Amplificatori: correlazione tra ascolto e misure di distorsione

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Amplificatori: correlazione tra ascolto e misure di distorsione

Messaggio da F.Calabrese » martedì 21 maggio 2019, 17:12

Ne abbiamo discusso tante volte, ma -se ricordo bene- sempre nel mezzo di altri argomenti, per cui riprendo volentieri l'argomento, su invito di Danco.

Partiamo da una osservazione apparentemente banale: gli ampli controreazionati (praticamente tutti quelli a stato solido) hanno tutti un andamento simile della distorsione (armonica e/o di intermodulazione) rispetto al variare della potenza, che è all'incirca quello che vedete qui sotto:

Immagine

Fateci caso: la distorsione aumenta bruscamente alla potenza massima, mentre aumenta gradualmente verso i livelli più bassi (dove però parliamo di un misto di rumore e di distorsione d'incrocio).

Se fate ancora più attenzione, noterete che la potenza massima aumenta passando da 16 ohm ad 8 e poi 4 ohm, ma contemporaneamente aumenta anche la distorsione ai livelli più bassi. Quando poi si passa da 4 a 2 ohm, si perde su entrambi i fronti.

Abbiamo appena imparato una prima grande verità: gli ampli controreazionati suonano meglio sui carichi più alti (8-16 ohm) rispetto a quelli più bassi (3-4 ohm), mentre quando si scende ancora (2 ohm) si perde sia in potenza massima che in distorsione.

Nei valvolari controreazionati l'andamento è simile, anche se meno brusco.

Diversamente, i valvolari Single Ended NON controreazionati hanno un comportamento diverso, che esamineremo nei post che seguono.

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Re: Amplificatori: correlazione tra ascolto e misure di distorsione

Messaggio da F.Calabrese » martedì 21 maggio 2019, 17:12

Ora fate bene attenzione: vi siete mai chiesti il perché per le misure di distorsione si impieghino così spesso toni sinusoidali...?

Beh... i motivi sono DUE, invece del singolo cui tutti pensano.

1)- Il primo motivo -quello più noto- è che le sinusoidi producono armoniche a frequenze note e ben distanziate, che quindi si possono separare dalla fondamentale con un opportuno filtraggio, anche passivo. Questo era prezioso all'epoca in cui per misurare la distorsione si impiegavano solo apparati analogici.
Oggi, grazie agli analizzatori di FFT a costo quasi zero, è facilmente possibile impiegare altri segnali di prova, compresi gli stessi brani musicali.

2)- Il secondo motivo risiede nella distribuzione statistica del segnale, che nelle sinusoidi è concentrato su due valori limite, uno positivo ed uno negativo (vedi immagine qui sotto). Questo spiega come mai gli ampli controreazionati mostrino quella salita quasi verticale della distorsione armonica non appena raggiungono il clipping. Diversamente, se si impiegassero segnali più casuali (come la musica o altri rumori a banda larga), si avrebbe una distribuzione statistica tendente alla gaussiana, in cui gli estremi sono rappresentati solo per una frazione assolutamente minima del tempo di misura.

Immagine

Ora però ragionateci sopra... e ricordatevi che la musica è appunto diversissima dalle sinusoidi...

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Re: Amplificatori: correlazione tra ascolto e misure di distorsione

Messaggio da F.Calabrese » martedì 21 maggio 2019, 17:12

Ed ecco infatti la distribuzione statistica di un normale brano musicale, rilevata ai morsetti di uscita di un ampli a valvole (Single Ended) appena controreazionato ed in prossimità del clipping.

Immagine

Se osservate con particolare attenzione, noterete che ai valori più alti (tra -5 e -8 dB) la distribuzione statistica appare troncata ed asimmetrica, rispetto all'altro versante... Questo è la prova che l'ampli ha iniziato a distorcere...

Però...

Però all'ascolto questo modo di distorcere è praticamente innocuo, nel senso che solo ascoltatori particolarmente esperti riescono a percepire l'aumento di armoniche che segue sempre il raggiungimento del limite superiore della potenza erogabile.

