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Sono anni che il Frattacapo mi assilla con la proposta di mettere a punto un set di misure elettroacustiche per analizzare le soundbar. Durante questo ultimo lustro si è dovuto arrangiare con le misure in camera anecoica, come nel caso della soundbar Ray-Danz di TCL oppure, più semplicemente con REW, come nel caso della Yamaha YAS-109. Dopo tutti questi anni pensavo di averla fatta franca. E invece quest'anno mi ha teso un bel trappolone, con la scusa di valutare cosa fa la stampa internazionale nell'analisi su questo genere di prodotti. La discussione nacque, come spesso avviene, a tavola. Il Frattacapo era venuto a riprendersi dei diffusori appena provati e misurati. Mi chiese se io fossi finalmente pronto, quali metodologie utilizzare e come mai non ci fosse ancora nessuna rivista al mondo con questo genere di analisi...

SOMMARIO

• Come nasce il progetto
• La soluzione insperata
• Schema a blocchi del sistema
• Prove generali con TCL-X937U
• Conclusioni

Come nasce il progetto

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Prima del suo ritorno a Teramo decidemmo infatti di concederci una meritata “pausa pranzo” nella pizzeria che sta proprio sotto il mio laboratorio. Mentre eravamo a tavola, tra una cosa e l’altra, il Fratta mi domanda a bruciapelo: “Ma secondo te perché nessuna rivista autorevole che pur effettua misure sui diffusori non ne fa sulle soundbar?”. A tavola?  Mentre stavo ingurgitando un bel pezzo di mozzarella di bufala? Gasp! Prendo tempo e rispondo parlando in maniera generica della difficoltà di convertire l’audio analogico nell’ingresso digitale del protocollo HDMI, della latenza dell’immancabile DSP interno che avrebbe fatto saltare tutte le misure impulsive e di tutte le beghe per misurare le varie emissioni della soundbar, ma aggiungo anche che la cosa è interessante.

Non sapevo che il Frattaroli, che mi conosce bene, stava perfidamente spingendomi verso una sfida “col resto del mondo”, ben sapendo che in qualche modo avrei accettato. Senza sospettarlo mi stavo cacciando mani e piedi in uno dei peggiori incubi che possono capitare ad un tecnico di misure, di quegli incubi che durano di sicuro più di sei mesi di duro lavoro. Risposi che ci avrei pensato, giusto per chiudere il discorso senza troppo impegno. Il Capo allora si alza da tavola, apre il portello della sua vettura, tira fuori un paio di soundbar nuove di zecca e me le consegna sorridendo. “Dai, divertiti!” mi dice e se ne riparte per Teramo.

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Mi ritrovo il giorno dopo in laboratorio a pensare come convertire l’audio in HDMI, che secondo me era il problema più difficile da risolvere. La via più semplice e naturale mi è sembrata quella di registrare sul portatile 5+1 tracce, una alla volta, in una sessione di Adobe Audition. Detto fatto, avendo da tempo risolto le problematiche incontrate in una acquisizione asincrona registro il rumore MLS di MLSSA nei vari canali, uno alla volta, fino ad ottenere una traccia bella pesante in termini di lunghezza. Sfruttando l’uscita HDMI del portatile mando tutto alla soundbar, pronto col microfono ad acquisirne la risposta. La cosa funziona, tanto che penso che la risposta in frequenza, la time energy, la step response, la waterfall e la risposta col rumore rosa siano lì a portata di tiro.

Occorre solo registrare una sessione di 6 tracce per ogni setup differente di MLSSA, ovvero sacrificare un pomeriggio per ogni tipo di segnale ed ovviamente per ogni differente setup. Facile a dirsi! Per far riprendere il Frattaroli gli spedisco la risposta, un po’ penosa in verità, della TCL che mi ha scaricato dal suo furgone.  Perfidia per perfidia. Conto fino a dieci, ma giunto al sei squilla il telefono. E’ il Frattacapo che mi esprime tutta la sua meraviglia.

Gli rispondo che la partita si gioca sulle misure impulsive e che quello era soltanto un simpatico anticipo. Mi rendo però conto che registrare 100 tracce per la THD per ogni canale è operazione troppo lunga e faticosa, così come registrarne 25 per ogni canale per ogni segnale della misura dell’Articulation Test. Due conti mi dicono che ad un ritmo normale di lavoro ci vorrebbe più di un mese. Non ne ho alcuna voglia, tanto più che ho un sacco di lavoro da svolgere per altre progetti.

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Sembra una strada con una sola faticosissima uscita, ma ho fatto i conti senza la preparazione tecnica di Emidio che qualche giorno dopo con voce gioiosa mi avvisa che sta scendendo ad Avellino con una sua invenzione, che converte direttamente i segnali audio anlogici in HDMI per ogni canale discreto fino al 7.1, motivo per il quale posso indirizzare in tempo reale i segnali direttamente nella soundbar e misurarli. Sembra fatta, penso, mentre mi affretto a mettere un po’ d’ordine nel laboratorio visto l’arrivo imminente del Capo.

Ma il bello doveva venire, e già lo supponevo, con le misure dinamiche, ovvero quelle che tramite una sorgente di segnale inviano un transitorio di breve durata alla soundbar e tramite trigger dedicato attivano MLSSA per farne partire l’analisi. Peccato che la latenza del DSP rovini tutti i piani, specialmente in gamma alta ed altissima, ove il transitorio ha una durata molto inferiore alla latenza stessa e fa letteralmente sparire dal computer la risposta a quell’impulso. Non serve a molto allargare la finestra di acquisizione, che resta ancora più corta della latenza, almeno per avere una decente estensione in frequenza.

