Misure audio – seconda parte

10 Mag 2017

di Livio Argentini

FIG.1

Figura 1

 

FIG-2 spessori

Figura 2

 

FIG.3

Figura 3

 

FIG.4

Figura 4

 

FIG-5

Figura 5

 

FIG.6

Figura 6

 

FIG.7
Figura 7

Per guidare un’automobile, occorre prima studiare e sapere come è fatto il motore, come funziona il cambio, eccetera. Lo stesso accade per la strumentazione dedicata alle misure: se vogliamo usarla nel modo corretto sarà necessario, prima di tutto, sapere come è fatta e quali sono le sue caratteristiche principali.

In questa serie di articoli non sarà possibile, ovviamente, analizzare tutti gli strumenti in commercio: ci limiteremo a descrivere i più comuni tra quelli normalmente utilizzati in laboratorio. I problemi di cui tratteremo qui, in ogni caso, ovviamente con l’intento di individuare le possibili soluzioni, si presentano in maniera simile nella grande maggioranza degli strumenti.

È doveroso notare che esistono strumenti di ultima generazione – di elevata qualità e di costo ovviamente altrettanto significativo – che, essendo studiati per il mercato professionale, hanno risolto parte di questi problemi; tratteremo questi strumenti più avanti.

Per eseguire delle misure su un’apparecchiatura, in genere occorre inviare in ingresso al dispositivo un segnale noto per poi analizzarne l’uscita. È quindi logico iniziare dai generatori di segnale, anche perché sono solitamente quelli che generano anche la maggior parte dei problemi.

Come primo passo, divideremo i generatori in due categorie: generatori sinusoidali a bassa distorsione e generatori di funzioni.

Generatori sinusoidali a bassa distorsione

La sezione in cui viene generato il segnale è solitamente realizzata con un oscillatore a ponte di Wien. Questo tipo di oscillatore permette di ottenere delle bassissime distorsioni ed un livello di uscita costante al variare della frequenza. Per contro, presenta dei tempi di stabilizzazione piuttosto lunghi in seguito ad una variazione della frequenza della sinusoide generata. Al diminuire della distorsione si allunga il tempo di stabilizzazione, specie alle frequenze più basse. Il controllo che agisce sulla variazione di frequenza presenta tipicamente un range da 1 a 10, per cui questo tipo di strumenti dispone di bande commutabili. Questi generatori sono validi dove serve bassa distorsione – ad esempio per misurare grandezze come distorsione, guadagno, linearità e simili – ma sono estremamente scomodi (e lenti) quando occorra testare apparecchiature come gli equalizzatori.

Alcuni di questi generatori dispongono anche di un’uscita ad onda quadra e sono tradizionalmente analogici.

Generatori di funzioni

Possono essere sia analogici che digitali. Non richiedono un tempo di stabilizzazione significativo, permettendo di variare la frequenza in tempo reale anche con un range molto ampio (da 20 Hz a 20 kHz) in una sola banda, a scapito, però, della distorsione che normalmente è molto alta (maggiore di 1%). Questi apparecchi, che normalmente  dispongono di un indicatore di frequenza numerico, sono utilissimi per il controllo degli equalizzatori. Non essendo progettati esplicitamente per misure audio, dispongono di range di frequenza estremamente ampio, spesso da frazioni di Hz fino a qualche MHz, inoltre possono fornire in uscita segnali ad onda quadra o dente di sega e spesso possono anche generare impulsi sinusoidali (tone burst) utili per vari test acustici. Generalmente forniscono un livello di uscita relativamente basso, intorno a 3 o 4 V RMS (circa +10 dBu) e dispongono di un attenuatore in uscita semplificato.

Un esempio di strumento di questo tipo è riportato in figura 1.

In questo articolo analizzeremo in particolare i generatori a bassa distorsione, sia perché sono i più diffusi ed utilizzati, sia perché le problematiche che affronteremo sono simili per tutte le tipologie di generatori audio.

Questi strumenti sono composti normalmente da cinque blocchi funzionali (figura 2).

Il primo blocco rappresenta l’oscillatore sinusoidale, in grado di produrre un segnale di frequenza variabile e ampiezza costante. Generalmente non dispone di lettura numerica della frequenza generata ma solo di un’ampia scala graduata, per altro abbastanza precisa.

Il secondo blocco è un normale controllo di livello che permette una regolazione fine del livello di uscita.

Il terzo blocco è l’amplificatore di uscita che fornisce un segnale ad alto livello ed a bassa impedenza.

