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LIBRI E ARTICOLI
Sulla visibilità della distorsione
L'intera storia della riproduzione del suono si è evoluta dai tentativi di avvicinare l'illusione all'originale. E sebbene il percorso sia stato percorso, è ancora molto, molto lontano dall'avvicinarsi completamente al suono dal vivo. È possibile misurare le differenze in numerosi parametri, ma alcuni rimangono fuori dalla vista degli sviluppatori hardware. Una delle caratteristiche principali a cui un consumatore con qualsiasi background presta sempre attenzione è il coefficiente di distorsione non lineare (THD). E qual è il valore di questo coefficiente indica abbastanza oggettivamente la qualità del dispositivo? L'impaziente può trovare immediatamente alla fine un tentativo di risposta a questa domanda. Per il resto, continuiamo. Questo coefficiente, chiamato anche coefficiente di distorsione armonica totale, è il rapporto percentuale tra l'ampiezza effettiva delle componenti armoniche all'uscita del dispositivo (amplificatore, registratore, ecc.) e l'ampiezza effettiva del segnale di frequenza fondamentale quando un segnale sinusoidale di questa frequenza viene applicato all'ingresso del dispositivo. Permette quindi di quantificare la non linearità della caratteristica di trasferimento, che si manifesta nella comparsa nel segnale di uscita di componenti spettrali (armoniche) assenti nel segnale di ingresso. In altre parole, c'è un cambiamento qualitativo nello spettro del segnale musicale. Oltre alle oggettive distorsioni armoniche presenti nel segnale sonoro udibile, c'è il problema delle distorsioni che sono assenti nel suono reale, ma che si avvertono a causa di armoniche soggettive che si verificano nella coclea ad alti valori di pressione sonora. L'apparecchio acustico umano è un sistema non lineare. La non linearità dell'udito si manifesta nel fatto che quando un suono sinusoidale con una frequenza f viene esposto al timpano, nell'apparecchio acustico vengono generate armoniche di questo suono con frequenze 2f, 3f, ecc. Poiché queste armoniche non esistono nel tono di influenza primaria, sono chiamate armoniche soggettive. Naturalmente, questo complica ulteriormente l'idea del livello massimo consentito di armoniche nel percorso audio. Con un aumento dell'intensità del tono primario, l'ampiezza delle armoniche soggettive aumenta bruscamente e può persino superare l'intensità del tono fondamentale. Questa circostanza fa supporre che i suoni con una frequenza inferiore a 100 Hz non siano percepiti da soli, ma a causa delle armoniche soggettive che creano, rientrando nella gamma di frequenze superiori a 100 Hz, ad es. a causa dell'udito non lineare. Le cause fisiche delle distorsioni hardware risultanti nei diversi dispositivi sono di natura diversa e il contributo di ciascuna alla distorsione complessiva dell'intero percorso non è lo stesso. Le distorsioni dei moderni lettori CD hanno valori molto bassi e sono quasi impercettibili sullo sfondo delle distorsioni di altre unità. Per i sistemi acustici, le più significative sono le distorsioni a bassa frequenza causate dalla testa dei bassi e lo standard specifica i requisiti solo per la seconda e la terza armonica nella gamma di frequenze fino a 250 Hz. E per un sistema di altoparlanti dal suono molto buono, possono essere entro l'1% o anche un po' di più. Nei registratori analogici, il problema principale associato alla base fisica della registrazione su nastro magnetico è la terza armonica, i cui valori sono solitamente indicati nelle istruzioni per l'informazione. Ma il valore massimo a cui, ad esempio, vengono sempre effettuate le misurazioni del livello di rumore è del 3% per una frequenza di 333 Hz. Le distorsioni della parte elettronica dei registratori sono molto inferiori. Sia nel caso dell'acustica che per i registratori a nastro analogici, dato che le distorsioni sono prevalentemente a bassa frequenza, la loro visibilità soggettiva diminuisce sensibilmente per l'effetto di mascheramento (che consiste nel fatto che la frequenza più alta si sente meglio da due contemporaneamente segnali sonori). Quindi la principale fonte di distorsione nel tuo percorso sarà l'amplificatore di potenza, in cui, a sua volta, la principale è la non linearità delle caratteristiche di trasferimento degli elementi attivi: transistor e tubi a vuoto, e negli amplificatori a trasformatore, il non- si aggiunge anche la distorsione