Lo Studio Moderno - 9 parte

di Livio Argentini

Nella scorsa puntata avevamo visto come utilizzare il canale, vediamo adesso come gestire il segnale di uscita.

Per prima cosa vediamo come è realizzato lo stadio di uscita.

Come notiamo in figura 1 disponiamo, a parte l’uscita diretta, di un selettore con cinque pulsanti.

I primi due pulsanti, che abilitano i master 7 e 8 (canale centrale e sub woofer in utilizzo surround), sono mono ed il segnale è prelevato direttamente dall’uscita di un doppio amplificatore operazionale (fase + e fase –), quindi a bassissima impedenza. Gli altri tre pulsanti, al contrario, che gestiscono le uscite stereo, prelevano il segnale dal controllo PAN, che, essendo un normale potenziometro per il controllo di livello, ha un’impedenza di uscita relativamente alta e variabile (tra 0 alle posizioni estreme fino a circa 1200 ohm nella posizione centrale). Poiché il PAN in posizione centrale (mono) deve avere un’attenuazione di 3,75 dB, ed è ovvio che caricando direttamente l’uscita del PAN con le resistenze del circuito di somma si altera questa condizione, inseriremo anche qui, tra il PAN e le resistenze di somma, un doppio circuito operazionale a guadagno unitario: uno stadio adattatore di impedenza ed uno stadio invertitore di fase. In questo modo possiamo ottenere diversi vantaggi: il bus di somma è completamente bilanciato, con bassa impedenza di uscita e con livello di segnale aumentato di 6 dB, minore rumore dello stadio sommatore e minor diafonia. Inoltre, poiché l’impedenza di uscita di un op‑amp è vicina allo 0, inserendo o disinserendo i canali non si avranno variazioni apprezzabili dell’impedenza e del livello di lavoro del bus di somma.

Questa soluzione, se da un lato è estremamente valida, dall’altro però necessita di una certa cura nella realizzazione perchè più è bassa l’impedenza dei circuiti, maggiore è l’intensità delle correnti di lavoro, quindi dovrà essere più bassa la resistenza della massa. Questo è facilmente risolvibile utilizzando, come massa, una barra di rame di grossa sezione (almeno 30/40 mm quadri) che attraversa tutto il mixer.

Una particolare attenzione deve essere posta anche nella realizzazione delle piste sul circuito stampato che portano i segnali provenienti dai connettori dei moduli di canale ed il cablaggio del bus di somma.

È buona norma mettere su un layer le tracce dei segnali, interponendo tra loro delle tracce di massa onde ridurre la diafonia, e su un secondo layer una traccia di massa con funzioni di schermo. Bisogna tenere presente che tracce parallele, vicine e molto lunghe presentano capacità traccia/traccia e traccia/massa abbastanza alte. Trattandosi di circuiti ad impedenza molto bassa, queste capacità non avranno influenza apprezzabile sulla curva di risposta, ma possono produrre effetti non desiderati di diafonia sulle frequenze alte. La diafonia su frequenze alte, anche molto oltre la gamma uditiva, pur non essendo chiaramente udibile, può creare battimenti che contribuiscono a sporcare il segnale audio.

La traccia di massa sul secondo layer ha, oltre la funzione di aumentare la sezione della massa, quella di schermo per i disturbi a radiofrequenza, perchè bisogna ricordarsi che sul nodo di somma il livello del segnale è molto basso e che queste traccie hanno una notevole lunghezza, comportandosi spesso come una antenna e rendendo quindi il bus facilmente esposto a disturbi RF.

Veniamo finalmente ad esaminare il circuito del sommatore, forse lo stadio più importante di tutti i mixer.

Per questo stadio verrà usato un circuito ad operazionali di tipo instrumentation perché permette di ottenere bassissimo rumore, alta stabilità a qualsiasi guadagno (se scelto opportunamente), un ingresso con perfetto bilanciamento anche alle frequenze più alte e quindi con alta reiezione dei disturbi RF.

Una alta reiezione ai disturbi in alta frequenza è molto importante perchè sui nodi di somma il livello del segnale audio è molto basso, più o meno come un ingresso microfonico, con la differenza che mentre la connessione di un microfono è completamente schermata, sia cavi che connettori, quella di un nodo di somma, essendo su un circuito stampato portaconnettori, è schermata solo parzialmente.

Il secondo punto estremamente critico di un sommatore è il guadagno. Questo parametro non era così importante nei vecchi mixer con un numero ridotto di canali. Con le metodologie di lavoro attuali, dove spesso ci si trova a mixare anche 64 canali o più, questo problema diventa di particolare importanza.