Il quinto blocco è un attenuatore a scatti, normalmente regolabile per passi di 10 dB, e qui cominciano i problemi. Questi attenuatori sono progettati per essere pilotati da una sorgente a 600 Ω e devono essere caricati con un’impedenza di 600 Ω. L’ultimo blocco è il misuratore del livello di uscita, connesso a monte dell’attenuatore. Alla lettura del livello di uscita andranno quindi sottratti 10 dB, 20 dB, 30 dB o una quantità dipendente dal numero di scatti di attenuazione in uscita. Questo sistema permette in sostanza di semplificare la costruzione dello strumento ed abbassarne i costi, consentendo di utilizzare per la lettura del livello uno strumento passivo (non amplificato) anche con un livello di uscita basso, dato che lo strumento legge sempre il livello alto generato dall’amplificatore di uscita prima dell’attenuatore.

La lettura, eventualmente con le opportune correzioni dovute all’inserimento dell’attenuazione, sarà però corretta solo se l’uscita del generatore viene caricata esattamente con un’impedenza di 600 Ω. Questo non accadrà però quasi mai, perché le apparecchiature moderne hanno un’impedenza intorno a 10 kΩ per gli ingressi di linea e da 200 Ω a 2 kΩ per gli ingressi microfonici.

Alcuni generatori dispongono di una resistenza di carico integrata, inseribile con uno switch, ma questo di solito non risolve praticamente nulla.

Cosa succede quando si collega il generatore ad un ingresso di linea? Dipende dall’impedenza di carico vista dal generatore. Se il carico collegato al generatore è pari a 600 Ω la lettura sullo strumento sarà esatta, e lo stesso accadrà senza carico (o con un’impedenza di carico altissima) e la resistenza di carico interna inserita. Nel caso invece in cui lo strumento funzioni a vuoto (o su un’impedenza altissima) senza inserire la resistenza di carico interna, occorrerà sommare 6 dB alla lettura sullo strumento per avere il valore effettivo in uscita. In queste condizioni, in altri termini, leggendo sullo strumento un valore di 5 V ci saranno in realtà 10 V in uscita. Applicando un carico di 10 kΩ, dell’ordine di grandezza di quello tipico di un comune ingresso di linea, l’errore di lettura sarà pari a circa 5,6 dB, cioè occorrerà aggiungere 5,6 dB alla lettura sul quadrante dello strumento integrato per avere il valore vero, mentre aggiungendo anche l’eventuale resistenza di carico interna oltre ai 10 kΩ del dispositivo a valle, l’errore commesso diventa positivo, cioè occorrerà togliere circa 0,6 dB alla lettura sul quadrante dello strumento integrato per avere il valore effettivamente presente in uscita.

Le cose, ovviamente, si complicano se non conosciamo l’esatta impedenza di ingresso dell’apparecchio sotto test o, peggio, se l’ingresso è realizzato con un trasformatore, che presenta un’impedenza variabile con la frequenza.

Il modo più semplice per risolvere questo problema consiste semplicemente nel collegare un millivoltmetro esterno direttamente sul connettore di uscita, in modo da leggere l’uscita reale. Hewlett-Packard, sul suo analizzatore HP 339 (strumento ottimo e molto diffuso), ha risolto il problema prevedendo una commutazione per leggere sul millivoltmetro l’uscita reale del generatore (figura 3). Questo sistema, così come quello che prevede un millivoltmetro esterno in parallelo all’uscita, pur essendo esatto, richiede però di agire sul commutatore del livello di ingresso del millivoltmetro ogni volta che si modifica il livello di uscita del generatore.

Tutto qui? Magari! La maggior parte dei generatori dispone di un’uscita sbilanciata e con un livello massimo relativamente basso (+10 dBu), mentre per le misure sulle apparecchiature audio professionali serve un segnale bilanciato e con un livello abbastanza alto, minimo +20 dBu (o, ancora meglio, +30 dBu).

Il primo problema (uscita del generatore sbilanciata) può essere risolto sbilanciando l’ingresso del dispositivo che si sta misurando, collegando a massa il polo freddo. Attenzione a non lasciarlo scollegato, perché si incorre in vari problemi:

Se l’ingresso e realizzato con traslatore, l’apparecchio semplicemente non riceverà alcun segnale, tranne qualche traccia di segnale a frequenza molto alta in grado di passare attraverso le reattanze parassite in ingresso.

Se l’ingresso è bilanciato elettronicamente, tramite il classico circuito con un solo opamp, si otterrà una perdita di 6 dB o poco meno nel guadagno di ingresso.

