Introduzione

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Quella che vado a presentare è una nuova misura non facile da pensare, da effettuare e da rendere in qualche modo automatica, stabile, ripetibile e soprattutto a prova di errore. Insomma un lavoro di rcerca e sviluppo di parecchi anni e che arriva ad una interessante verifica strumentale che dura si e no cinque minuti. La genesi di questa nuova misura è lunga e complessa. L'idea originale si materializzò tra il 2004 e il 2005 quando Nicola D'Agostino mi invitò ad una cena, assieme al Frattaroli, ad ascoltare il suo prototipo di diffusori a 'sorgente lineare'.

In quel periodo ne parlai con Fabrizio Montanucci, già allora direttore tecnico di AUDIOreview, per capire cosa si poteva fare. Fabrizio ideò e, in collaborazione col prof. Francesco Romani dell'Università di Pisa sviluppò in pochi mesi la TND (Total Noise Distortion), peraltro ispirandosi al lavoro di altri ricercatori che citò nei suoi articoli. Una misura di fatto nata 'in sala d'ascolto' e che su AUDIOreview - con cui collaboro dal 1999, continuiamo ad utilizzare da oltre 15 anni. 

La mia nuova misura condivide con la TND le stesse finalità e vari degli aspetti fondamentali. La descrizione della TND, presentata nel 2006 sui numeri 268-269 di AUDIOreview ed approfondita sul numero 419, sono anche online (prima parte, seconda parte); segnalo anche l'articolo di Fabrizio De Leonardis che scrisse un software per misurare la TND utilizzando un PC ed una scheda audio 'commerciale.

Il monitor di MLSSA mostra una delle acquisizioni di Articulation
Test: notare l’amplificatore di misura di Audiomatica posto
sotto il monitor e pilotato direttamente dal lettore DVD
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Un altro tassello importante fu aggiunto nel 2010 quando capii come gestire il trigger di MLSSA per farle acquisire anche la distorsione e per realizzare anche la misura di massima pressione 'indistorta'. L'accelerazione definitiva è arrivata durante la pandemia. Una volta messa a punto la routine di MLSSA, scelto il tipo di rumore da utilizzare con la solita trafila dell’averaging e del cambio tracce sul lettore DVD, mi sono reso conto, anche per esperienze passate, che era più facile del previsto sostituire il rumore rosa con la musica. Con qualche sorpresa.  

E così ho fatto, scegliendo ovviamente tre tracce diverse: una per la gamma bassa, una per la gamma media ed una per la gamma alta ed altissima, in modo da avere un rapporto segnale/rumore sempre abbastanza elevato nell’intervallo di frequenze da misurare. Prima però di illustrare la metodologia di misura voglio chiarire le finalità di quella che io ritengo una misura estremamente interessante. Partiamo come al solito da un esempio pratico.

Le finalità

Il livello di uscita dell’amplificatore è costantemente monitorato all’oscilloscopio:
notare sopra l’oscilloscopio Agilent il contenitore del trigger che riceve uno dei
due canali del lettore DVD e che comunica col connettore DB9 di MLSSA
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Siamo in sala d’ascolto, con dei nuovi diffusori, già rodati, posizionati al meglio ed in ‘assetto da guerra’. Selezioniamo con cura una traccia che conosciamo alla perfezione e ci poniamo all’ascolto. Saltando a piè pari la prima fase di confidenza e quella che riguarda la timbrica, ovvero come sono solito affermare non senza una vena di ironia, acuti-medi-bassi, passiamo alla pulizia del messaggio sonoro. Ecco, soffermiamoci su questa fase per definire l’articolazione svincolandola, se possibile, dalle altre qualità del diffusore. Si tratta, in buona sostanza, della possibilità o meno del diffusore di riprodurre segnali di livello molto basso mentre si riproducono contemporaneamente informazioni di livello più elevato in altre porzioni dello spettro riprodotto.

