?
1dBのゲインリダクションは、OA3の電圧がVCAのpin3を通過するときに発生し、-6mV/dBでゲインをナビゲートします。
したがって、たとえば、コンプレッションが中間点に設定されている場合、スレッショルドを超える入力信号の2dB増加に対してゲインは1dB減少します。したがって、入力信号が2dB増加するごとに出力は1dB増加します。
コンプレッションレシオ: それでは、コンプレッションレシオについて、方程式と定義でより良く理解しましょう。
入力信号と比較した出力信号のスレッショルドを超えるデシベル数の増加は、コンプレッションレシオと呼ばれます。
コンプレッションレシオ: ∆ Vin/∆ Vout
上記の方程式では、VinとVoutは、スレッショルドの設定値を超える入力信号と出力信号のデシベル増加を示します。コンプレッションレシオは、コンプレッションが最小の場合は1:1で、最大に設定すると∞:1になります。
興味がある方は、さらに興味深いコンプレッサーの図を こちら.
ゲインリダクション: DCオフセットがゲインコントロールに追加されるため、静的ゲインは6mV/dBになります。正または負の15ボルトの供給を通すことにより、ゲインコントロールはOp-Amp3での変動を正または負の123mV変動させます。
この回路内の反応は、ゲインが+20dBから-20dBの間で変動できるようにする上で重要です。この変動は、VCAコンプレッション中に引き起こされる信号レベルの減衰を補うためにコンプレッサーによって使用されます。
VCAコンプレッションの性質: 基本的に、コンプレッサー内のRMSディテクターは入力のデシベル表現を再現します。これにより、RMSディテクターから送られるゲインに関する情報に基づいて、VCAが即座に動作します。
VCAコンプレッサーのスレッショルドディテクターには、双方向交流(AC)を単方向直流(DC)に変換する動作整流器が使用されています。
コンポーネントの整流性が非常に鋭く急峻であるため、信号がスレッショルドに達すると、一般的に鋭いニーになります。
トリム機能: 設計に使用される2つのトリムポットは、サウンドにおいて重要な役割を果たします。主な目的は、VCAを最小限の歪みに設定し、RMSディテクターを最小限のリップルに設定することです。最初のトリムポットは主にVCAの歪みとフィードスルーを制御するために使用され、2番目は整流器の対称性のバランスを取るために使用されます。
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VCAコンプレッサーはどんな音がするのか?
VCAコンプレッサーはピーク信号入力に作用するため、非常に高速であることで知られています。しかし、同様に速度で知られるFETコンプレッサーとは異なり、VCAコンプレッサーはすべてのトランジェントを押しつぶすことで過度に色付けすることはありません。実際には、入力されるトランジェントピークを「スムーズ」で「クリーン」に聞こえるように滑らかにします。
このため、VCAは非常に「透明」であると認識されるため、ミキシング用途ではFETコンプレッサーよりもはるかに汎用性が高くなります。
ただし、FETを全開にする方法は、VCAを扱う方法とは異なります。VCAは非常に敏感なため、やりすぎないように注意する必要があります。FETは全開にすると特徴を加えます。しかし、VCAは適度を超えて全開にすると、トラックの生き生きとした感じを失う可能性があります。
OptoやVari-Muコンプレッサーよりもはるかに速く反応できるため、VCAはドラムバス、パラレルコンプレッション、マスターバスに最適です。その速度によりすべての情報をキャッチすることができ、予測可能な性質により、楽器のグループに使用できます。
VCAサウンド比較:
以下のVCA対FET対Optoのサウンド比較では、VCAでエレクトリックギターがはるかにオープンに聞こえることがわかります。FETはサウンドを押しつぶすことで態度を加え、トランジェントをよりコントロールしやすくします。
非線形トポロジーを使用するOptoは、アタックとリリースがはるかに遅く、中域により多くの親密さを生み出します。しかし、OptoはVCAのように高域を開きません。
マイクロダイナミクスに特に作用するVCAは、ギターをより呼吸しやすくします。
ドライエレクトリックギター:
VCA: (Waves dbx160)
FET: (Waves CLA76)
OPTO: (Waves CLA2A)
このギターの例を選んだのは、高弦の音のリリースが分かりやすいからです。FETは速すぎ、Optoはそれらの音を完全には開きません。
VCAコンプレッションが有用なシナリオ:
回路は電圧制御アンプを誇っているため、VCAのアタックとリリース値をより細かく制御できます。予測可能で再現性があることで知られるVCAは、バスに最適です。コンプレッションへの応答自体が非常にスムーズであるため、マスタリング用途にも理想的な候補となります。
トランジェントピークと動的なリズミカルな素材を扱うには、何も見逃さないように、非常に迅速なトランジェント検出を備えた強力なコンプレッサーが必要です。VCAはまさにそれを実行でき、かなり透明でありながら、全体的なダイナミックレンジをより管理しやすくコントロールできます。
トラック内の変調されていないダイナミックなセグメントを扱っている場合は、VCAを避ける必要があります。トランジェント変動に対する感度がVCAの特長であるため、ダイナミクスが一定のパッセージではあまり有用ではありません。
VCAは各楽器でどのように音を出し、反応するのか?
