ACUSTICA, PSICOACUSTICA,
TECNOLOGIE AUDIO e DINTORNI

di Guido Noselli (fax 030/3580431 - posta elettronica guidonoselli@outline.it)

 Articolo apparso sulla rivista Sound & Lite di Luglio 2000

Ho ricevuto qualche E-mail con richiesta di chiarimento di alcune nozioni contenute nell'articolo dello scorso Maggio, n° 23, nell'ambito della mini serie riferita a:

"Mixers audio per impieghi "LIVE" in sistemi di rinforzo del suono professionali" - PARTE II

Le richieste ricordate si riferiscono alla mancata comprensione della sequenza di grafici o di disegni che avrebbero dovuto, nelle mie intenzioni, chiarire "più delle parole" il meccanismo posto alla base dell'insorgere della tanto temibile distorsione per "saturazione dell'ingresso o del sommatore" e il rimedio da metter in atto per evitare che questo avvenga.

Riguardando i disegni e i grafici utilizzati, in particolare il 3-4-5, che vi consiglio di tenere sotto mano mentre leggete queste righe, mi sono reso conto che, effettivamente, la loro piena comprensione implica la conoscenza del significato di parole come "guadagno", "perdita", "livello nominale", "livello attuale", "livello massimo al clipping", oltre ad alcuni concetti che riguardano il funzionamento dal punto di vista elettrico di una catena di amplificazione.

Ritengo necessario quindi approfondire il loro significato, anche se mi permetto di suggerire ai lettori interessati di acquistare per pochi soldi l'Audio Dizionario * (Edizioni il Rostro e SPL Company), nel quale personalmente ho raccolto, curandone la spiegazione con l'aiuto dell'impareggiabile amico Nicolao, numerosissimi termini tecnici, compresi quelli appena citati, e tenerlo vicino per una veloce consultazione. Vediamo quindi in dettaglio tali termini. 

Livello Nominale:  in questi grafici si riferisce alla minima tensione, -20 dBu, utilmente amplificabile dal circuito di ingresso.

dBu (dBm):  è un'unità di misura elettrica della potenza.

0 dBu è uguale a 1 milliwatt, 1/1000 di watt.

0 dBu equivale a 0,775 volts su un'impedenza di 600 ohms. Ad esempio: + 30 dBu è 1 watt su 600 ohms, + 50 dBu sono 100 watts su 600 ohms.

Per essere ancora più chiaro nella spiegazione che riguarda queste unità di misura, che è necessario conoscere perché comunemente ricorrenti nel campo audio, vi propongo qui sotto una tabella in cui si possono vedere le relazioni tra dBu/dBm in riferimento alle altre unità di misura utilizzate per quantificare o definire una tensione elettrica.

Fig.1

            Livello attuale:  si riferisce alla tensione presente dopo la somma delle tensioni degli ingressi e prima del circuito sommatore, il quale, oltre ad avere la funzione di sommare tutti i segnali e le tensioni al suo ingresso, possiede un proprio guadagno.

            Livello massimo al clipping: è la massima tensione di uscita che i circuiti del mixer, anche separatamente stadio per stadio, possono erogare prima che i medesimi entrino in distorsione; tale tensione è corrispondente nella migliore delle ipotesi alla tensione di alimentazione del circuito stesso. In altre parole è la massima amplificazione di cui è capace il mixer prima del "clippaggio" del segnale. Clippaggio è un inglesismo da "clipping" il cui significato letterale è "tosatura". Tale condizione negativa può avvenire ovviamente in tutti i circuiti di amplificazione di un mixer, dal preamplificatore d'ingresso, al sommatore, allo stadio di amplificazione di uscita. Dai grafici qui sotto appare evidente quanto il termine sia appropriato.