Un buon esempio è rappresentato dalla spazzola o da entrambe le spazzole che girando scivola sulla pelle del rullante della batteria mentre la musica va avanti. Il livello di quella particolare emissione è estremamente contenuto, e con diffusori dotati di poca articolazione rischia di risultare inaudibile, sovrastata dalla stessa musica. Bene, il mio intento che partì dal soffiato di un sassofono riprodotto da un midrange a nastro, è proprio quello di mettere in evidenza questi piccoli ma importanti segnali e di verificare quanto il diffusore, l’impianto a monte e l’ambiente di ascolto a valle, siano capaci di farci percepire anche suoni di livello molto basso contemporaneamente a livelli molto più elevati ma che interessano uno spettro di frequenze differente. 

Foto dell’interno del trigger. Notiamo a destra il convertitore step-up
che innalza la tensione dei 12 v di ingresso e la converte a +/- 15 Vcc
con le masse in-out separate. A destra si vede la scheda
che con 2 millivolt in ingresso fa partire il trigger di MLSSA
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Intanto è abbastanza chiaro, e verificato durante le misure, che l’articolazione prescinde appena dalla tenuta in potenza del diffusore, visto che per verificare quest’ultima abbiamo altre misure, come la distorsione armonica e quella per differenza di frequenze, oltre alla massima pressione indistorta che il diffusore è capace di emettere. Oltretutto la porzione interessata dalla misura in quel momento è ad un livello molto basso e non influenzata, e questo dobbiamo verificare nella misura, dai livelli delle frequenze adiacenti.

Altro particolare che ritengo importante è la banda limitata delle rilevazioni da effettuare, visto che non credo che ci sia molto da verificare dall’infrasuono fino alla gamma medio bassa ed altrettanto non ci sia articolazione udibile all’avvicinarsi dell’ultrasuono. Ho definito perciò l’intervallo di misura da 160 a 12.500 Hz ed è su questa pur ampia porzione di spettro che ho concentrato la mia attenzione.

Ho ritenuto utile suddividere questo intervallo in terzi di ottava ed effettuare la misura in questi intervalli: 160 Hz, 200 Hz, 250 Hz, 320 Hz, 400 Hz, 500 Hz, 630 Hz, 800 Hz, 1.000 Hz,1.250 Hz, 1.600 Hz, 2.000 Hz, 2.500 Hz, 3.200 Hz, 4.000 Hz, 5.000 Hz, 6.300 Hz, 8.000 Hz, 10.000 Hz e 12.500 Hz. Appare del tutto ininfluente una diversa e più teorica ‘centratura’ dei terzi di ottava, ignorando vice-versa i decimali del calcolo.

La procedura

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MLSSA (si pronuncia 'Melissa') è l'acronimo di Maximum Length Sequence System Analyzer ed è un sistema basato su una scheda per PC su slot ISA e un software di controllo DOS, progettati da Doug Rife: MLSSA da più di 30 anni è ancora un riferimento riconosciuto dai più autorevoli produttori e progettisti di altoparlanti e diffusori. MLSSA ha aperto la strada alle misure in regime anecoico simulato con il metodo di misurazione con rumore MLS (sequenza di lunghezza massima) che offre una combinazione insuperabile di velocità, immunità al rumore e larghezza di banda temporale.

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Innanzitutto occorre dire che sono partito da una configurazione molto evoluta di MLSSA, alla quale ho aggiunto nel tempo varie apparecchiature comandate sia dalla scheda vera e propria che dalla porta parallela, immancabile sulle mother board dotate dello slot ISA necessario a MLSSA. Come possiamo vedere dallo schema qui in alto, sono giunto ad una configurazione invidiabile che consente di sfruttare al massimo le prestazioni di questa incredibile scheda di misura. La procedura consiste nello scegliere e far riprodurre prima della misura un rumore rosa particolarmente denso e lungo, così da poter ‘settare’ con precisione i livelli in base alla pressione media che vogliamo ottenere e quindi verificare il segnale ricevuto da MLSSA.

