Parliamo di misure sui diffusori

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Parliamo di misure sui diffusori

Messaggio da F.Calabrese » giovedì 26 febbraio 2015, 15:42

Raccolgo l'invito del forumer "Jack the Ripper" ed inizio con questo post un thread dedicato alle tecniche di misura dei diffusori. Vi invito ad evitare gli OT, che sono una vera piaga per questo Forum.

Partiamo con la tecnica di misura (della risposta in frequenza) più antica... quella che impiega come segnale una banda di Rumore Rosa filtrata in terzi d'ottava e come strumento di misura un semplice fonometro, possibilmente integratore.

Il risultato veniva graficato in forma di punti messi a mano su un grafico predisposto... una cosa straziante...!

Immagine

Questa misura sembra molto più ingenua di quanto non sia in realtà...

Se infatti ci pensiamo, basta predisporre una sorgente che emetta il rumore filtrato per un tempo sufficiente (almeno 15-20 secondi per ogni terzo d'ottava... meglio se di più, specie alle frequenze più basse) e basta avere un fonometrino che integri per tutto quel tempo (si preme Start e poi Stop, e lui ci pensa da solo...) et voilà... ecco l'unica misura che permette di spostare in continuazione il punto di misura, mediando quindi gli effetti delle riflessioni in ambiente.

Non solo... ma il valore di rendimento, che si ricava impiegando una sorgente di ampiezza costante e nota insieme ad un fonometro calibrato, è quanto di più vicino al dato reale, perlomeno per quel che riguarda le note tenute (e non i transienti).

Questa tecnica di misura, oltre ad essere lunga e straziante, aveva anche un altro difetto: quello di ponderare egualmente l'onda diretta dal diffusore e le riflessioni successive... MENTRE L'UDITO UMANO ATTENUA LE RIFLESSIONI, grazie all'Effetto HAAS.

Quindi accadeva che un diffusore perfettamente lineare a questo tipo di misura poi suonasse colorato e tagliente...

Un rimedio "pecoreccio" consisteva nell'adottare una certa pendenza nella curva di equalizzazione (la famosa "curva di Moller"), il che scimmiottava quanto da decenni era in voga nelle sale cinematografiche, dove però lo sapete tutti che il parlato è diverso da sala a sala, anche se sono tutte "perfettamente" equalizzate. Nei cinema, invece di spostare il microfono di misura e fare la media, si usava impiegare più microfoni, multiplexati, di solito quattro.

L'errore nell'impiego della "curva di Moller" sta nel fatto che la pendenza di tale curva è diversa in funzione del volume e del tipo di trattamento (arredi inclusi) dell'ambiente, risultando più ripida nelle sale più grandi ed assorbenti, e viceversa.

Non solo, ma lo spianamento della curva -che consegue allo spostamento continuo del punto di misura- è anch'esso artificioso, perché nessun appassionato ascolta con le orecchie contemporaneamente a tre metri di distanza una dall'altra...

D'altra parte, scegliendo un punto di misura fisso, si hanno i risultati che si vedono nella immagine qui sopra: pensate che le tre curve di ogni riga sono relative allo stesso diffusore, nello stesso ambiente... Insomma... c'è di che dubitare...!

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Re: Parliamo di misure sui diffusori

Messaggio da F.Calabrese » giovedì 26 febbraio 2015, 16:25

Il passo successivo (anche per me, nei primi anni '80) è stato quello di dotarsi di un bel tracciacurve, sincronizzato con l'oscillatore che emetteva i toni puri di misura o bande di Rumore Rosa. Come questo B&K 2306, con il quale ho progettato quasi tutti i Kit di Stereoplay scaricabili dalla pagine Hi-Fi del mio Sito ( http://www.fabriziocalabrese.it) e con il quale ho misurato i 46 minidiffusori per l'articolo: "Il ruggito delle pulci"...
Le misure dei minidiffusori le trovate qui: viewtopic.php?f=7&t=293&start=0

Immagine

Il tracciacurve permetteva non solo di velocizzare le misure (mica tanto, perché occorreva comunque ripeterle per più punti misura, per capirci qualcosa...) ma anche di essere "più seri". Spiego meglio.

Dai comandi del tracciacurve noterete che sono regolabili sia la velocità di avanzamento della carta che quella di movimento del pennino, entrambe entro ampi margini...

E qui dobbiamo incominciare a ragionare, insieme...

E' infatti chiaro che, se si regola il pennino in modo che sia lento e poi si fa scorrere velocemente la carta (e l'oscillatore), allora il grafico apparirà "spianato", come se fosse stato misurato con dei filtri a terzi d'ottava o ad ottave, addirittura...

Però attenzione... perché se il pennino è troppo lento, è anche ovvio che il livello che traccerà non sarà assolutamente calibrato...!!! Ed infatti la Bruel & Kjaer spiegava bene quali fossero i compromessi da preferire, tra le opposte esigenze.
Per la cronaca: una velocità troppo lenta della carta ed una troppo veloce per il pennino avrebbero dato luogo ad un grafico strapieno di picchi e buche strettissimi... magari veri... ma assai poco utili per capire "come suona"...!

