Come si misura la distorsione?

[F.Calabrese]

Rimane il fatto che l’amico ha chiesto COME si
misura. Cioè come si riconosce il segnale giusto da quello distorto? In effetti non si è ancora risposto. Prima le basi poi il resto.
Interessa anche a me.

Hai centrato il punto: prima le basi.

Ricapitolando, abbiamo iniziato dall'evidenza che esistono almeno due categorie fondamentali di misurazioni: quelle che servono ai progettisti per individuare i difetti dei loro progetti e correggerli... e quelle che servono ai pubblicitari (vale a dire alle riviste, ma non solo) per tentare di vender meglio il loro prodotto. Come è logico, gli intenti sono opposti ed anche le tecniche di misura sono diversissime.

Partiamo dal fondo, vale a dire da una misura che si può taroccare meglio di qualsiasi altra: la TND

Osservate con attenzione il grafico qui sotto, pubblicato da Audioreview nel 2005, se ricordo bene. Si vede bene che la distorsione dello stesso diffusore cambia moltissimo in funzione della frequenza di taglio inferiore per i segnale di prova...



Notate in particolare l'enorme differenza tra la curva in alto (in blu) e quella immediatamente sotto (in rosso); quest'ultima è ottenuta filtrando le frequenze sotto 100 Hz.: una cosa che potrebbe anche non notarsi nel caso si stia misurando un minidiffusore o giù di lì.

Naturalmente esistono tutte le possibilità intermedie: per esempio un taglio a 30-40-50 Hz, che avvantaggerebbe il diffusore della ditta "amica"... mentre quello della concorrente che "deve morire" sarebbe misurato con il segnale di prova che scende fino a 16 hz...!!!

Ora voi mi direte che queste sono mascalzonate e nessuno le fa...

...però come mi spiegate che i diffusori provati da AR rientrano tutti in una ristretta finestra di valori di distorsione di TND, mentre quando andiamo a misurare le normali distorsioni armoniche troviamo differenze di decine, anche centinaia, di volte...? Un bel mistero... eh...???

Segue
F.C.

[F.Calabrese]

Ora però diventiamo propositivi, domandandoci: "Quale misura è più utile per capire come funziona un ampli o un diffusore...???"

Beh... forse non ve lo aspettate, ma la buona vecchia misura della Distorsione Armonica ha due pregi che poche altri misure condividono.

Il primo pregio è che il segnale che si impiega (uno sweep di toni sinusoidali) ha una distribuzione statistica che privilegia i valori di picco, mentre passa velocemente per i valori minimi e per lo zero. Questo fa sì che con questo tipo di segnale si individuino con precisione sia i limiti del clipping degli ampli, sia i limiti di linearità alle più basse frequenze che affliggono quasi tutti i diffusori domestici. basta ripetere la prova a livelli crescenti, come abbiamo visto già nei primi post.

(Del secondo pregio ne abbiamo già parlato, ed è quello di poter misurare livelli bassissimi di distorsione anche in presenza di un certo rumore, utilizzando la Time Delay Spectrometry)

Ecco qui sotto cosa ne scrive S. Temme, uno dei massimi esperti del pianeta, in materia di misure...



Le due curve a campana mostrano invece le distribuzioni statistiche in caso di segnali multitono o di rumore (ed anche di musica...): come potete vedere i campioni più frequenti sono quelli intorno allo zero, dove peraltro la distorsione è minima o assente... Per cui cosa si misura...???

Segue
F.C.

[F.Calabrese]

Però non è affatto detto che un segnale musicale non possa essere utile per misurar: purtroppo occorrerebbe materiale non compresso, che è decisamente difficile da reperire tra le incisioni commerciali.

Ecco un caso interessantissimo: quello di un brano da discoteca (degli anni '90) mandato sia ad un piccolo finale a transistor che ad un valvolare SE di pari potenza. Quel che vedrete nei grafici qui sotto sarà la distribuzione statistica dei segnali registrati ai terminali dei diffusori.

Prima l'ampli a valvole:



Come potete osservare, la distribuzione è quasi-gaussiana, con un valore medio a -22 dB e poca roba sotto -50 dB e sopra -5 dB. Normale...!

Ora invece osservate cosa accede con il piccolo ampli a transistor...



Oddio che orrore !!! E' comparso un picco di frequenza centrato sul valore di -11 dB.

Cosa può averlo provocato...? Beh... la diagnosi è semplicissima: si tratta delle conseguenze dell'intervento delle protezioni di corrente dell'ampli, in questo caso decisamente mal progettate e tarate su un livello troppo cautelativo...

Questa misura correla eccezionalmente con quel che si avverte all'ascolto, passando da un ampli all'altro: quello a transistor sega letterlmente le orecchie !!!