Quest’ultima, regola con precisione il suo attenuatore automatico di ingresso così da far lavorare al meglio i suoi convertitori. In questo modo si evita qualunque altra variazione del livello e del conseguente intervento dell’attenuatore che sgancerebbe il trigger. Sul rumore rosa ‘flat’ MLSSA salva il file ottenuto dopo averlo suddiviso negli spezzoni dei vari terzi di ottava misurati. Fatto ciò grazie ad una interfaccia di media potenza si comanda al lettore DVD di andare avanti e di passare alla prima traccia utile, che è composta dello stesso rumore rosa di prima a cui abbiamo sottratto un solo terzo di ottava, quello da misurare. In Figura 1 possiamo vedere di cosa stiamo parlando.

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La curva rossa mostra la media di sei acquisizioni del rumore rosa di riferimento mentre quella blu mostra il ‘buco’ spettrale creato appositamente a 500 Hz. Vi faccio notare come il resto della banda riprodotta dal segnale ‘bucato’ sia assolutamente sovrapponibile al rumore rosa dei burst di riferimento, nonostante la media di 6 acquisizioni perfettamente sincrone che comunque hanno a che fare pur sempre con un rumore casuale che dovrebbe quindi attenuarsi di 10 log (6) = 7.78 dB. In effetti questa fase è stata abbastanza complessa, ma come si vede il risultato è di una precisione incredibile. Nella figura possiamo anche notare come la differenza tra segnale flat e segnale annullato sia di ben 79 dB, un vero e proprio ‘buco’ più profondo di oltre 25 dB rispetto a quello che poi andremo a misurare nella realtà, confidando  per fortuna sul ridottissimo apporto di rumore sia della capsula microfonica B&K 4133 che del preamplificatore B&K 2606.

Due calcoli

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Una volta scelta la frequenza di centro banda  F0 si possono calcolare sia la frequenza inferiore Fm che quella superiore Fp visibili nel grafico qui in alto, grazie alle equazioni:

K = 0,8909  (per il terzo di ottava)
Fm = F0 x K 
Fp = F0/k
F0 = SQR (Fm x Fp)

Così ad esempio assumendo come centro banda la frequenza di 1000 Hz otteniamo che Fm vale 890,9 Hz ed Fp vale 1122,46, con una larghezza di banda di 

Bw = Fp-Fm = 231,563 Hz 

ed un fattore di merito che vale:

Q = F0/Bw = 4,318 per tutti i terzi di ottava. 

In realtà il rumore viene filtrato con una larghezza di banda leggermente maggiore in modo da ‘farci entrare’ comodamente il terzo di ottava poi misurato. Giunti a questo punto per sottrarre ad un suono qualsiasi, campionato come si vuole e che io ho effettuato a 24/96, un terzo di ottava alla volta, occorre aver cura che le frequenze di confine Fm e Fp rientrino nelle righe spettrali di MLSSA per poi realizzare senza indugio le 20 tracce di rumore rosa ‘bucato’, tracce che sono state trasferite da Emidio su un supporto DVD audio.

Figura 2
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In Figura 2 possiamo vedere come su Adobe Audition viene impostato il filtro FFT tra Fm ed Fp. Sembrava che il lavoro fosse finito, con grande soddisfazione del Frattacapo che mi incoraggiava ad effettuare  e pubblicare questa misura - per molti versi unica - con i diffusori che avevamo in prova. Ovviamente ho preso del tempo, giusto per fare un po’ di esperienza con la nuova misura anche se contemporaneamente ho provato tutto quello che mi capitava a tiro. Ho scoperto tante di quelle particolarità, spesso di difficile interpretazione, fondamentali sia per la messa a punto che per la verifica col rumore rosa.

Le routine di MLSSA, le cosiddette ‘macro’ che consentono allo strumento di effettuare una serie di operazioni in modalità del tutto automatica ad una velocità incredibile, non sono propriamente semplici da definire con precisione ed assorbono oltretutto una quantità notevole di memoria nella risicatissima riserva del sistema operativo DOS. Ho dovuto dunque delegare ad un programma eseguibile, che va in memoria ‘alta’, tutte le operazioni che allungavano in qualche modo la macro, fino a renderla massimamente efficiente e soprattutto…breve.