Nei prossimi post ricopierò quanto ho già scritto nel thread sulle misure dei mindiffusori, di cui vi posto qui sotto un esempio: le Rogers LS 3/5a, vale a dire i migliori minidiffusori in prova...

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Re: Parliamo di misure sui diffusori

Messaggio da F.Calabrese » giovedì 26 febbraio 2015, 16:28

Ora provate a pensarci un attimo: con una frequenza molto bassa ed un pennino molto veloce... avreste visto tracciare la forma d'onda... non il livello medio...!!!

Infatti la velocità del pennino doveva essere limitata, ma non troppo...

Come al solito, alla Bruel & Kjaer avevano le idee mediamente assai più chiare che altrove.

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Da questo grafico si comprende che l'errore si fa tanto maggiore quanto più si scende in frequenza e tanto più la costante di integrazione è veloce...

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Re: Parliamo di misure sui diffusori

Messaggio da F.Calabrese » giovedì 26 febbraio 2015, 16:28

Ancora un grafico di provenienza B & K: qui è illustrato il criterio mediante il quale scegliere la velocità del pennino.

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Re: Parliamo di misure sui diffusori

Messaggio da F.Calabrese » giovedì 26 febbraio 2015, 16:30

Ecco, infine, il grafico B& K che sintetizza il criterio di scelta della velocità del pennino...

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Capitolo chiuso, ma potete fare domande...

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Re: Parliamo di misure sui diffusori

Messaggio da F.Calabrese » giovedì 26 febbraio 2015, 16:38

Lo strumento successivo, che aggiunsi al mio piccolo laboratorio nel 1986 e che mi sono ricomprato di recente, usato, è questo.

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Si tratta del Gating System della Bruel & Kjaer: un ingegnoso oggetto che permetteva finalmente di misurare (quasi) indipendentemente la risposta dell'emissione diretta del diffusore e quella del campo riiverberato, o, per meglio dire, delle prime riflessioni...

Il funzionamento è spiegato da questo grafico:

Immagine

Immaginate che il Gating System sia (come è...) diviso all'interno in due sezioni.

La prima sezione provvede ad interrompere in uscita il segnale di misura (di solito uno sweep sinusoidale, ma non solo), trasformandolo in una sequenza di BURST di durata ed intervallo di ripetizione regolabili.

La seconda sezione non faceva altro che finestrare nello stesso modo il segnale preso dal microfono di misura (quello di un fonometro, di solito) in modo di rilevare solo il primo arrivo e non le riflessioni.

Vi lascio immaginare quanto tempo ci volesse per collegare tutti gli apparecchi, e quanto per tararli correttamente (per la qual cosa era indispensabile portarsi appresso anche un bell'oscilloscopio...).

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Re: Parliamo di misure sui diffusori

Messaggio da F.Calabrese » giovedì 26 febbraio 2015, 16:53

E' arrivato il momento di introdurre un primo concetto "difficile", ma basta un poco di concentrazione per capirlo.

Abbiamo visto che con il Gating System era possibile ridurre il segnale di prova in Burst brevi... ma QUANTO brevi...???

E' chiaro che un Burst troppo lungo finirebbe per includere anche le prime riflessioni, con il risultato che il livello sarebbe artificiosamente elevato (o ridotto, per cancellazione di fase) dalle stesse... come si vede qui sotto:

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D'altra parte un Burst troppo corto non riuscirebbe a contenere almeno un paio di semionde alle frequenze più basse da misurare.... ED ALLORA, QUALE CRITERIO ADOTTARE...???

Ancora una volta ci viene in soccorso la Bruel & Kjaer, con due interessanti immagini dal manuale del Gating System:
Il criterio è quello di tenere diffusore e microfono il più lontani possibile dalle pareti (*), e le due pareti di solito più vicine sono il pavimento ed il soffitto...

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Quindi, a seconda dell'altezza dell'ambiente dove si misura, si hanno questi limiti di risposta "anecoica" alle basse frequenze.

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Accidenti... appena 200 Hz per un ambiente alto i soliti tre metri...!!!

Ora ci prendiamo una piccola pausa, e proseguiamo stasera, con gli strumenti più moderni e diffusi.

Saluti
F.C.

(*): Personalmente sono più che contrario a questo tipo di misure, con i diffusori collocati in una posizione artificiosa.
Molto meglio lasciarli nella collocazione normale, quella impiegata nei normali ambienti domestici, per poi misurare con attenzione i risultati della interazione con le riflessioni dalle tre pareti più vicine...!

