Misure sui dispositivi audio – 4 ed ultima 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 ingresso e/o in uscita e, nel caso di apparecchiature multicanale, da quanto segnale passa, seppur indesiderato, da un canale all’altro.

Nei numeri scorsi abbiamo iniziato a descrivere le misure di alcune tra le specifiche più comuni. Proseguiamo qui di seguito.

Range dinamico
Si tratta del rapporto, espresso in dB, tra il massimo e il minimo segnale d’uscita. La misura del livello massimo in uscita è descritta in seguito, mentre il livello minimo si considera coincidente con il minimo segnale distinguibile dal rumore intrinseco, ovvero pari al livello di rumore la cui misura è già stata descritta a proposito della misura del rapporto segnale/rumore. Per poter dare significato al risultato di questa misura vanno indicati: il valore del massimo segnale in uscita (e il relativo livello di distorsione ammesso), la banda di frequenza in cui è stato misurato il rumore e l’eventuale presenza di un filtro di pesatura.

Crosstalk (separazione tra i canali)
È la misura del segnale presente all’uscita di un canale non a causa dell’ingresso allo stesso canale ma a causa del segnale che proviene da altri canali sullo stesso dispositivo. Questo accade, ad esempio tra il canale destro e sinistro di un apparecchio stereo, o tra i sei canali di un processore surround 5.1, o ancora tra i vari canali indipendenti di un mixer audio (soprattutto tra canali fisicamente adiacenti).
La misura viene eseguita pilotando un canale del dispositivo con un segnale di test mentre l’ingresso del canale verso il quale si vuole determinare il crosstalk è chiuso su una resistenza pari all’impedenza nominale di sorgente.

Si misurano i livelli dei segnali in uscita da entrambi i canali con un voltmetro RMS. Il crosstalk è quindi calcolato facendo il rapporto tra il segnale (qualsiasi esso sia) presente all’uscita del canale con ingresso nullo e il segnale all’uscita del canale pilotato dal generatore di segnale. Il rapporto è normalmente espresso in dB.

Il crosstalk è per la maggior parte dovuto agli accoppiamenti capacitivi tra le tracce vicine e parallele sul circuito stampato o tra schede elettroniche fisicamente vicine. Per questo viene spesso indicato nelle specifiche il crosstalk tra canali adiacenti, nei dispositivi multi-canale, perché questa è la condizione più onerosa. Inoltre il crosstalk viene assunto indipendente dal livello del segnale di test, perché le capacità parassite che ne rappresentano la causa principale dipendono essenzialmente dalla geometria del circuito e non dal livello del segnale. Va invece indicata la frequenza del segnale di test (solitamente 1 kHz); dato che la reattanza capacitiva è inversamente proporzionale alla frequenza, il crosstalk tipicamente peggiora di 6 dB/ottava all’aumentare della frequenza, per cui, noto il valore ad una data frequenza, è possibile stimarne il valore anche ad altre frequenze.

Impedenze di ingresso e di uscita
Raramente questi valori sono ricavati attraverso una misura: molto spesso, quando indicati, sono determinati attraverso l’analisi dello schema elettrico. Una nota va specificata a proposito dei dispositivi bilanciati rispetto a quelli sbilanciati: tipicamente l’impedenza di un dispositivo bilanciato è circa il doppio di quella corrispondente in un dispositivo sbilanciato. Per i dispositivi bilanciati va inoltre specificato se il valore riportato è “differenziale” (cioè tra i due ingressi o tra le due uscite) oppure “riferito a massa” (cioè tra ciascuna linea e la massa).

Livello massimo in ingresso
Si tratta del massimo livello di segnale in ingresso capace di mandare in saturazione lo stadio di ingresso del dispositivo, o comunque di causare un determinato livello di distorsione. Può essere misurato in fase di progetto sul solo stadio d’ingresso, oppure sul dispositivo finito con i guadagni e i controlli impostati in modo da essere certi che la distorsione riguardi il solo stadio d’ingresso. Un modo per accertarsi che la distorsione riguardi solo il primo stadio è quello di muovere i controlli di guadagno degli stadi a valle e di verificare che la forma d’onda in uscita vari in maniera proporzionale, mantenendo invariato il livello di distorsione. Insieme al risultato della misura, tipicamente espresso in dBu, va specificato il livello di distorsione ammesso e se il segnale applicato è bilanciato o sbilanciato.

Livello massimo in uscita
Si tratta del massimo livello di segnale che un dispositivo può applicare al carico nominale entro un determinato limite di distorsione. Si può misurare iniettando un segnale in ingresso e monitorando l’uscita con un oscilloscopio ed un analizzatore di distorsione. Inizialmente viene posto in ingresso un segnale a frequenza 1 kHz e, variandone l’ampiezza, si determina il livello dell’uscita per il quale la distorsione raggiunge il limite prefissato. Poi si varia la frequenza del segnale d’ingresso sull’intera banda audio per verificare che questo limite di distorsione rimanga valido, altrimenti si specifica la banda di validità e/o la frequenza e il livello corrispondenti al caso peggiore. Vanno specificati il livello di distorsione ammesso (ad esempio, tipicamente, 1% THD), il range di frequenze su cui questo limite resta valido, l’impedenza di carico con la quale è stata eseguita la misura e se il segnale d’uscita è bilanciato o sbilanciato (tipicamente uno stadio d’uscita bilanciato permette un valore di picco maggiore di 6 dB rispetto ad uno stadio sbilanciato).

Guadagno massimo
È semplicemente il rapporto tra il livello del segnale massimo in uscita entro un determinato limite di distorsione e il livello del segnale di ingresso che lo produce con tutti i controlli di guadagno impostati al massimo. È tipicamente espresso in dB. Il risultato è supposto costante sull’intera banda passante del dispositivo e anche al variare del livello del segnale in ingresso. Andrebbe specificato il tipo di connessione, bilanciata o sbilanciata, in ingresso e in uscita, dato che spesso il guadagno di un dispositivo varia di 6 dB tra il caso di connessione bilanciata e quello di connessione sbilanciata. Solitamente solo la connessione all’uscita influisce sul guadagno massimo del dispositivo, mentre la connessione in ingresso è ininfluente da questo punto di vista.

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 -
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