Se l’ingresso è bilanciato elettronicamente tramite il circuito con tre opamp (instrumentation amplifier) non ci sarà perdita di livello, ma in entrambi i casi (singolo op-amp o instrumentation amplifier) si può rilevare un aumento del disturbo a causa dell’ingresso lasciato aperto. Può essere molto importante tenere conto di questo, ovviamente, soprattutto quando si fanno misure di distorsione e di rumore.

Sbilanciare l’ingresso del DUT è però da considerarsi solo un palliativo, perché le misure affidabili e precise vanno sempre eseguite utilizzando segnali su linee bilanciate.

Il secondo problema (livello di segnale non abbastanza elevato) è, invece, di soluzione molto più complessa.

Le apparecchiature più recenti, specialmente quelle progettate per essere utilizzate in accoppiamento con unità digitali, possono lavorare con livelli di segnale estremamente alti, alcune arrivano a livelli di uscita anche superiori a +30 dBu. Per esempio, se dobbiamo testare un equalizzatore che ha un guadagno unitario, dobbiamo essere in grado di inviargli un segnale di almeno +30 dBu o anche qualcosa in più. Per quanto mi risulta, l’unico strumento in circolazione in grado di fornire segnali a bassa distorsione con quel livello è il GOULD J3B che, inoltre, esce anche bilanciato (figura 4). 

Per gli altri strumenti è necessario ricorrere ad amplificatori aggiuntivi.

Alcune case costruiscono amplificatori specifici per questo utilizzo ma essendo molto costosi sono anche molto poco diffusi. Vedremo tra breve come costruire un piccolo amplificatore, semplice ed economico, in grado di risolvere molti dei nostri problemi.

Per quanto riguarda i generatori di funzioni, oltre a quello che abbiamo scritto sopra, possiamo aggiungere che essendo strumenti per uso generico dispongono di moltissimi controlli, di cui solo una parte saranno effettivamente utili per le nostre esigenze. La frequenza generata è leggibile in forma numerica su un display che spesso fornisce anche il livello di uscita. L’amplificatore di uscita, il controllo di livello e l’attenuatore sono molto semplificati ma presentano gli stessi problemi dei generatori classici.

L’amplificatore di uscita

Vediamo ora come adattare un generatore tradizionale per renderlo in grado di effettuare misure su apparecchiature audio professionali. Il circuito da utilizzare è un semplicissimo amplificatore con ingresso sbilanciato ed uscita bilanciata (figura 5). Il primo stadio guadagna 4 dB, a cui si sommano i 6 dB dello stadio invertente in modo da ottenere un guadagno totale di 10 dB.

Questo amplificatore è molto piccolo (figura 6) e può essere installato sia all’interno del generatore che all’esterno. La soluzione più comoda è quella del montaggio interno, utilizzando l’alimentazione dello strumento e montando sul pannello frontale un connettore XLR (figura 7), meglio ancora se in parallelo ad un jack Bantam. Viceversa, chi non volesse toccare lo strumento originale può installarlo in un piccolo contenitore esterno. Con questa soluzione si ottengono diversi vantaggi:

Uscita bilanciata.

Incremento di 10 dB del livello massimo in uscita, che con una alimentazione di ±18 V porta ad una uscita massima di +29 dBu.

L’impedenza di uscita è molto bassa, dell’ordine di pochi ohm, quindi il livello di uscita non è più influenzato dall’impedenza di carico.

Lettura esatta del livello di uscita, perché l’attenuatore del generatore avrà sempre il carico esatto di 600 Ω.

Unica attenzione: utilizzare questa soluzione solo per connessioni bilanciate, in quanto l’uscita di questo amplificatore non può essere sbilanciata. Nel caso servisse una connessione sbilanciata, rimane sempre a disposizione l’uscita originale del generatore.

 

Nel prossimo articolo tratteremo altri strumenti utili: millivoltmetri, distorsiometri e oscilloscopi.

Pillole di teoria

Approfondimenti necessari alla comprensione quantitativa delle misure audio

Cosa sono i valori di picco, picco-picco e true RMS?

Il valore di picco VPK di una tensione sinusoidale è rappresentato dal massimo valore positivo (o negativo) raggiunto dalla tensione (ossia il suo valore quando si arriva nella parte più alta o più bassa del segnale stesso, nel caso di una sinusoide i massimi ed i minimi). 

Il suo valore picco-picco VPKPK è rappresentato dalla differenza tra il valore massimo positivo e il valore massimo negativo. Tale valore indica quindi la escursione tra il massimo ed minimo e nel caso di segnali sinusoidali è esattamente il doppio del valore di picco VPK.   

