Gestione della dinamica: tecniche di compressione nel mastering

Tecniche di compressione nel mastering: Una volta effettuata la correzione degli errori ed un’accurata correzione spettrale (o equalizzazione correttiva), si entra in quella fase che viene definita gestione della dinamica. Questo terzo stadio della catena di mastering avviene mediante l’utilizzo prima dei compressori e poi, successivamente alla fase di controllo del panorama, dei limiters. Questi processori dinamici comprimono il segnale audio, riducendo la gamma dinamica, al fine ottenere un suono migliore, rendendolo più omogeno, e di guadagnare volume. Però è importante sapere che non sempre è necessario comprimere il segnale; Katz ritiene che, a volte, non usare per niente il compressore può essere la soluzione migliore (Katz 2007). Per volume si intende la sensazione soggettiva del livello medio di un brano.

Il picco di un programma musicale è invece un valore istantaneo, un transiente veloce più alto rispetto al livello medio. Pertanto, per innalzare la sensazione di volume di un brano, non dobbiamo innalzare il suo valore di picco ma il suo valore medio o valore efficace. Questo valore viene detto valore RMS cioè root mean square (radice quadrata della media dei valori).

Lo strumento in grado di misurare questo valore è il VU meter che ha dei tempi di salita molto lenti ed è in grado quindi di attestare la sua misurazione attorno a valori medi del segnale. Questo volume medio si aumenta riducendo la dinamica. Quest’ultima è un gradiente, sarebbe a dire la differenza fra il livello più basso e quello più alto di un programma musicale. 

Per restringere questa distanza tra valore più alto e valore più basso di un programma musicale si utilizza un processore dinamico. Un processore dinamico è un dispositivo in grado di agire sul gain, cioè sul guadagno di un amplificatore, tenendo conto di alcuni settaggi.    

I processori dinamici

 I processori dinamici si dividono in espansori di dinamica (expander e gate) e compressori di dinamica (compressore e limiter). In questo stadio, però, il fine è quello di ridurre la gamma dinamica per ottenere una coerenza di livello all’interno dell’album e infine guadagnare volume, azioni possibili grazie all’utilizzo di compressori e , successivamente, dei limiters. Prima di usare un compressore è opportuno conoscere il genere musicale sottoposto e conoscere le particolarità delle sue dinamiche. Infatti ascoltare e regolare bene un compressore è, forse, una delle cose più difficili per un ingegnere di mastering. Il tecnico deve innanzitutto decidere se lavorare su macrodinamiche o microdinamiche e scegliere il processore adatto , per timbro e tipologia di gain reduction.    

I parametri principali su i quali bisogna intervenire sono: 

• Soglia (threshold): determina da dove comincia l’intervento del processore. Quindi è responsabile della solidità dell’intervento
• Ratio (rapporto di compressione): determina di quanto viene abbassato il volume in base ad un rapporto. A seconda del processore da più peso e consistenza al segnale.
• Attacco: determina dopo quanto comincia il lavoro di abbassamento del gain una volta che il segnale è sceso sotto la soglia. È il valore che regola il “punch” o la morbidezza ed è il principale responsabile di una dinamica ferma o vitale.
• Rilascio: determina dopo quanto termina il lavoro di abbassamento del gain una volta che il segnale è sceso sotto la soglia. Ci da la musicalità e la fermezza ed è infatti il principale responsabile del piacere di ascolto.
• Knee: Questo parametro, tramite le impostazioni soft o hard ci permette di determinare il comportamento del compressore nei pressi della soglia. Con un knee hard, la compressione inizierà bruscamente ma solo dopo che il segnale avrà superato la soglia. Con un knee soft l’entrata in compressione è più graduale e il lavoro del compressore comincia già su valori d’ampiezza inferiori alla soglia.
• Make up gain: questo parametro, talvolta impostabile in automatico, permette di intervenire sulla riduzione dinamica (e quindi l’innalzamento del volume) aumentando gain del segnale in uscita per recuperare i dB persi in compressione.

Le tecniche di controllo dinamico usate in mastering sono:

• Downward compression: è la tipologia di controllo dinamico più utilizzata, sia in mix che in mastering. Il segnale subisce una gain reduction ogni qual volta supera la threshold. A seconda dei casi il gain compenserà la gain redcution. Risulterà un segnale compatto e controllato, ma i transienti subiranno un degrado.
• Upward expansion: o upward compression, è una tecnica di raro utilizzo, ma molto efficace se padroneggiata. Il segnale subisce una ratio negativa ogni qual volta supera la soglia. Il che si traduce in un aumento di volume nei segnali più bassi. Rimanendo le parti di volume integre, non c’è degrado dei transienti. In un sistema multibanda può essere spesso usata per ridare “vita” a segnali troppo compressi o per enfatizzare un transiente.
• Compressione parallela: è l’applicazione della tecnica downward compression che unisce il segnale compresso al segnale originale. A seconda delle applicazioni può avere gli stessi effetti della upward expansion oppure di una downward compression, ma evitando il degrado dei transienti. Se padroneggiata è la tecnica più trasparente e versatile.