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Re: Parliamo di misure sui diffusori

Messaggio da F.Calabrese » venerdì 27 febbraio 2015, 1:52

Alla fine degli anni '60, un genio incredibile -Richard Heyser- inventò una nuova tecnica di misura, chiamata Time Delay Specrometry, che permetteva di misurare IN ANALOGICO, sia la risposta in frequenza che quella in fase di un diffusore, eliminando dalla misura il contributo delle riflessioni, come e meglio di quanto ottenibile con il Gating System B&K.

Le prime implementazioni di questa tecnica di misura erano costosissime e fuori della portata di qualsiasi progettista o anche di piccole Aziende come sono gran parte di quelle dell'Hi-Fi. La solita Bruel & Kjaer mise in vendita un apparecchio che adattava alcuni suoi altri strumenti (un analizzatore di eterodina), ma occorreva una station-wagon per andarci in giro ed almeno un'ora per collegare il tutto ed iniziare a misurare... Ovvio che in giro non si sia mai visto nulla del genere, specie in Italia.

Pochi anni dopo Gerard Stanley, della Crown, elabora una configurazione mista -analogica e digitale- che rende finalmente portatile questo tipo di strumentazione. Nella foto potete vedere il mio primo TEF-12 (a destra) ed il successore, il TEF-20, che ancora utilizzo con suprema soddisfazione.

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A scanso di equivoci, chiariamo subito che questo tipo di analizzatori non può di certo oltrepassare i Limiti Fisici di reiezione delle riflessioni allo scendere della frequenza, come mostra questo disegno (da S.Temme, di B&K). Quel che fanno è unire il rigore degli analizzatori analogici con una straordinaria reiezione dei disturbi presenti al momento della misura...

Immagine

I due analizzatori Techron sono e restano gli unici strumenti in cui il livello del segnale analitico (uno sweep sinusoidale) è sempre facilmente misurabile, mentre le regolazioni della finestratura temporale possono essere operate (o meno) nel rispetto della corretta ampiezza del segnale. Un menu avverte immediatamente se, per esempio, si sceglie una velocità di sweep eccessiva per la frequenza più bassa da misurare... per cui con essi si può misurare la distorsione di un diffusore anche in normali ambienti, non isolati dai rumori esterni.

Tutto questo verrà perduto negli analizzatori di FFT bicanali e nei sistemi MLS, dove si può finestrare all'impazzata qualsiasi risposta all'impulso, perdendo anche la cognizione della presenza o meno di artefatti causati dalla violazione dei limiti di risoluzione.

Chi non ha mai eseguito misurazioni con questi due strumenti potrebbe anche ritenere che questo sia un particolare trascurabile, ma basta poca esperienza sul campo per ricredersi...

Proseguiamo con lo schema di funzionamento di questi analizzatori.

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Re: Parliamo di misure sui diffusori

Messaggio da F.Calabrese » venerdì 27 febbraio 2015, 2:13

In questo primo grafico, qui sotto, vediamo la "versione analogica" della Time Delay Spectrometry.

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Come potete vedere, esiste un oscillatore (VCO) controllato da una rampa, la quale fornisce il riferimento orizzontale allo schermo. Il suo segnale va all'uscita ed anche TRAMITE UN RITARDO (DELAY) ad un moltiplicatore che lo moltiplica con il segnale di ritorno dal microfono di misura. E' proprio la presenza di questo ritardo a dar luogo alla denominazione di Time DELAY Spectrometry...

Attenzione ai blocchi in alto a destra, che sono dei normalissimi raddrizzatori e passa-basso analogici, le cui costanti di tempo obbediscono a regole assai ben note a coloro che effettuavano misure seriamente, all'epoca.

Questa qui sotto è la versione "digitale" dello stesso strumento, implementata dalla Crown nei due Techron:

Immagine

L'oscillatore variabile ora è doppio (seno e coseno) ed è ottenuto scaricando un sweep numerico attraverso un DAC (16 Bit 128 X oversampling, della Apogee, nel TEF-20). I due segnali analitici vengono moltiplicati con il segnale di ritorno dal microfono di misura, mentre per ottenere il ritardo si utilizza un terzo oscillatore -simile- ma che lavora in leggero e regolabile "anticipo". Il PC collegato è impiegato solo come interfaccia grafica, mentre tutte le operazioni sui dati sono effettuate da due Z-80 (nel TEF-12) e da due DSP Motorola 56000 nel TEF-20.

La Time Delay Spectrometry è stata implementata seriamente anche nel bellissimo analizzatore Bruel & Kjaer 2012...

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Re: Parliamo di misure sui diffusori

Messaggio da F.Calabrese » venerdì 27 febbraio 2015, 2:17

Domani si parlerà di MLSSA...

Intanto ecco la foto della mia scheda, che data 1989, se ricordo. E' quella lunga, in basso, in orizzontale.

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Arrivederci
Saluti
F.C.

P.S.: Non preoccupatevi se non spiego come si utilizzano questi strumenti: si tratta di oggetti d'importanza più che altro storica. Domani arriveremo ai sistemi attuali, e con quelli arriveranno le istruzioni per l'impiego.

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