Misure sui dispositivi audio – 1 parte

di Michele Viola

Molte specifiche riguardanti le apparecchiature audio sono comuni praticamente a qualunque prodotto, indipendentemente dalla specifica applicazione. Qualunque apparecchiatura elettronica che tratti segnali audio è caratterizzata, ad esempio, da risposta in frequenza, range dinamico, livello di rumore, massimo segnale in uscita e, nel caso di apparecchiature multicanale, da quanto segnale passa, seppur indesiderato, da un canale all’altro.

Normative e Raccomandazioni
Ogni produttore e ogni progettista di prodotti audio avrà prima o poi a che fare con la misura di alcuni dei parametri elencati sopra. È auspicabile che qualche organismo di standardizzazione riconosciuto possa guidare questi procedimenti in modo, quanto meno, da rendere i risultati confrontabili tra i diversi prodotti e tra i diversi produttori (quali frequenze e quali livelli utilizzare per i segnali di test, in quale banda eseguire le misure, ...).
Dal punto di vista cronologico, i primi standard riguardanti le misure sulle apparecchiature audio sono nati nel settore della telefonia. Nel tempo si è poi assistito al fiorire di specifiche e raccomandazioni provenienti da molti diversi settori dell’industria elettronica: il cinema e la televisione, la radiodiffusione, le telecomunicazioni, il settore automobilistico, i computer... ciascuno di questi segmenti, per citarne solo alcuni, ha a che fare in maniera anche sostanziale con il trattamento dei segnali audio. Le raccomandazioni adatte a ciascuna particolare applicazione sono quindi da ricercare nello specifico ambito di utilizzo. Se, però, si ha a che fare con apparecchiature che possono interessare diversi settori dell’industria (come, ad esempio, gli amplificatori di potenza) allora la ricerca diventa più ardua.
Negli ultimi anni pare che un po’ di ordine sia stato fatto nel settore, dopo decenni di oggettiva confusione. Purtroppo permane un certo grado di arbitrarietà nella scelta dello specifico standard applicabile volta per volta, spesso tentando di presentare numeri “migliori” dal punto di vista del marketing, a scapito della utilizzabilità di tali specifiche da parte dei tecnici che dovranno utilizzarle per qualche progetto o certificazione.
Attualmente le organizzazioni che dispongono di raccomandazioni inerenti il settore dell’elettronica in banda audio sono una quindicina, elencate in ordine alfabetico nella tabella 1.

Un tentativo di fissare uno standard comune per le specifiche e per i metodi di misura delle caratteristiche principali dei sistemi audio è stato curato da IEC, soprattutto nella pubblicazione 60268 intitolata “Sound System Equipment”. Alcune misure comuni sono guidate anche da alcune raccomandazioni emesse da ITU.
IEC, fondata nel 1906, è la principale organizzazione internazionale per gli standard nei settori elettrico ed elettronico, e dal 1947 è una divisione di ISO. ISO, secondo quanto riportato sul suo sito web, è stata fondata nel 1947 “per facilitare il coordinamento internazionale e l’unificazione degli standard industriali”. Resta escluso dalle competenze di ISO tutto ciò che riguarda l’elettricità, che rimane dominio esclusivo di IEC.
ITU, formatasi originariamente a Parigi nel 1865, è stata affiliata alle Nazioni Unite nel 1947 e copre tutte le specifiche internazionali riguardanti le telecomunicazioni. Se nei primi anni dalla sua fondazione il principale settore di interesse di ITU riguardava il telegrafo, attualmente copre l’intero settore delle comunicazioni, dal broadcasting digitale a Internet, alla telefonia fissa e mobile. Attualmente comprende 193 paesi e circa 700 tra enti privati e istituzioni accademiche.

Le misure
La maggior parte delle misure sulle apparecchiature audio riguarda quella che si può genericamente chiamare distorsione, ovvero tutto ciò che altera la forma del segnale in ingresso in ogni modo che non sia una variazione proporzionale di livello. La forma più comune di distorsione è l’aggiunta di componenti indesiderate al segnale originale, inclusi il rumore casuale oppure quello correlato alla frequenza di rete. Queste componenti indesiderate possono essere rivelate dall’analisi spettrale dell’uscita, eventualmente comparata con l’analisi spettrale dell’ingresso corrispondente. Un’apparecchiatura ideale mostra in uscita un segnale il cui spettro è esattamente sovrapponibile a quello del segnale d’ingresso a meno della moltiplicazione per una costante, o di una traslazione verticale in dB.
Di seguito riporto un elenco delle descrizioni e dei metodi per la misura delle principali forme di distorsione e delle caratteristiche salienti, utili per descrivere e confrontare tra loro le varie apparecchiature audio.
THD - Total Harmonic Distortion

È una forma di distorsione – dovuta alle non linearità della caratteristica di trasferimento – che causa l’aggiunta al segnale di ingresso di un disturbo armonicamente correlato ad esso. In altri termini, lo spettro del segnale d’uscita mostra componenti spurie a frequenze multiple intere delle frequenze presenti nel segnale d’ingresso. Questo comporta senz’altro un’alterazione della forma d’onda tra ingresso e uscita del dispositivo, ovvero la forma del segnale in uscita, così come si può osservare nel quadrante di un oscilloscopio, è diversa dalla forma del segnale in ingresso. Se, in particolare, in ingresso al dispositivo sotto test c’è una sinusoide, la forma d’onda in uscita non sarà perfettamente sinusoidale.
La distorsione armonica totale si misura eccitando l’apparecchiatura sotto test con una sinusoide di elevata purezza spettrale ed esaminando in uscita la presenza di righe spettrali intorno ai multipli della frequenza d’ingresso (tramite un analizzatore di spettro). La distorsione armonica totale (THD) è quindi definita dal rapporto tra la somma RMS dei livelli delle armoniche spurie e il livello RMS della fondamentale. Solitamente si esprime in percentuale. Occorre specificare la frequenza del segnale di test utilizzato (secondo IEC 268‑1 tale frequenza deve essere 1 kHz, se non ci sono buoni motivi per usarne un’altra), il suo livello e le condizioni di guadagno del dispositivo sotto esame, oltre al numero di armoniche che sono state prese in considerazione.

Per questa volta ci fermiamo qui. Proseguiremo nel prossimo numero analizzando altre specifiche caratteristiche dei dispositivi audio e le corrispondenti modalità di misura.

Riferimenti:
Dennis A. Bohn: The Bewildering Wilderness - Sound & Video Contractor - September 2000 http://www.rane.com/pdf/bewilder.pdf
Dennis A. Bohn: Audio Specifications - RaneNote 145 - http://www.rane.com/pdf/note145.pdf
CEI-IEC 268-1 - Sound System Equipment - Part 1: General
CEI-IEC 268-2 - Sound System Equipment - Part 2: Explanation of general terms and calculation methods