Per comprendere il problema, faremo qualche esempio.

Usiamo per semplicità solo dieci canali (figura 2). Premesso che all’uscita dei canali avremo un segnale medio con un livello standard di 0 dBu, dovendo sommare dieci canali avremo un nodo di somma con livello dieci volte più basso (‑20 dB) e lo stadio sommatore guadagnerà i 20 dB persi nella somma.

Facciamo ora un test strumentale teorico: inviamo a tutti i canali un segnale uguale (per esempio un segnale sinusoidale a 1000 Hz). Aprendo solo un canale (uscita a 0 dBu) avremo all’uscita della somma lo stesso livello di segnale 0 dBu. Apriamo due canali ed avremo all’uscita un segnale pari alla somma dei segnali dei due canali, quindi con un incremento di 6 dB. Apriamo quattro canali ed avremo un’uscita ancora più alta ma ancora ampliamente sopportabile dal sommatore. Se apriamo più canali avremo una somma di uscita più alta, fino a mandare in saturazione il sommatore. Questo succede con solo otto o dieci canali: cosa succederà con 64 o più? Il caos.

A questo punto, presi dallo sconforto, prima di ricorrere a soluzioni estreme, tipiche degli antichi samurai giapponesi, cerchiamo di capire se e come si può risolvere il problema.

Prima cosa: nella nostra analisi è stato usato un solo segnale strumentale sinusoidale per tutti i canali, ma se usiamo due segnali con frequenza differente non avverrà più la pura somma algebrica e l’incremento del segnale sommato sarà inferiore a 6 dB (in dipendenza dalle frequenze usate).

Questa condizione è molto più simile alle condizioni che troveremo sommando segnali audio modulati e differenti. Anche in questo caso ci troveremo davanti ad una infinità di variabili.

Ad esempio (casi estremi) se sommiamo il segnale di un contrabbasso che usa solo la parte più bassa dello spettro acustico e quello dei piatti della batteria che usano solo la parte alta dello spettro, non essendoci sovrapposizione di frequenze, la somma avrà un incremento di livello ridotto, ma se sommiamo due violini che usano la stessa banda acustica ci sarà una somma quasi algebrica con un incremento quasi pari al massimo (6 dB).

Soluzioni: la prima che ci viene in mente è quella di ridurre il livello di uscita dei canali, ma questo ci costringe a far lavorare i canali in condizioni non ottimali con aumento della diafonia e peggioramento del rapporto segnale/rumore.

La seconda è quella di ridurre il guadagno dell’amplificatore sommatore. Questa sarebbe un’ottima soluzione con il solo problema che quando si mixano pochi canali il guadagno diventa insufficiente e saremo costretti ad aumentare il guadagno degli amplificatori master. Gli stessi problemi che nella prima soluzione avevamo sui canali, ora li abbiamo in modo anche più grave sui master.

Non disperiamo. Prima abbiamo parlato di una certa analogia tra amplificatore microfonico ed amplificatore sommatore: tutti e due presentano un ingresso a bassa impedenza, devono amplificare segnali a livello basso e comunque molto variabile e devono fornire sulla loro uscita un segnale sempre a livello standard. Come si è risolto il problema in un amplificatore microfonico? Molto semplicemente con un controllo di guadagno (NB: non di livello).

Visto che la soluzione è decisamente valida, copiamola. Con la differenza che mentre per un microfono serve un range di variazione continuo di circa 60 dB, per un sommatore ne basta molto meno. Per fare questo forniremo i nostri sommatori di un semplice commutatore a leva con tre posizioni: 0 dB/+8 dB/+16 dB. È stato scelto un commutatore al posto di un potenziometro per garantire un esatto guadagno su tutti i sommatori; inoltre il commutatore, con leva miniaturizzata, è posizionato vicino al pulsante di MUTE e, essendo più sporgente, serve anche come protezione meccanica contro azionamenti involontari. (figura 3). Logicamente useremo la posizione 0 dB quando si mixano molti canali, la posizione +8 dB quando si mixano meno canali, mentre la posizione +16 dB sarà molto utile specialmente quando si effettuano premix normalmente sommando sei o, al massimo, otto canali.

A fronte di quanto detto sopra, una funzione, decisamente utile, è svolta dal pulsante di PFL che, oltre ad inviare il segnale di uscita del sommatore al monitoraggio per un controllo uditivo, permette di controllare il livello su un apposito display.

Per ora buone saturazioni e nel prossimo numero parleremo dei Master