Come si misura la distorsione?

[Roberto Gallonetto]

Seguo sempre quotidianamente il forum anche se posto di rado, ho seguito con interesse i vari tread in cui si discute di distorsione degli altoparlanti, però ora mi sorge una domanda: come si misura la distorsione? Immagino serva una certa strumentazione e un metodo di misura. Ovviamente tralasciamo la distorsione facilmente udibile data dal superamento dei limiti fisici di amplificatori e altoparlanti. In pratica come distinguo un diffusore che distorce poco da una che distorce tanto?

[F.Calabrese]

Io credo che -prima di entrare nell'argomento- sia utile porci una domanda: "PERCHE' MISURIAMO...???"

Ebbene... ogni progettista misura le sue creazioni al fine di affinarle, individuandone gli eventuali difetti: a questo scopo le misure più utili per lui saranno quelle più "cattive", vale a dire quelle che meglio evidenziano ogni possibile difetto dell'ampli o del diffusore.

All'estremo opposto si collocano i recensori delle riviste, che in teoria dovrebbero misurare ampli e diffusori per collocarli in una ipotetica classifica... ma nella realtà non sanno cosa inventarsi per non trovarsi nell'imbarazzo di dover commentare misure orrende, come spesso accadrebbe. Ci sono riviste come Stereophile che questo imbarazzo lo evitano proprio facendo a meno di misurare la distorsione. Altre -come Audioreview- effettuano misure studiate con accuratezza in modo che forniscano risultati più o meno simili... (ma lo sono per davvero...???)

Una sola rivista -la tedesca Stereoplay- misura la distorsione dei diffusori in un modo intelligente e diagnostico, vale a dire effettuando la misura a quattro diversi livelli, crescenti di 5 dB da 85 a 100 dB (SPL, ad un metro). In queste misure si vede bene che il diffusore ad un certo punto "non ce la fa più"... (specie in gamma bassa). Ecco un esempio:



Notate il brusco aumento di distorsione quando si passa da 95 a 100 dB, nella banda di frequenza compresa tra 50 ed 80 Hz. E' evidente che il diffusore ha raggiunto il suo limite perché la distorsione aumenta il doppio rispetto al livello d'uscita ed ha raggiunto il 5-6 per cento (a 100 dB ad un metro).

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F.C.

[F.Calabrese]

Per confronto... ecco come si comporta diversamente (meglio...) un driver a compressione con tromba, misurato questa volta A DUE METRI e con livelli di prova di 110-107-104 dB...



Qui la distorsione aumenta con li livello, ma molto gradualmente e rimanendo sempre al di sotto dello 0,3 per cento...!!!

Ma attenzione...! 110 dB a due metri corrispondono a 116 dB ad un metro, vale a dire un livello di prova 16 dB (quaranta volte) superiore rispetto a quello dei diffusori Indiana Line provati dalla rivista Stereoplay...! E la distorsione è dello 0,3%, vale a dire venti volte inferiore rispetto a quella delle pur ottime Indiana Line...!!!

Quindi il driver è 40 X 20 = 800 volte meno distorcente dei due diffusori tower, che pure sono superiori alle Opera Quinta, alle stesse misure.

Va però spiegata una cosa: la distorsione del driver è quella di terza armonica, mentre quella della rivista tedesca sarà la somma pesata, che favorisce le armoniche dispari e di alto ordine, per cui i valori possono essere confrontati solo indicativamente.

Naturalmente ci siamo solo avvicinati all'argomento: domani approfondiremo !

Saluti
F.C.

[F.Calabrese]

Vi lancio qualche spunto.

Come avete visto, la misura della distorsione armonica ha un senso se viene effettuata a diversi livelli, possibilmente elevati.

Ai bassi livelli è infatti possibile che la distorsione finisca annegata nel rumore di fondo dell'ambiente o delle elettroniche.

Domani mattina vi mostrerò un esempio che spiega bene...

Saluti
F.C.

[F.Calabrese]

Ecco l'esempio: si tratta della distorsione di un driver+tromba misurata a 70 cm. di distanza e ad un livello medio di 87 deciBel...

La curva in alto è il livello della fondamentale, mentre sotto si vedono la distorsione di II armonica (in giallo) e quella di III armonica (in rosso/viola).

Ora voi mi direte: che senso ha misurare a 70 cm. di distanza...???

Semplice ! Se osservate la curva della terza armonica, vedrete che il suo livello assoluto oscilla intorno allo Zero deciBel, vale a dire un valore così basso da essere non solo sicuramente inaudibile, ma anche immisurabile con qualsiasi altro microfono oltre quello di Classe 0/1 impiegato (un Bruel & Kjaer 4190, per la cronaca). Ma anche il 4190 ha il suo limite, ed è per quello che mi sono dovuto avvicinare.



Ora io vi invito a riflettere sul fatto che moltissimi "recensori" utilizzano microfoni economicissimi anche per fare le misure di distorsione: microfoni che hanno 30 dB di rumore di fondo e che in questo caso avrebbero fornito un livello di distorsione di III armonica anche mille volte superiore rispetto a quello vero...!

Ma i microfoni economici distorcono agli alti livelli: talvolta anche già a 90 deciBel...! Per questo sono inutilizzabili anche per le misure di distorsione ai livelli più elevati.