Fig.2                                       Fig.3

Guadagno: in questi grafici esso si riferisce a quello che riguarda il circuito sommatore e cioè alla sua prerogativa di elevare il segnale in ampiezza di un certa quantità in dB, quindi in un valore di tensione proporzionale all'ampiezza della tensione al suo ingresso, sia del circuito di amplificazione dello stadio di uscita. Il termine si applica comunque a qualunque circuito di amplificazione del segnale. In parole ancora più semplici dire che un circuito in un mixer ha un "gain, guadagno" di 15 dB significa dire che tale circuito amplificherà di 15 dB la tensione che si presenta al suo ingresso. Per finire, il termine "guadagno" vale anche per corrente e potenza di un qualunque circuito di amplificazione e non solo per la tensione.

            Perdita: con il termine "perdita" in questi grafici s'intende l'attenuazione del segnale dopo il sommatore e prima dello stadio di uscita. Quest'attenuatore ha lo scopo di dosare il segnale per evitare la distorsione da saturazione dello stadio di uscita ma non impedisce il clipping dello stadio sommatore, già avvenuto eventualmente, perchè determinato dalla somma dei segnali al suo ingresso, a loro volta dosati dai cosiddetti "fader" di ogni canale.

Chiariti questi termini, analizzando ora i grafici citati, 3-4-5 in sequenza e premettendo che i valori indicati sono solo esemplificativi e non necessariamente reali, nel primo è schematizzata una regolazione dei livelli corretta e adeguata al numero degli ingressi presenti, per ottenere una determinata tensione di uscita indistorta (indicato in + 21 dBu).

In tale situazione si vede che il livello attuale sale molto vicino alla soglia di massimo livello prima del "clipping" senza però mai superarla in nessuna parte del circuito.

Nel secondo grafico invece si vede che aumentando il numero degli ingressi utilizzati (da tre a sei),  e regolandone la sensibiltà per tutti allo stesso valore di  -6dBu, poiché la somma delle tensioni eccede il massimo valore accettabile dal sommatore (0 dBu) prima del "clipping", quest'ultimo è portato in distorsione da saturazione, anche se il "fader" della perdita (o attenuazione) è regolato su un valore più basso, necessario a mantenere eguale il valore di tensione dello stadio di uscita. Tale valore, però, conterrà la distorsione che si è determinata nello stadio sommatore del circuito, per giunta amplificandola.

Questa regolazione è evidentemente errata e provoca un degradazione grave del segnale, spesso portatrice di terribili e disastrose conseguenze nell'amplificazione di una "performance".

Per evitare tutto questo, nell'ultimo grafico è evidenziato che, abbassando a -9dBu il livello di tutti gli ingressi presenti (anziché -6dBu), il livello di tensione prima del sommatore ritorna a rimanere più basso della sua soglia di saturazione e quindi riducendo l'attenuazione o perdita (precedentemente introdotta senza rimediare alla saturazione), è mantenuto all'uscita lo stesso livello di tensione (indicato sempre in +21 dBu), questa volta senza alcuna distorsione del circuito sommatore, per la gioia e la soddisfazione delle orecchie del pubblico.

            Questa è la logica di una corretta regolazione che i grafici descritti mettono in evidenza.

Naturalmente questa logica si applica a tutta la catena di amplificazione, perché i problemi descritti, riguardanti il mixer vero e proprio, e i rimedi adottati, si possono verificare in ognuna delle apparecchiature di preamplificazione o amplificazione che compongono la catena.

Inoltre, anche se sin qui ho descritto problemi connessi con la distorsione, voglio ricordare che una regolazione accurata dei livelli dall'inizio alla fine della catena, secondo la logica esemplificata, compatibilmente con la qualità intrinseca delle apparecchiature a disposizione, porterà ad avere il miglior risultato possibile, rispetto ad un altro parametro, il cosiddetto "rapporto segnale disturbo", non determinante nel caso di un concerto "live" all'aperto per l'alto livello SPL presente, ma molto importante ad esempio nei teatri, dove il basso livello sonoro generato non aiuta a mascherare il soffio del sistema di amplificazione.