私たちは、ゲインコントロールに「フィードフォワード」スタイルで適用されたRMS検出サイドチェーン回路を備えたdBX160とAPI2500 VCAコンプレッサープラグインを使用しました。先に説明したのと同じ回路なので、サウンドサンプルで簡単に理解できます。
Dbx160 VCAハードウェアモデルは後にソフトニーコンプレッションに移行しましたが、私たちはオリジナルのハードニーを使用するWaves Dbx160エミュレーションを使用しました。
ドラム:
オートアタックとリリースが入力信号のエンベロープに反応しているため、VCAでは単一のコンプレッションレシオノブとスレッショルドを使用しています。コンプレッションレシオを4:1に、スレッショルドレベルを1 Vrms(-18dBFS)に設定しました。
出力ゲインを約9.5dBに設定しました。サイドチェーンで90 Hzのハイパスフィルターを使用するのは有名なドラムトリックですが、キックのリズミカルに変化するダイナミクスを保持したかったため、ここでは使用しませんでした。
ここではドラムにパラレルコンプレッションを使用しました。Dbxプラグインにはミックスノブがあるため、ミックスに直接約76%をダイヤルしました。アナログキャラクターには「ノイズ」またはハムを追加することが一般的に推奨されますが、そうするとハイハットがリズミカルな明瞭さを失うことがわかりました。そのため、ノイズを0%に設定しました。
サウンドサンプルのスネアに注意を払うと、スネアの皮がより張られているように見えることに気付くでしょう。ドラムスティックは膜の正確な共振周波数を叩いているように聞こえ、これはすべての偶数次の倍音が揃っていることを意味します。
サウンドサンプルでは、VCAの速度によってハイハットのリズムがより明確になることがわかります。トラックは6/8拍子です。ハイハットは主に2小節ごとの5拍目にアクセントを付けます。ドライの例では、テールがより長くサステインし、トラックにルーズな感じを与えることがわかります。
ドラム(Before):
ドラム(After):
DBX160 VCAをオンにすると、ハイハットのアクセントがどのように明確になるかがわかります。ボディの振幅は6dBのゲイン変化で上昇します。しかし、VCAは元の振幅に戻るのに十分な速さでリリースするため、テールを完全に失うことはありません。ハイハットが5拍目から6拍目にかけて柔らかく続くのが聞こえます。
グルーヴの雰囲気に影響するマイクロダイナミクスのこの保存こそが、VCAが非常に求められている理由です。
ベース:
ここで使用されているベースパートはメロディックな輪郭に従っているため、濁りを取り除くことを確認したかったのです。ドライ信号は明瞭さに欠けるため、ミックス内でより多くのスペースを占めていました。
ベースをミックスで前面に出し、より音楽的な倍音でピアノの上に広がるようにすることで、それを変えたかったのです。最初に、スレッショルドを0.2Vrmsに設定し、コンプレッションレシオを約7まで上げました。
これによりベースラインが際立ちましたが、ベースのボディがリリーステールから切り離されたように感じました。倍音が分離し、各ストロークがドスンと打ちました。
これはVCAで注意すべき問題で、ある点を超えると歪みをうまく処理できなくなります。コンプレッションを4.71に戻し、スレッショルドを0.3Vrmsのままにすることで、倍音が基音と揃うことがわかりました。ベースラインは音楽的で広く感じましたが、それでも透明でした。
ベース(Before):
ベース(After):
ミックスノブで50%のパラレルコンプレッションをダイヤルしました。また、ハムを追加するためにノイズを50%まで上げました。入力を3dBに増やし、出力ゲインを2.3 dBのままにしました。
同じベースラインを1176 FETで処理すると、より多くの態度が加わりますが、背景の柔らかいピアノとうまく調和しない方法で歪んでしまいます。
ボーカル&ボーカルバス:
Beforeの例で聞こえるように、ギターはトランジェントが重く、ボーカルを遮断しています。この例では、FETコンプレッサーでボーカルをブーストする代わりに、トランジェントの重いギターの上にボーカルを滑らかにすることで、トラックを柔らかくすることにしました。
VCAコンプレッサーがボーカルの透明性を維持しながら、ボーカルにパワーを貸し出す方法に注目してください。この例では、ボーカルバスと個々のボーカルトラックにVCAコンプレッサーを使用しました。
ボーカル(Before):
ボーカル(After):
個々のボーカルトラックのスレッショルドを-8dBU、アタックを1msに設定しました。レシオを1.5:1に、リリースを0.5秒にダイヤルしました。
API 2500の有名なスラストモードをオンにしました。API 2500のスラストは、低域でのコンプレッションを制限し、ハイパスフィルターを通過する周波数にコンプレッションを追加します。
スラストをラウドに設定することで、周波数スペクトル全体に段階的なラインを描くコンプレッションアルゴリズムを操作しました。20 Hzで15dBのゲインリダクション、20kHzで15dBのゲイン増加により、低域でのアーティファクトの干渉を減らしました。これにより、コンプレッサーは中域と高域で非常に効果的になります。