E poi c'è il problema del rumore ambiente. Nella misura che vedete qui sopra questo problema è stato in gran parte risolto grazie all'impiego della Time Delay Spectrometry: una tecnica di misura proposta a fine anni '70 dal Richard Heyser, che impiega sweep lenti ed un filtraggio a banda strettissima del segnale captato dal microfono di misura. In questo modo si guadagnano anche 20 e più deciBel di reiezione del rumore presente al momento della misura. Una tecnica che ormai non impiega più nessuno.

Con i soliti analizzatori di FFT non si ottengono assolutamente risultati del genere, per cui ancora una volta avreste visto valori di distorsione superiori, ma non veri...!

Segue
F.C.

[aldusmanutius]

l'argomento secondo me è uno dei più interessanti in assoluto.
la cosa che mi ha sempre dato più fastidio nell'ambiente audio è la diffusa abitudine dei costruttori di speakers di dichiarare dati senza portare a suffragio misure leggibili, coerenti, ripetibili. e come hai fatto notare anche le principali riviste (che un tempo erano i guardiani di riferimento per il cliente/appassionato) si sono adeguate.
la cosa varrebbe anche e sopratutto per la risposta in frequenza...

ma tornando all'argomento distorsione noto come non vi sia uniformità di sistemi di misurazione, spesso i costruttori piazzano nelle brochures misure sparate non si sa a che livello in SPL e neppure a quale frequenza. quasi nessuno posta una MOL che so... a una pressione accettabile con un medium listening level (es... 100 DB? la ritieni valida?) o quantomeno se parlano di pressione maxima non si sa a che livello di distorsione (20%? prima della rottura del driver?) o a quale frequenza...

possibile che non si riesca a costringere ogni costruttore audio nel momento in cui lancia un prodotto a pubblicarne un set di misure che so... in anecoica almeno... o comunque con un meccanismo di misurazione (i celebri microfoni Bruel&Kjaer da te segnalati ad esempio) che sia uguale per tutti? stessa distanza e livello... ecc. ecc. ?

e questo te lo dico anche se non sono per nulla convinto che negli speaker un tasso di distorsione del 1% rispetto a un 5% o a un 8% possa in una certa porzione di frequenze essere così decisiva e rilevabile dall'orecchio, almeno in gamma bassa. non stiamo parlando di terza armonica in uno stadio di amplificazione che è molto più avvertibile...

tu punti il dito parlando di "quaranta volte inferiore" o altri paragoni simili che sembrano fare sensazione, ok... ma hai messo sullo stesso piano un sistema avanzato horn con speaker RD di basse e medie pretese; al di la' del caso Focal di tanti anni fa bisognerebbe avere una base statistica più ampia.
scusa forse ho messo troppa carne al fuoco.
Marco

[F.Calabrese]

l'argomento secondo me è uno dei più interessanti in assoluto.
(...)
scusa forse ho messo troppa carne al fuoco.

Lo terrò all'attenzione fino a che non lo avremo sviluppato a fondo.

Poi passerà nella sezione: "Argomenti più importanti".

Dal post che segue passo a risponderti, punto per punto.

Grazie
F.C.

[F.Calabrese]

...
la cosa che mi ha sempre dato più fastidio nell'ambiente audio è la diffusa abitudine dei costruttori di speakers di dichiarare dati senza portare a suffragio misure leggibili, coerenti, ripetibili. e come hai fatto notare anche le principali riviste (che un tempo erano i guardiani di riferimento per il cliente/appassionato) si sono adeguate...

Una volta non era così: cito ad esempio queste misure della AR -qui sotto, del 1957- in cui si vede benissimo l'innalzamento verticale della distorsione al di sotto di 60-70 Hz ed anche l'effetto benefico della collocazione in angolo...



Nel settore del Pro qualcuno ha continuato a pubblicare misure "serie", come quelle -qui sotto- che mostrano i livelli di fondamentale e di distorsione ad un decimo della potenza di un sistema a tromba direttivo della fine degli anni '80: notate i livelli estremi a cui si misura !!!



Quelli che non misurano la distorsione lo fanno per un motivo molto preciso: nascondere i pessimi risultati delle loro creazioni...

Segue
F.C.

[F.Calabrese]

...
la cosa varrebbe anche e sopratutto per la risposta in frequenza...

La misura "seria" della risposta in frequenza dovrebbe tener conto della prossimità delle pareti riflettenti.
Magari sarebbe corretto ripetere la misura per diverse possibili posizioni d'ascolto, sovrapponendo i grafici in modo di fornire anche un'indicazione sulla variabilità della risposta a seconda della posizione dell'ascoltatore. Qui sotto -come esempio- vi mostro la risposta dei miei Sub in nove posizioni entro un quadrato di 3 metri di lato (un metro da una posizione all'altra). Senza smoothing !!!



Le misure in camera anecoica (o equivalenti) servono a poco o nulla... come dimostra questa risposta di una AR 3a, caratterizzata da una orrenda gobba in gamma media, con pochi alti e bassi attenuati di sei dB...



Ma voi credete davvero che le AR 3a avrebbero avuto la fama e la diffusione che hanno avuto, se avessero suonato con un medio gonfio come in queste misure (di Suono...) ???



Mi prendo una piccola pausa e proseguo più tardi a risponderti.

Saluti
F.C.

[Alexmaso69]

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.