Katz individua due tipi di compressione parallela: “transparent parallel compression” e “attitude parallel compression”. L’effetto complessivo di compressione parallela trasparente può sembrare simile all’utilizzo dell’automazione per gestire i picchi di volume. Essa provoca anche un minor numero di spostamenti tonali e quasi nessuna perdita di dettagli nei transienti (Katz 2007 103).   I compressori digitali non sono ancora considerati a livello delle controparti hardware in quanto hanno una gain reduction non all’altezza dei compressori OTB e una scarsa musicalità. si differenziano in:  

Compressori ITB:

• Digitali: permettono un’elevata precisione e numero di istanze elevato con possibilità di upward expansion. (vedi fig.27)

Kotelnikov mastering compressor

Fig. 27. Kotelnikov mastering compressor

• Emulazioni compressori hardware: hanno un suono che richiama l’hardware rinomato ma introducono saturazioni con artefatti. (vedi fig.28)

Shadow Hills Industries mastering compressor

Fig. 28. Shadow Hills Industries mastering compressor

• Multibanda: hanno un grande controllo sulla gain reduction , molto precisi con possibilità di upward expansion. Con problemi legati alla qualità dei crossovers e alle fasi. (vedi fig.29)

Ozone 6 multiband compressor

Fig. 29. Ozone 6 multiband compressor

• Eq dinamici: rendono possibili interventi chirurgici grazie alla loro grande precisione ma introducono problemi legati alle distorsioni di fase. (vedi fig.30)

Ozone 6 dynamic compressor

Fig. 30. Ozone 6 dynamic compressor

Compressori OTB:

• VCA: La caratteristica principale dei compressori VCA è quella di offrire i tempi di inviluppo più veloci ed i più alti livelli di riduzione di guadagno, rispetto a qualsiasi altra tipologia di compressori. Nei compressori VCA (voltage–controlled amplifier), la compressione del segnale avviene tramite circuiti elettronici a transistor, controllati in tensione, realizzati la maggior parte delle volte in circuiti integrati. Sono tra i tipi di compressori più diffusi, perché molto flessibili, più fedeli e con banda più ampia, possono conferire una particolare colorazione al suono. Sono la scelta più comune per versatilità, numero di disegni e rapidità di intervento. Suonano molto veloci e con molto punch.(vedi fig.31)

Rupert Neve Designs Portico 2

Fig. 31. Rupert Neve Designs Portico 2

• PWM: (pulse width modulation) Usa una serie di switch per regolare la gain reduction. Velocissimo e molto pulito, non viene usato molto, come disegno, ma è stato un classico per molti anni. Il primo compressore pwm è stato l’EMT 156 in cui L’idea di base era quella di utilizzare degli impulsi a 200 kHz, quindi oltre la gamma udibile, per campionare il segnale in ingresso. L’ampiezza di questi impulsi era poi determinata dal livello del segnale. Il segnale così campionato veniva poi manipolato dall’utente con i controlli del pannello frontale e poi utilizzato per pilotare uno stadio di compressione/espansione a ponte di diodi. (vedi fig.32)

Crane Song LTD STC8

Fig. 32. Crane Song LTD STC8

• Multibanda: Con disegni sia VCA che ottici, sono macchine spesso surclassate sulla singola banda, ma che hanno grande capacità di intervento d’insieme. (vedi fig.33)

Maselec MLA-4

Fig. 33. Maselec MLA-4, primo compressore multibanda con possibilità di switch downward compression/upward expansion

• Ottici: Più lenti e delicati. Alcuni produttori hanno velocizzato la risposta del detector per applicarli al mastering. Abbreviati con il nome di “opto”, utilizzano una “lampada” che reagisce all’audio in entrata, cambiando la propria luminosità, da incandescente a più scuro, a seconda dell’ intensità del suono in ingresso. Nel circuito, la lampada, è posizionata davanti ad un fotoresistore (o fotodiodo), che segue il livello di illuminazione proveniente dal bulbo della lampada. A queste variazioni di intensità di luce, il fotoresistore cambia il gain dell’amplificatore; con bassa intensità di luce avremo una compressione minore, con forte illuminazione una compressione maggiore. Una caratteristica unica che contraddistingue i compressori opto (e per la quale devono anche il loro suono) è la latenza generata dal fotoresistore quando questo deve controllare l’ intensità di luce della lampada, prima di prendere qualsiasi azione.Di conseguenza, la maggior parte dei compressori ottici, utilizza la compressione di tipo soft knee. Questo crea un attacco ed un rilascio più naturale, ma significa anche che, il compressore, non è abbastanza veloce per catturare molti transienti. Spesso, non si avverte la loro presenza fino a quando non vengono messi in bypass. Conferiscono comunque al suono, calore, corposità, qualità particolarmente desiderate quando si produce in dominio digitale. (vedi fig.34)