ボーカルバス(Before):
ボーカルバス(After):
ボーカルバスにもAPI 2500を追加しました。スレッショルドは4dBUに、アタックは0.3 msに設定されています。レシオは3:1に、リリースは0.2秒に設定されています。スラストは再びラウドに設定され、ハードニーが選択されています。
3つの例すべてでフィードフォワードモードを選択することで、サウンドサンプルは前に説明した回路に従っています。
人気のVCAコンプレッサー:
長年にわたってスタジオの定番となった人気のVCAコンプレッサーの短いリストがこちらです:
- API 2500+ Stereo Bus Compressor
- SSL The BUS+
- UAD dbx 160 Compressor/Limiter
1. UAD dbx 160 Compressor/Limiter:
ハードウェア： dbx 160 Compressor / Limiter · プラグインエミュレーション： UAD dbx 160 Compressor/Limiter
2. SSL The BUS+:
ハードウェア： SSL The Bus+ · プラグインエミュレーション： Waves SSL G Master Buss Compressor
3. API 2500+ Stereo Bus Compressor:
ハードウェア： API 2500+ Stereo Bus Compressor · プラグインエミュレーション： Waves API 2500
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よくある質問
VCAは非常に透明であるため、初心者はコンプレッションを聞くためにブーストする必要を感じます。VCAは適度なレベルでは本当に透明ですが、ブーストするとすぐに信号をつかんでしまう傾向があります。断続的に攻撃的に聞こえ、信号の振幅の輪郭の連続性を乱す傾向があります。
VCAは、コンプレッションをかけすぎると低域でポンピングする傾向もあります。サウンドサンプルで見たように、API 2500にはこの低域ポンピングを処理するための追加のスラストコントロールがあります。
このため、VCAはFETほどプッシュできないというデメリットがあります。
ただし、VCAは製造が非常に安価で、予測可能で再現性のある結果を提供するため、そのデメリットは見過ごされることが多いです。
VCA とFET の主な違いは、トランジスタ設計にあります。VCAのトランジスタはIC内に配置され、制御電圧で変調することで入力信号に反応します。FETコンプレッサーは、より多くの入力電圧がドレイン回路の抵抗を低下させ、ゲインリダクションにつながるように電界で機能します。
FET設計では、電荷が電圧に加えられてゲインの変動が計算されます。FETはゲートの原理で動作しているため、ゲートを押し通る電圧があり、これが抵抗の減少を引き起こします。
したがって、FETでは、ゲートを通過する電圧が高いほど、抵抗が低くなります。抵抗が低いほど、より多くのゲインリダクションが適用されます。
ただし、VCAとFETは、高速応答により用途が非常に似ています。どちらも高速に移動するトランジェントやダイナミクスに富んだ素材に使用できます。
しかし、FETはトランジェントを押し潰すことでサウンドにキャラクターと色を加えます。一方、VCAはトランジェントを抑えることで、トラックを滑らかでクリーンで透明なサウンドにします。
したがって、アコースティックギター、ロックボーカル、スネアなどの単独楽器に特徴、グリット、色を加えたい場合は、FETコンプレッサーを選択する方が良いでしょう。しかし、ドラムバスやマスターバスの楽器グループを幅広い応答時間で細かく制御したい場合は、VCAを選択する方が良いでしょう。
プラグインエミュレーションは優れた解決策ですが、プラグインの低域はハードウェアユニットと大きく異なる場合があります。透明でクリーンなものもありますが、他のプラグインエミュレーションは低域に多くの不要なアーティファクトを追加します。また、汎用性があるため、ハードウェアユニットはプラグインよりも好まれます。
VCAはトラック全体に影響するバスコンプレッサーとしても使用されます。VCAは一発屋ではないため、VCAハードウェアコンプレッサーを入手することは悪い投資ではありません。
とはいえ、多くのVCAプラグインエミュレーションは優れたサウンドです。アタックとリリース機能は同じように聞こえないかもしれませんが、一部のプラグインエミュレーションはオーディオに優れた幅と深さを提供します。これは、プラグインエミュレーションを選択する際に探すべきものです。
たとえば、UA dbx160はWavesバージョンよりも滑らかに聞こえます。UA dbx160には精巧な低域があり、非常に目立ちます。
一方、Waves DBX160は、中域ではハードウェアと同様のコンプレッションを追加しながら、高域ではより多くの輝きを追加します。
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.