A più tardi per il seguito
Saluti
F.C.

[Roberto Gallonetto]

Perdonami Fabrizio, ma quest'ultimo esempio non è un caso in po' estremo? Ovvero l'intervento delle protezioni non avviene quando siamo in prossimità del clipping?

[F.Calabrese]

Perdonami Fabrizio, ma quest'ultimo esempio non è un caso in po' estremo? Ovvero l'intervento delle protezioni non avviene quando siamo in prossimità del clipping?

NO... si tratta di protezioni in corrente, per cui la loro soglia di intervento va rapportata all'impedenza di carico, nel senso che con carichi da 8 ohm in sù è possibile che non entrino mai in funzione, ma con i normali diffusori possono "scattare" anche a livelli di potenza pari ad un terzo di quello massimo del finale (come nel caso-esempio).

E qui stiamo finalmente toccando un punto particolarmente delicato, in materia di misure, che è quello di "quanto estremo" debba essere il carico da collegare ad un ampli per misurarne PER DAVVERO le caratteristiche.

Personalmente io non perderei nemmeno un minuto a misurare con un carico da 8 ohm... ma proverei direttamente con carichi da 3,2 e 2 ohm...

Segue
F.C.

[F.Calabrese]

Prima di procedere, fermiamoci un attimo a riflettere su quali siano le misure "migliori".

Sicuramente lo sono quelle che maggiormente correlano con la sensazione all'ascolto.

Se prendiamo ad esempio la misura della distorsione di seconda armonica... beh... troveremo che correla pochissimo con la sensazione di "distorsione" all'ascolto. A volte aggiungerne un pizzico migliora addirittura la sensazione !!!

Diverso è il caso della distorsione di terza armonica (ed in generale quello delle armoniche di ordine superiore): in questo caso un loro aumento è sempre accompagnato da un peggioramento della resa percepita all'ascolto.

Prendiamo ad esempio la misura della risposta in frequenza: sicuramente essa correla con quanto si ascolta, ma solo a condizione che l'ascoltatore sia ubicato esattamente nella stessa posizione di misura, in un ambiente analogo, con pareti egualmente rivestite. Insomma... un caso impossibile, statisticamente.

Però se si ha l'accortezza di misurare la risposta in frequenza in un ambiente tipico e collocando il microfono in almeno sei-nove diverse posizioni (senza fare la media !!!)... Beh... un'idea abbastanza precisa di come possano suonare quei diffusori la si riesce comunque a tirar fuori...!

Soprattutto queste misure sono utilissime per capire quale sia la migliore collocazione di QUEI diffusori rispetto alle pareti più vicine.

E qui si apre una nuova parentesi di riflessione.
Dovete sapere che c'è stato un tempo in cui le riviste provavano seriamente i diffusori, misurandoli in diverse collocazioni e pubblicando le diverse curve. Ecco qui sotto un esempio, dalla rivista "Suono", con tanto di testo che spiega.



Da queste curve si capiva bene quali diffusori fossero facili da collocare in ambiente e quali NO...
Ed infatti questo tipo di misure scomparve in coincidenza con la diffusione dei diffusori "tower", che mostrano curve di risposta disastrate in gamma bassa per QUALSIASI possibile collocazione...

Segue
F.C.

[aldusmanutius]

ho pochissimo tempo per frequentare lo spazio, ma per ora ringrazio moltissimo Fabrizio che ha dedicato lungo tempo e impegno per rispondere ad alcune considerazioni che avevo postato.
riscriverò inizio settimana prossima, appena il tempo non sarà più tiranno.
Marco

[F.Calabrese]

Proseguiamo...

Voi sapete che io ci tengo ad essere intellettualmente onesto, riconoscendo i meriti anche in favore di personaggi per ogni altro verso discutibili.

Quindi non dovete affatto sorprendervi se ora vi dirò che una delle migliori misure esistenti è quella adottata da Mario Bon: la "Distorsione Integrale", che consiste nell'analisi FFT di un segnale di prova composto da 120 diverse frequenze (12 per ottava), scelte in modo di poter fare a meno della finestratura temporale qualora l'acquisizione adotti lo stesso clock del DAC che invia il segnale di prova. Il che è facile con le interfacce USB professionali.

Nella schermata, di cui vi mostro un esempio qui sotto, si vedono contemporaneamente le frequenze di prova ed il sottofondo di prodotti di distorsione armonica e di intermodulazione (specialmente questa). Come per ogni misura di questo tipo, essa risente moltissimo del rumore presente nell'ambiente al momento della misura, per cui va eseguita in una camera anecoica vera (isolata) o comunque in spazi fonoisolati dall'esterno.