Pendulum Audio OCL-2

Fig. 34. Pendulum Audio OCL-2

• Vari μ: Un classico negli studi di mastering. Suono molto morbido e musicale. Molti modelli suonano più “scuri” delle controparti VCA. . Il termine Mu indica il guadagno in tensione della valvola, il cui sinonimo è transconduttanza. La valvola è stata la prima tecnologia attiva disponibile per la costruzione di limiter radiofonici. L’uso di valvole vari-Mu risale agli anni ‘30/’40 per quello che riguarda la compressione audio, però il loro uso era già comune dalla metà degli anni ’20 nei ricevitori radiofonici per AGC (Automatic Gain Compensation), fondamentale per rendere il parlato radiofonico intelligibile quando la dinamica del segnale ricevuto variava enormemente. AGC è già una forma di compressione, la differenza sta nella banda passante e nella distorsione armonica degli apparati degli anni ’20, costruiti principalmente per il parlato e per la qualità degli altoparlanti domestici del tempo, mentre le unità esistenti dal ’40 in poi avevano bisogno di una qualità ben superiore. È solo nel dopoguerra, tuttavia, che la tecnologia vari-Mu venne sfruttata a pieno per costruire compressori che fossero in grado di gestire tempi di attacco molto corti e con una qualità audio ineccepibile. (vedi fig.35)

Manley stereo variable MU limiter compressor

Fig. 35. Manley stereo variable MU limiter compressor

    Nonostante le loro differenze costruttive e dei componenti, condividono generalmente il percorso del segnale che può riassumersi in tre fasi:

1. Creazione di un segnale, chiamato ‘side-chain’, che contenga l’informazione del livello istantaneo del segnale.
2. Utilizzo del side-chain, per determinare il livello di intervento sul segnale audio
3. Compressione del segnale tramite una sezione di amplificazione controllata dal side-chain.  

Quindi il segnale in ingresso nel compressore viene diviso in due parti uguali, una va direttamente al circuito di amplificazione, l’altra viene usata per creare il side-chain che, dopo essere passato nel circuito di controllo del livello a cui abbiamo detto qual’è la soglia sopra la quale attivare il compressore, torna anch’essa al circuito di amplificazione che lo userà come segnale di attivazione. In uscita avremo perciò il segnale originale compresso secondo ‘le istruzioni’ del segnale side-chain.

Quest’ultimo può essere prelevato prima o dopo lo stadio di compressione. Se il side-chain è prelevato prima il compressore avrà un design circuitale di tipo Feed-Forward, se prelevato a valle verrà chiamato di tipo Feedback (vedi fig.36). I primi compressori erano di tipo Feedback ma questo non permetteva una risposta sufficientemente veloce per proteggere da picchi di volume molto intensi e brevi. Il design Feed-Forward, pur essendo più complesso, permette di reagire in modo quasi istantaneo alle variazioni del segnale ed è quindi adottato nella quasi totalità dei compressori attuali. In un processore di dinamica la prima cosa che avviene quando il segnale lo attraversa è un processo chiamato peak detection che analizza il livello massimo medio o istantaneo del segnale in ingresso.

Quel livello viene confrontato con una soglia che l’utente stabilisce; dopo essere passato nel peak detector il segnale passa al gain control. Se il segnale supera quella soglia il processore entra in azione effettuando il gain reduction, altrimenti non fa nulla (il segnale passa in entrambi i casi nel gain control); in questo caso graficamente possiamo osservare una linea retta obliqua (unity gain). E’ utile ribadire che in alcuni casi sarebbe utile filtrare le basse frequenze con un passa alto prima di comprimere. Per le problematiche legate in particolar modo alle frequenze più basse e ad un conseguente ritardo nella compressione del segnale, molti filtri digitali incorporano la funzione look ahead che permette di prevedere in anticipo l’arrivo del segnale audio e di conseguenza eliminare quel lieve ritardo che si produce soprattutto quando il parametro di attacco è impostato su un valore molto basso.  

Percorso del segnale audio in compressione feedforward e feedback

Fig. 36. Percorso del segnale audio in compressione feedforward e feedback

Spesso i compressori analogici, come visto per gli equalizzatori, vengono utilizzati in bypass in modo da donare un particolare “colore” al suono, dove per “colore” si intende una sorta di leggera distorsione eufonica che all’orecchio si traduce in una maggiore enfasi su alcune bande dello spettro. La saturazione lavora su transienti e microdinamiche ed è utilizzata per rendere il disco più coerente dal punto di vista dei livelli quindi bisogna tenere in considerazione 2 fattori: la microdinamica che si può controllare tramite compressione peak e feedforward, con attacchi medio veloci, rilasci medi e ratio che vanno da 2:0 a 3:0. La macrodinamica che si può controllare tramite compressione RMS e feedback con attacchi maggiori di 60ms, rilasci maggiori di un secondo e ratio che vanno da 1:2:0 a 2:5:0 o compressione parallela.  

Grazie a queste tecniche di compressione nel mastering sarà possibile passare allo step successivo: tecniche di controllo del panorama.  

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Marco James D’Emidio

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