Il valore efficace o True RMS (Root Mean Square) di un segnale periodico di periodo T è rappresentato dalla seguente equazione:

True RMS

Tale equazione, nel caso dei segnali sinusoidali che vengono spesso utilizzati nella caratterizzazione di apparati audio, corrisponde a dividere il valore di picco per un fattore di scala (che si chiama fattore di cresta) pari alla radice quadrata di 2.

Fake RMS

Ad esempio il valore RMS di una tensione di 10 V di picco è:

calcolo

È importante dire che il valore del fattore di cresta dipende dalla forma del segnale. Nella tabella seguente sono indicati i valori per i segnali periodici più comuni:

Forma d’onda

valore di picco

valore RMS

DC

A

A

Sinusoidale

A

RMS value

Triangolare

A

RMS value

Dente di sega

A

RMS value

Quadra (duty cycle 50%)

A

A

Tabella 1: il rapporto tra il valore di picco e il valore RMS per i segnali periodici più comuni.

Alla luce di questo fatto, è importante tenere presente che la strumentazione di misura dei segnali alternati si divide in due grandi famiglie: gli strumenti che operano una semplice scalatura del valore di picco misurato e quelli che calcolano – con un circuito analogico o con un circuito digitale – l’equazione del valore true RMS. I primi, analizzando un segnale periodico non sinusoidale daranno una lettura non corretta in quanto presuppongono il fatto che il segnale sia sinusoidale (nella figura) e applicano semplicemente un fattore di scala pari a sqrt(2).

Per gli altri strumenti la lettura sarà sempre corretta in quanto in essi viene effettuato il calcolo del valore RMS vero, in tempo reale.

Il motivo della adozione della misura RMS nel caso di segnali periodici trae la sua origine nel fatto che il valore efficace, o true RMS, corrisponde a quella tensione continua capace di dare su un dato carico la stessa potenza media dissipata dal segnale in alternata.

In psicoacustica, peraltro, è noto che il nostro sistema uditivo ha una risposta proporzionale al valore efficace dei segnali, e quindi al contenuto energetico (che sappiamo essere proporzionale al quadrato della pressione).

FIG 

Vuoi saperne di più sulle nostre pubblicazioni nel settore dell'audio professionale? CLICCA QUI.

Vuoi restare sempre aggiornato sulle ultime novità di settore? ISCRIVITI ALLA NOSTRA NEWSLETTER.

 

 

Informazioni aggiuntive

  • Extended Classes: default

Non hai il permesso di pubblicare commenti. REGISTRATI o effettua il login:

I PIU' POPOLARI

Prev Next

Tiziano Ferro - L’Amore è una …

Categoria: Live Concert

Tiziano Ferro - L’Amore è una cosa semplice - Tour 2012

Una grande produzione ed un grande calendario. Trentamila spettatori a Torino e Verona, quarantamila a Milano. Il produttore Roberto De Luca ci spiega come nasce...

Hits:17913

Leggi tutto

Consegnati ad Agorà i primi 24…

Categoria: News

Consegnati ad Agorà i primi 240 diffusori L-Acoustics K2.

Si tratta di una parte del materiale che Agorà ha recentemente acquistato per la fornitura di un grande evento internazionale che si svolgerà nel 2014...

Hits:16866

Leggi tutto

Live Kom 013 - Vasco is back

Categoria: Live Concert

Live Kom 013 - Vasco is back

Aggiunte le video interviste ai protagonisti: Roberto De Luca, Federico Servadei, Pasquale Aumenta, Giovanni Pinna, Andrea Corsellini e Riccardo Genovese..

Hits:15854

Leggi tutto

Jovanotti - Lorenzo negli Stad…

Categoria: Live Concert

Jovanotti - Lorenzo negli Stadi 2013

Il video e le foto del concerto, le interviste ai protagonisti, la scheda del Tour ...

Hits:13885

Leggi tutto

Modà - Gioia Tour 2013

Categoria: Live Concert

Modà - Gioia Tour 2013

Continua il tour rivelazione:la video-recensione del  concerto di Firenze, le interviste agli addetti ai lavori, l'articolo, la scheda, le foto.....

Hits:13698

Leggi tutto

Marco Mengoni - L'Essenziale T…

Categoria: Live Concert

Marco Mengoni - L'Essenziale Tour 2013

Aggiunte le video interviste ai protagonisti!

Hits:12588

Leggi tutto

C’era una volta il DMX

Categoria: Rubriche

C’era una volta il DMX

Anziano pure lui, il DMX è costretto oggi a farsi “trasportare”.

Hits:11679

Leggi tutto

Emma - Sarò Libera Tour 2012

Categoria: Live Concert

Emma - Sarò Libera Tour 2012

Esplode il live di Emma. Un calendario denso ed impegnativo.