Questo spiega il perché gli ampli a valvole, purchè NON controreazionati o POCO controreazionati, tendono a suonare bene anche in condizioni di moderato sovraccarico, vale a dire quando si alza il livello in modo di "tosare" i picchi di anche 6-9 deciBel.

Questo comportamento dei valvolari era utilizzato con vantaggio anche nei preamplificatori microfonici di tanti anni fa, che limitavano naturalmente i picchi senza apparentemente distorcere (e recuperavano istantaneamente dal sovraccarico). Con essi sono state effettuate forse le migliori registrazioni che tutti conosciamo.

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Re: Amplificatori: correlazione tra ascolto e misure di distorsione

Messaggio da F.Calabrese » martedì 21 maggio 2019, 17:12

Ora però esaminiamo insieme quel che accade quando a saturare è un ampli a transistor pesantemente controreazionato e con protezioni molto cautelative: diciamo il tipico integrato giapponese degli anni '80...

Immagine

Guardate che orrore... In pratica l'energia dei picchi distorti è stata tagliata brutalmente sopra un certo livello (i circa -8 dB che corrispondono alla potenza massima, identica a quella del valvolare dell'esempio precedente).

Non solo... ma l'intervento delle protezioni ha creato un picco di valori a livelli assai inferiori (-11 dB) che si vede benissimo nel grafico... 8e si avverte orribilmente all'ascolto)

Quindi stiamo dicendo che un ampli a transistor di pari potenza rispetto ad un valvolare, suonerà dieci volte peggio non appena mostrerà i primi segni di clipping o non appena entreranno in funzione le sue protezioni interne.

ED IN EFFETTI QUESTO E' ESATTAMENTE QUEL CHE SI AVVERTE ALLE PROVE D'ASCOLTO.

Dunque NON E' VERO che le misure di distorsione degli ampli non correlino con le loro prestazioni all'ascolto, MA OCCORRE SAPERLE INTERPRETARE.

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Re: Amplificatori: correlazione tra ascolto e misure di distorsione

Messaggio da F.Calabrese » martedì 21 maggio 2019, 17:13

Infine c'è un modo molto "furbo" per esaminare quanto e come distorca un ampli in clipping, misurandolo nelle reali condizioni di impiego, vale a dire collegato ai vostri diffusori. Il modo è quello di utilizzare degli impulsi il cui spettro è stato equalizzato in modo da somigliare a quello di un normale colpo di tom o di grancassa. Una forma d'onda come quella qui sotto:

Immagine

Se infatti utilizzassimo delle sinusoidi, il loro tempo di misura finirebbe per essere tale da danneggiare i diffusori: e questo noi non lo vogliamo di certo.

L'impulso breve (diciamo mezzo millesimo di secondo) è invece assolutamente innocuo sia per l'ampli che per i diffusori, perché la sua durata è talmente limitata (rispetto al mezzo secondo di pausa prima del nuovo impulso) che né l'ampli né i trasduttori del diffusore potranno mai scaldarsi o danneggiarsi meccanicamente.

Nei prossimi post vi mostrerò due esempi.

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Re: Amplificatori: correlazione tra ascolto e misure di distorsione

Messaggio da F.Calabrese » martedì 21 maggio 2019, 17:57

Osservate con attenzione la traccia in basso, che è la forma d'onda registrata ai terminali di un ampli (di Nelson Pass, se ricordo) con un impulso come quello del post precedente, ma saturato.

Immagine

Ebbene... l'ampli letteralmente IMPAZZISCE e l'intervento delle protezioni fa schizzare il segnale in uscita da una polarità a quella opposta.

Inutile dire che un clipping come questo è semplicemente trapanante all'ascolto...

(la forma d'onda sopra è quella ripresa dal microfono di misura, che mostra anch'essa alterazioni pesanti, alcune delle quali aggiuntive...)