            In altre parole se la "Struttura del Guadagno" in un catena di amplificazione non è accuratamente regolata, si avranno problemi di rumore di fondo, generato dai componenti  elettronici nella migliore delle ipotesi e nella peggiore a questi problemi se ne aggiungeranno altri ben più seri di saturazione in punti diversi dei circuiti di amplificazione con la derivante deleteria distorsione.

            A rischio di apparire noioso, qui sotto vi sottopongo un ennesimo grafico che illustra schematicamente la "Struttura del Guadagno" in una catena di amplificazione dal punto di vista del rapporto segnale disturbo, mentre nello scorso articolo i grafici 3-4-5 erano impostati soprattutto per evidenziare quale regolazione dei livelli deve essere fatta per evitare il clipping di qualche stadio, pur mantenendo lo stesso livello all'uscita. Nell'esempio qui sotto, fig.4, vengono evidenziate le possibili regolazioni delle varie sezioni che compongono un sistema di amplificazione completo a parità del livello di uscita.

Fig. 4

Nel  primo esempio appare evidente che il segnale utile indistorto, zona in grigio, è molto ampio rispetto al rumore di fondo, grazie alle regolazioni dei livelli nei vari stadi, come i potenziometri disegnati ben fanno capire.

Nel secondo esempio appare chiaro, che, con le regolazioni indicate, il segnale utile indistorto è molto meno ampio rispetto al rumore di fondo, che per la cattiva regolazione dei livelli dei vari stadi è salito a valori inaccettabili perché amplificato insieme allo stesso segnale utile.

Spero che nessuno me ne voglia perché anche in questo articolo non sono passato ad altro argomento, ma credo che la profonda comprensione di come deve essere regolata la struttura del guadagno sia in assoluto una delle pratiche più importanti che un tecnico audio debba fare proprie se di tale nome vuole fregiarsi.

Per convincervi di questo voglio raccontarvi una mia recentissima esperienza che forse un giorno, tornandovi alla mente durante una performance, potrà diventare utile a molti di voi.

Giusto ieri sera mi trovavo ad assistere, invitato, ad un ottimo spettacolo, di un artista molto noto e molto bravo, accompagnato da coristi e musicisti di alto livello.

Il "service" era uno dei "top", l'impianto era di altissimo livello, uno di quelli che vanno per la maggiore, correttamente posizionato e sovrabbondante rispetto alle necessità di pressione sonora richieste dal genere musicale e dall'acustica dell'ambiente. Il fonico era ed è certamente uno dei più bravi.

Eppure nella mia postazione alle sue spalle, com'è noto la migliore per valutare, durante i pieni orchestrali e/o corali, nei quali il cantante veniva giustamente "amplificato" in modo da "emergere", avvertivo nettamente quella che definirei una distorsione da saturazione, per la verità non traumatica, come a volte mi è capitato di sentire, ma sufficiente per alterare la timbrica della voce dell'artista, che perdeva la giusta corposità, diventando "nasale e strombettante" e allo stesso tempo risultando affetta da improvvisa e non ben identificata "raucedine".

Peccato!

La catena di amplificazione, a mio parere, anche se non posso giurarlo per ovvia impossibilità di verifica,  non era perfettamente settata dal punto di vista della struttura del guadagno, in questo caso non in riferimento al rumore di fondo, non avvertibile, ma proprio per la vicinanza al suo livello di saturazione, di uno dei tanti circuiti di preamplificazione o amplificazione di uno qualsiasi dei numerosi apparecchi che stanno tra il microfono e i finali di potenza. Era infatti sufficiente un innalzamento del livello di qualche decibel per mandare tale o tali circuiti in "clipping" con le avvertibili conseguenze che vi ho descritto.

Spero proprio stavolta di esser stato esauriente e non aver lasciato nessun altro dubbio nel lettore su questo argomento importante. Rimango comunque in attesa di eventuali commenti.

* Per acquistare l'Audio Dizionario rivolgersi a Edizioni Il Rostro - Milano - oppure a

SPL Company, Edizioni Tecniche, Flero (Brescia), tel. 030/3581341