Hits:11515

Leggi tutto

La sicurezza negli eventi live

Categoria: Rubriche

La sicurezza negli eventi live

Il pericolo NON è il mio mestiere.

Hits:11102

Leggi tutto

L’Arte del Mixaggio (secondo m…

Categoria: Produzioni e studi

L’Arte del Mixaggio (secondo me) - prima parte

Mi è stato chiesto di descrivere la tecnica di mixaggio che ho sviluppato e sto adottando da qualche tempo. La cosa ovviamente mi ha fatto...

Hits:10901

Leggi tutto

ULTIMI ARTICOLI

Prev Next

DiGiCo DMI-MIC

Categoria: News

DiGiCo DMI-MIC

La casa costruttrice inglese offre una nuova scheda opzionale per espandere il numero di ingressi microfonici delle console della Serie S.

Hits:63

Leggi tutto

Francesco Gabbani - Tour 2017

Categoria: Live Concert

Francesco Gabbani - Tour 2017

Abbiamo intercettato il tour estivo di Francesco Gabbani in una delle sue date conclusive, il 17 settembre al Parco Nord di Bologna. Per il momento,...

Hits:350

Leggi tutto

Sound&Lite numero 127

Categoria: News

Sound&Lite numero 127

Il nuovo numero di Sound&Lite è online!

Hits:441

Leggi tutto

Elation a PLASA 2017

Categoria: News

Elation a PLASA 2017

Due nuovi prodotti Elation Professional presentati alla prossima fiera PLASA di Londra.

Hits:86

Leggi tutto

RGBLink VSP628pro II e RMS 842…

Categoria: News

RGBLink VSP628pro II e RMS 8424S

Il distributore ligure Audio Effetti ha annunciato due interessanti nuovi prodotti di RGBLink, che saranno ufficialmente presentati presso lo stand RGBLink 10-A41 all’imminente IBC  dal...

Hits:143

Leggi tutto

Ayrton a PLASA 2017

Categoria: News

Ayrton a PLASA 2017

Ayrton prosegue le celebrazioni del proprio quindicesimo anniversario, con il lancio di nuovi ed interessanti prodotti alla 40a fiera PLASA a Londra.

Hits:171

Leggi tutto

Music & Lights @ Plasa2017

Categoria: News

Music & Lights @ Plasa2017

Una selezione di prodotti dei brand Prolight, ArchWork e DAD sarà in mostra presso lo stand del distributore UK, A.C. Entertainment Technologies (E30A), durante il...

Hits:200

Leggi tutto

High End Systems prepara il la…

Categoria: News

High End Systems prepara il lancio di SolaFrame 750 a PLASA 2017

High End Systems sta preparando il lancio del suo nuovo proiettore motorizzato SolaFrame 750 durante la prossima fiera PLASA 2017 di Londra.

Hits:170

Leggi tutto

GLP JDC1

Categoria: News

GLP JDC1

Lo strobo a LED JDC1, prodotto dall'azienda tedesca GLP, offre diverse interessanti particolarità, mai viste finora in una strobo.

Hits:270

Leggi tutto

50 anni per Neumann U87: arriv…

Categoria: News

50 anni per Neumann U87: arriva la Rhodium Edition

La celebrazione per il mezzo secolo di un classico

Hits:203

Leggi tutto

I cookie ci aiutano a fornire i nostri servizi.

Utilizzando tali servizi accetti l’utilizzo dei cookie da parte nostra. Per saperne di piu'

Approvo

In che modo Sound & Lite utilizza i cookie.

PER SOUND & LITE LA RISERVATEZZA E' UN VALORE IMPORTANTE, un cookie è un breve testo inviato al tuo browser da un sito web visitato. Consente al sito di memorizzare informazioni sulla tua visita, come la tua lingua preferita e altre impostazioni. Ciò può facilitare la tua visita successiva e aumentare l'utilità del sito a tuo favore. I cookie svolgono un ruolo importante. Senza di essi, l'utilizzo del Web sarebbe un'esperienza molto più frustrante.

I cookie vengono utilizzati solo per questi tipi di scopi. Li utilizziamo, ad esempio, per memorizzare le tue preferenze di lingua, per rendere più pertinenti gli articoli tecnici che leggi, per contare il numero di visitatori che riceviamo su una pagina, per aiutarti a registrarti ai nostri servizi e per proteggere i tuoi dati.

Le nostre norme sulla privacy spiegano come tuteliamo la tua privacy durante l'utilizzo di cookie e altre informazioni.
TI ASSICURIAMO CHE GESTIREMO IN MODO RISERVATO QUESTE INFORMAZIONI.