Ora però ragioniamoci insieme, partendo dai valori di tensione indicati appunto da Mario Bon per questa misura-esempio, condotta su un tweeter, filtrato e non...
9,34 Volt sono 10,9 Watt su 8 ohm (la probabile impedenza del tweeter), che però emette appena 100 dB a 15 centimetri di distanza... Ho scritto "appena" perché a 100 db a 15 cm. corrispondono appena 83,5 dB ad un metro, che è la normale distanza di riferimento...
Cosa accade...? beh... semplice...! Trattandosi di un segnale multifrequenze con ben 120 frequenze diverse, l'energia -cioè i 10,9 Watt- verrà ripartita equamente sulle 120 frequenze, di cui però più della metà non sono riprodotte dal tweeter misurato...
Quindi i valori di distorsione che leggete sono dell'ordine dello 0,3 per cento ad appena 83,5 dB...!!! Figuriamoci che valori orrendi verrebbero fuori se la misura venisse eseguita a 100 dB ad un metro...!!!

Un altro problema di questa misura è che lo spettro del segnale di prova non rassomiglia nemmeno lontanamente a quello dei normali brani musicali, che hanno molte più basse che medie ed alte.

Questo crea bei problemi quando si vanno a misurare i woofers, perché anche qui le frequenze riprodotte da questi trasduttori sono relativamente poche, rispetto alle 120 del segnale di prova, per cui ancora una volta si misura il trasduttore in condizioni di minima sollecitazione. Nulla a che vedere con quanto accade con i segnali musicali (specie di organo o tastiere rock...).

L'idea è indubbiamente buona e varrebbe la pena di perfezionarla, per esempio introducendo una ponderazione che imiti lo spettro del Brown Noise, che a sua volta somiglia molto a quello dei brani di musica più recenti.

E poi vale per questa misura l'obiezione più tipica che si applica a tutte le nuove misure: manca ad oggi una vasta casistica rispetto alla quale operare confronti. Lo stesso Mario Bon fatica a pubblicare misure di woofers a livelli realistici... i cui grafici farebbero orrore peggio di un film di zombie...!

Saluti
F.C.

[F.Calabrese]

Ed ecco le solite risposte da ragazzino irritato...

Dal momento che per correggere tutte le imprecisione,e integrare le cose non dette o dette a metà e contestare le affermazioni gratuite e/o prive di fondamento prenderebbe troppo tempo, invito a leggere l'articolo ordiginale:
(...)
dove ci sono tre esempi di misura per un tweeter, un medio e un woofer e anche le informazioni per ricavare i livelli SPL effettivamente prodotti dal tweeter misurato (che Calabrese sottostima).

Mario Bon ha una stima veramente rasoterra dei suoi lettori...
Qui fa finta di non vedere che nel SUO grafico è chiaramente scritto: "spl 100 dB circa" ed in alto: "distanza 15 cm. circa"...
Ebbene... 100 dB a 15 cm. equivalgono esattamente ad 83,5 dB ad un metro... calcolando 6 dB in meno ad ogni raddoppio di distanza.

Semplice e banale matematica.

Segue
F.C.

[F.Calabrese]

Altra risposta pochissimo intelligente, anzi cretina...

Perché se al mondo esistono 10000 metodi di misura...calabrese al massimo ne saprebbe usare uno solo.
Non ha mai avuto dimestichezza, va subito nel pallone...compreso REW, software semplicissimo e intuitivo.
Ha criticato la TND (per non parlare della NTD) a tratti "giustamente" senza comprendere che per farla diventare precisa ed attendibile sarebbe bastato l'eliminazione delle bande laterali residue tramite l'allineamento dei circuito di clock e/o la sincronizzazione del file A con quello B.

Cretino o disonesto...? Io direi la seconda delle due, perché dal mio Sito ( www.fabriziocalabrese.it ) si vede bene che io sono stato il primo consulente in Italia ad utilizzare estensivamente la Time Delay Spectrometry, e poi la scheda MLSSA, mentre prima impiegavo il Gating System B&K. Parlo di decine di migliaia di misurazioni, moltissime delle quali scaricabili dal mio Sito.

Da allora ho eseguito e pubblicato migliaia di misurazioni con il TEF-12 ed il TEF-20, con Smaart, Dirac (B&K), REW ed ARTA, sebbene sia noto che io preferisco di gran lunga le misure effettuabili con il TEF-20.

Ed il buon Gefrusti/Capraro che faceva, nel frattempo...? Installava caldaie...???

Quanto alle mie critiche alla TND, leggete qui.... viewtopic.php?f=5&t=6104

Saluti
F.C.