Alla fine tutto è stato incastrato nella giusta sequenza, con i burst di rumore rosa perfettamente sincronizzabili e triggerabili da MLSSA tramite un dispositivo esterno, le pause giuste per tutto il sistema di misura, ambiente compreso, e le tre macro che eseguono le varie operazioni ad una velocità sorprendente. Ho scoperto, e francamente lo sospettavo, che tutto ha un tempo di assestamento notevole per questa misura, dal microfono al preamplificatore, dal diffusore all’amplificatore di misura. Si è distinto, come al solito, proprio l’amplificatore dell’Audiomatica utilizzato nelle prove, con un tempo di assestamento inferiore al minuto.

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Una grande conferma è venuta invece dai tweeter col ferro fluido di prima generazione, come i vecchi Dynaudio che hanno bisogno di almeno 10 minuti di ‘rodaggio’ per aumentare la loro articolazione di oltre 10 dB, come ipotizzai con Luca Angelelli nel lontano 1999. In particolare anche il polarizzatore della B&K ha bisogno di 5 o 6 minuti per stabilizzarsi in temperatura e guadagnare almeno 3-4  decibel di articolazione nella sua resa. Ho provato anche delle elettroniche di potenza, analizzando l’uscita di segnale (opportunamente attenuata!) e devo dire che quello che sente l’orecchio nei primi istanti di ascolto corrisponde, finalmente, ad una realtà oggettiva misurabile, verificabile e ripetibile.

Anche i tweeter a nastro hanno confermato strumentalmente un tempo di assestamento sensibilmente maggiore dei driver consueti, come l’orecchio ci suggeriva da tempo. Appena finita e salvata la misura dell’ultimo terzo di ottava MLSSA chiama un programma eseguibile esterno che si preoccupa di effettuare, frequenza per frequenza, una semplice sottrazione tra il rumore rosa cosiddetto ‘flat’ riprodotto dal diffusore e lo stesso rumore misurato con il buco in quel terzo di ottava. Appena finita questa operazione il software mette in fila i vari terzi di ottava così ottenuti e li converte in un array di numeri compatibile col protocollo scelto per la grafica e l’impaginazione automatica nella griglia, appositamente disegnata per questa occasione. Insomma una faticaccia!

I risultati però non si sono fatti attendere tanto che il passaggio ai segnali musicali è stato quasi automatico. Nelle misure effettuate col rumore rosa su alcuni componenti sciolti ho notato comunque alcune particolarità che rendono questa misura unica ed in linea con le mie intenzioni e speranze. Il livello di articolazione non peggiora di molto, nemmeno a pressioni elevate, al diminuire della frequenza. Ciò conferma quello che ho sempre pensato, ovvero che la misura è relativamente insensibile alle variazioni di potenza in un range ragionevolmente largo.

In seconda battuta ho potuto appurare che ‘la guerra’ tra un componente economico ed uno più raffinato e costoso, specialmente tra i tweeter ed i midrange, si risolve, per una pressione standard di 90 dB,  tra i -30 ed i -60 dB, senza mai salire al di sopra dei -30 dB e senza mai andare oltre i -60 dB. Ho misurato soltanto una volta su un tweeter uno strepitoso -62 dB ampiamente giustificato dalla prestazione di ascolto. 

Con la musica…

Come dicevo all’inizio ho scelto tre brani per evidenziare la gamma mediobassa, quella media e quella medioalta ed alta. Ho attinto ampiamente dalle tracce di Marco Cicogna, a suo tempo ‘sottratte con destrezza’ dal sottoscritto, da tracce dei Led Zeppelin (il rispetto è il rispetto) e da varie tracce che evidenziano una gamma medioalta ed alta molto presente. Per un attimo ho anche pensato di equalizzare le porzioni di frequenza da misurare ma poi ho desistito per non allontanarmi dalla riproduzione naturale.

La sorpresa maggiore è stata che con la musica, pur perfettamente ‘bucata’, la misura di articolazione dei diffusori è... di poco peggiore di quella effettuata col rumore rosa, ma ammetto che la cosa era in qualche modo prevedibile, visto il contenuto spettrale della musica stessa che presenta molte variazioni sia di livello che di frequenza ma che deve fare i conti con la mia testardaggine e la mia determinazione nello staccarmi definitivamente da sinusoidi e rumori e valutare un diffusore con la musica e con i segnali strettamente musicali.