LA BELLEZZA DI QUESTA MISURA E' CHE E' ALLA PORTATA DI QUALSIASI APPASSIONATO che abbia una scheda audio full-duplex (come sono tutte quelle Pro), o che abbia un lettore CD sul quale riprodurre un File masterizzato e con gli impulsi, mentre con la scheda si registra la forma d'onda rilevata ai terminali dell'ampli (ma ricordatevi di mettere un bel partitore-attenuatore, perché altrimenti l'ingresso della scheda saturerà di suo).

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Re: Amplificatori: correlazione tra ascolto e misure di distorsione

Messaggio da F.Calabrese » martedì 21 maggio 2019, 17:57

Le misure con impulsi brevi sono utili anche per valutare quanto i diffusori ce la facciano a sopportare i picchi massimi emessi dall'ampli. Basta registrare collocando il microfono di misura abbastanza vicino al diffusore (un metro o meno), ma occorre un microfono di altissima qualità...

Qui sotto -come esempio- vediamo come viene riprodotto un impulso da 2000 Watt dal mio Paragon, ad un livello di picco di nientemeno che 140 deciBel ad un metro... Notate la forma d'onda pulita (l'impulso è largo un sesto di secondo) e l'assenza di sovraoscillazioni. Quel che si vede dopo l'impulso sono infatti le riflessioni provenienti dall'ambiente.

Immagine


Ora -per confronto- osservate il vero e proprio DISASTRO emesso da un diffusore tipo DCAC che impiega lo stesso woofer ed è alimentato con lo stesso ampli...

Immagine

Orribile... vero...? Beh... lo era anche all'ascolto...


Ma quel che era incredibilmente differente era il livello di Picco effettivamente emesso: appena 115 dB rispetto ai 140 dB del diffusore a tromba, con lo stesso trasduttore, pilotato dallo stesso ampli ed alla stessa potenza. Trecento volte in meno.

Se ci ragionate per un attimo, potete voi stessi dedurre che l'energia emessa nei picchi successivi non può di certo essere creata dal diffusore... ma è SOTTRATTA alla prima emissione (quella vera...) e va ad alimentare i vortici nel condotto, che sono la causa delle emissioni successive...

In quella occasione mi sono dimenticato di registrare la forma d'onda (di tensione e corrente) ai terminali dell'ampli, ma se lo avessi fatto potete contarci che avremmo visto anche quanta energia avrebbe rimandato indietro il povero trasduttore e quanto l'ampli ce l'avrebbe fatta -o meno- a riceverla e cortocircuitarla (senza che le protezioni intervenissero in chiusura, riflettendo indietro verso il trasduttore...).

COME POTETE VEDERE, PRATICAMENTE TUTTO QUELLO CHE SI PERCEPISCE ALL'ASCOLTO PUO' ESSERE MISURATO ED INTERPRETATO, ma occorre essere disposti a mettere da parte le vecchie misure in regime statico...

Ora mi aspetto osservazioni e domande: avete parecchia carne al fuoco...

Saluti
F.C.

enne.effe
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Re: Amplificatori: correlazione tra ascolto e misure di distorsione

Messaggio da enne.effe » martedì 21 maggio 2019, 19:14

Questo ampli non è a valvole ma ha una caratteristica particolare:

Immagine

Che ne dite?

Max
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Re: Amplificatori: correlazione tra ascolto e misure di distorsione

Messaggio da Max » martedì 21 maggio 2019, 19:21

Quale software permette di calcolare la distribuzione delle ampiezze? In Audacity non la trovo (ma magari sono poco attento).

Sandrelli
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Re: Amplificatori: correlazione tra ascolto e misure di distorsione

Messaggio da Sandrelli » martedì 21 maggio 2019, 20:17

F.Calabrese ha scritto:
martedì 21 maggio 2019, 17:57
Osservate con attenzione la traccia in basso, che è la forma d'onda registrata ai terminali di un ampli (di Nelson Pass, se ricordo) con un impulso come quello del post precedente, ma saturato.

Immagine

Ebbene... l'ampli letteralmente IMPAZZISCE e l'intervento delle protezioni fa schizzare il segnale in uscita da una polarità a quella opposta.

F.C.
non avrà la 'phase reversal protection'...
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