lineare del trasformatore, associata alla non linearità della curva di magnetizzazione. Ovviamente, da un lato, la distorsione dipende dalla forma della non linearità della caratteristica di trasferimento, ma anche dalla natura del segnale di ingresso. Ad esempio, la risposta di trasferimento di un amplificatore con soft clipping ad ampie ampiezze non causerà alcuna distorsione per i segnali sinusoidali al di sotto del livello di clipping e, man mano che il segnale aumenta al di sopra di questo livello, le distorsioni appaiono e aumenteranno. Questa natura della limitazione è principalmente inerente agli amplificatori a valvole, che in una certa misura possono servire come uno dei motivi della preferenza di tali amplificatori da parte degli ascoltatori. E questa caratteristica è stata utilizzata da NAD in una serie dei loro sensazionali amplificatori "soft-limit" prodotti dall'inizio degli anni '80: la possibilità di attivare la modalità con ritaglio valvolare simulato ha creato un grande esercito di fan degli amplificatori a transistor NAD. Al contrario, la caratteristica del taglio centrale (tacca) di un amplificatore, che è comune con i modelli a transistor, distorcerà i segnali musicali e le piccole onde sinusoidali e diminuirà all'aumentare del livello del segnale. Pertanto, la distorsione dipende non solo dalla forma della caratteristica di trasferimento, ma anche dalla distribuzione statistica dei livelli del segnale di ingresso, che per i programmi musicali è vicina al segnale di rumore. Pertanto, oltre a misurare la SOI utilizzando un segnale sinusoidale, è possibile misurare le distorsioni non lineari dei dispositivi di amplificazione utilizzando la somma di tre segnali sinusoidali o di rumore, che, alla luce di quanto sopra, danno un quadro più oggettivo della distorsione. Sfortunatamente, questi ultimi non hanno ricevuto riconoscimenti internazionali e un'ampia distribuzione. Il cosiddetto "paradosso del transistor" dimostra in modo convincente la tecnica insufficientemente sviluppata per misurare il SOI. In effetti, come spiegare che, secondo i risultati di numerosi esami soggettivi, gli amplificatori a valvole con SOI, centinaia e persino migliaia di volte più grandi di quelli a transistor, ricevano una netta preferenza? Un'analisi della composizione spettrale delle distorsioni degli amplificatori a valvole e a transistor mostra la loro significativa differenza: negli amplificatori a valvole, il principale contributo alla distorsione è dato dalle armoniche di ordine basso, e la loro intensità diminuisce proporzionalmente con l'aumentare del numero armonico, in un transistor il lo spettro è molto più ampio e l'intensità delle componenti non si presta ad alcuna regolarità. Ovviamente, tenendo conto dell'effetto di mascheramento, l'influenza delle distorsioni di basso ordine sulla percezione soggettiva delle componenti armoniche viene indebolita, e quindi viene enfatizzato il ruolo delle armoniche superiori. Pertanto, per una valutazione più corretta delle distorsioni, sarebbe necessario introdurre coefficienti di peso nella somma delle armoniche quando si determina l'ampiezza effettiva delle distorsioni e l'influenza delle armoniche superiori dovrebbe aumentare. Tuttavia, non esistono metodi generalmente accettati per tali misurazioni. Per una tipica forma di non linearità del tipo "a gradino", il livello di percettibilità della distorsione all'orecchio per un segnale sinusoidale è dello 0,1%, e per i segnali musicali dell'1%. Il THD viene misurato su un intervallo di frequenza da 40 Hz a 16 kHz e su un intervallo di livelli dal livello di uscita nominale fino a meno 23 dB. Il THD degli amplificatori moderni è solitamente compreso tra 0,001 e 296. Per gli amplificatori di classe Hi-Fi, gli standard internazionali (IEC 581-6 e altri) stabiliscono uno standard di distorsione dello 0,7%. Per verificare la visibilità delle distorsioni nel tuo sistema domestico, puoi utilizzare registrazioni speciali con un livello di distorsione introdotto e rigorosamente stabilito. Ad esempio, il CD di prova "MY DISC" (Sheffild Lab) contiene una dozzina di tracce di registrazioni sinusoidali e musicali separate con livelli di distorsione dello 0,03%, 0,1% e così via con distorsione gradualmente crescente fino al 10%. Sono sicuro che i risultati dell'ascolto di tali registrazioni saranno sorprendenti per molti. Autore: Alexey Grudinin
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