Figura 3
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In Figura 3 possiamo verificare una delle tracce scelte per la gamma media a causa del suo contenuto quasi costante in tutto l’intervallo di frequenze della misura. Il ‘buco’, che vediamo è stato effettuato a 2500 Hz. L’attenuazione al centro di questo terzo di ottava vale ben 76 dB sia all’uscita del lettore DVD che all’uscita dell’amplificatore di misura.

Figura 4
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In Figura 4 possiamo vedere lo stesso segnale catturato dal microfono posto di fronte ad un diffusore di discrete caratteristiche, pilotato con 8 Volt picco-picco. Notiamo innanzitutto la precisione dei livelli tra il segnale non filtrato (colore blu) e quello filtrato (colore rosso) e la profondità del ‘buco’ che vale 38 dB.

Figura 5
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In Figura 5 possiamo vedere la stessa misura effettuata però con il rumore rosa. La differenza tra rumore ‘unfiltred’ e rumore ‘filtred’ vale quasi 41 dB pur sempre con una differenza irrisoria tra i due rumori sovrapposti. Insomma si tratta di 3 dB che possono avere svariate interpretazioni sia a livello di qualità del segnale registrato che di variazioni di ampiezza del segnale musicale.

Vi faccio notare, infine, che la stessa misura tiene conto dell’articolazione ‘persa’ tra i vari componenti del filtro crossover, per altro mediamente ridotta ma udibile, e quindi misurabile, quella del cavo di potenza, lungo oltre due metri, dei connettori usati e del cablaggio interno al diffusore. Si tratta di piccole alterazioni sulle quali ovviamente indagherò con una certa attenzione ma che dovrebbero evidenziare differenze abbastanza contenute.

Figura 6
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In Figura 6 vediamo uno dei primi Articulation Test effettuato sulla Wilson Audio Tunetot, provata qualche tempo fa per AV Magazine in questo articolo, misura realizzata sia per fare un archivio credibile di misure che per avere un riferimento ‘certo’ di quanto possa valere l’Articulation Test su un diffusore di prestazioni davvero notevoli. Notiamo come l’articolazione sia praticamente attestato in tutta la gamma mediobassa e media su un valore di -49 dB, con una discesa ulteriore in gamma alta dovuta all’intervento del tweeter, che scende a sfiorare i -60 dB a circa 4000 Hz.

La differenza tra l’emissione del woofer e quella del tweeter, comune a molte delle misure sin qui effettuate lascia ipotizzare anche che migliore è l’emissione nel dominio del tempo e migliore dovrebbe risultare anche l’Articulation test. Vediamo ora un riferimento meno ‘Top di gamma’.

Figura 7
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In Figura 7 c'è l’Articulation Test della Dayton B 652-Air recentemente modificata da me in questo articolo. Mi spiace molto non aver salvato su disco anche quella effettuata sulla Dayton prima della modifica. Come si vede in figura non essendoci residui di distorsione armonica al suo interno, la curva sale dalla gamma bassa alla gamma media, sfiorando i -30 dB a circa 3500 Hz per poi ridiscendere in gamma altissima e sfiorare i -50 dB a circa 10 kHz.

Certo, pur confinata in una ventina di decibel la differenza con la Wilson è evidente ed udibile con una certa facilità. Quello che mi preme ribadire con questa misura è la stretta relazione tra una buona qualità di ascolto ed un basso 'Articulation Test' nell’auspicio che tutte le misure ancora da trovare e provare seguano lo stesso principio di congruenza tra misure ed ascolto. Sono anche sicuro che questa misura, estesa ad altri particolari dell’impianto e della sala di ascolto, possa mettere a nudo diverse magagne che possiamo ascoltare ma delle quali non riusciamo a formulare una spiegazione o una misura. Dateci tempo!

Introduzione
Le finalità
La procedura
Due calcoli
Con la musica…