 Dopo molti tentativi, lavorando sul “trigger delay” di MLSSA, e mettendo in campo tutti i trucchi che conosco su questo sistema di misura rimane sempre la latenza a rovinare il mio umore, che per ogni specifica soundbar di volta in volta dovrebbe essere misurata, inserita nella macro della misura prima di compilarla. La latenza oltretutto non è stabilissima ed oscilla anche pesantemente attorno ad un valore notevole almeno fino alla entrata in temperatura dell’elettronica interna alla soundbar. Oltretutto lo stadio di uscita del mio fido Trigger è abbastanza complesso per separare la massa digitale del segnale TTL da quella analogica e per proteggere l’ingresso di MLSSA da tensioni pericolose per la sua integrità. Insomma non vedo a breve termine una soluzione ragionevolmente affidabile.  

La soluzione insperata

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Accantonato per un po’ il problema, non senza una certa irritazione, mi do da fare col lavoro arretrato. Sono in laboratorio quando maldestramente mi giro e faccio cadere dall’armadietto una cartella con la scritta “Effetti luce particolari”. Incuriosito dal fatto che saranno quaranta anni che non progetto effetti luce particolari la apro e…trovo la soluzione in un comparatore a soglia che pilotava i fotoaccoppiatori e poi i triac. Non c’entra niente col circuito da progettare per le soundbar ma costituisce uno spunto su come fare. Mi viene in mente infatti di ritardare il segnale di trigger e di eguagliare il ritardo dell’acquisizione in qualche modo alla latenza, almeno in un intervallo compreso nella finestra stessa di acquisizione. E magari con una regolazione fine del delay per far apparire il transiente captato dal microfono esattamente sullo zero dei tempi di acquisizione. Cerco una basetta millefori ed in meno di un’ora ho sul tavolo la soluzione, montata e funzionante. Almeno così sembra.

Ma, al solito, per fare le cose fatte bene ed evitare “errori ed omissioni” la definizione “funzionante” è una parola grossa. Occorre separare tramite un deviatore il trigger dal circuito di delay, trovare un range ragionevole di ritardo ed inserire in qualche modo questo circuito in quello del trigger a tempo zero. Mentre passeggio per smaltire la “sbornia elettronica” mi viene pure in mente che un deviatore in serie al condensatore ne impedisce la carica annullando qualunque delay e quindi che il circuito può essere inserito in maniera definitiva in serie al 555 del trigger originale, prima del fotoaccoppiatore, trigger progettato nel lontano 2010. La cosa si mette bene, tanto che nelle due configurazioni (con e senza delay) possiamo trattare e misurare la soundbar come un normale diffusore.

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Riassumento, il segnale proveniente dal generatore è ovviamente distribuito sui due canali. Uno, quello di livello costante, va direttamente al trigger mentre il secondo va al Frattaconvertitore che lo invia, tramite due metri di signor cavo HDMI, direttamente alla soundbar. Eseguita la misura con un fonometro regolo la pressione emessa ad un metro a 90 dB, regolando il livello o con il telecomando oppure con un attenuatore potenziometrico sull’ingresso analogico, giusto per non saturare l’ingresso del geniale Frattaconvertitore.

Per i segnali “statici” ovvero quelli adatti per la misura della risposta in frequenza, per i terzi di ottava, per la time energy, la step response e la Waterfall si utilizza il segnale generato da MLSSA, inviato al “Frattaconvertitore” dal quale esce in digitale sul cavo HDMI per andare alla soundbar. In questa fase di misure posso gestire la latenza col trigger delay di MLSSA, visto che le misure non sono automatizzate e quindi posso correggerle in tempo reale. Vi faccio notare che con un po’ di precisione in questo modo posso misurare anche la fase acustica di ogni canale.  Il microfono di misura debitamente preamplificato capta il segnale emesso dalla soundbar e lo trasferisce a MLSSA che ne fa l’analisi, sia nel dominio del tempo che in quello della frequenza, con la soundbar saldamente fissata sulla base rotante dell’Outline per valutarne o meno la dispersione angolare.

Per le misure dinamiche, ovvero THD e Articulation Test devo solo spostare il deviatore su “delay”, far eseguire al generatore una delle tracce di alta frequenza e ruotare delicatamente la manopola del delay fino a far coincidere l’inizio del transiente riprodotto dalla soundbar con lo zero dell’acquisizione imposta dalle macro scritte a suo tempo per MLSSA. Magari, ma non credo ce ne sia bisogno, posso serializzare il potenziometro da 47 kohm che regola il delay con un secondo potenziometro di valore 10 volte più piccolo così da avere una sorta di demoltiplica e quindi una risoluzione estremamente precisa. Prima di fare magheggi voglio fare un po’ di esperienza con le quattro soundbar che nel frattempo mi ha spedito il perfido Frattaroli.

Il software per il cambio di protocollo dei grafici, per l’impaginazione automatica e per le griglie delle singole misure avranno bisogno di una modifica, visto che MLSSA pur utilizzando il trigger delay non azzera i tempi di acquisizione in fase di salvataggio, motivo per il quale anche se il grafico è convertito nel protocollo corretto risulta tutto schiacciato a destra. Basta immettere la durata della latenza e sottrarla al file acquisito da MLSSA ed il problema è risolto in maniera precisa. A parte ciò i grafici delle soundbar sono praticamente gli stessi dei diffusori che proviamo mensilmente.

Schema a blocchi del sistema

Schema a blocchi del sistema di misura delle soundbar
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Come possiamo vedere qui in alto, lo schema a blocchi non è molto complicato. Vi ricordo che, come per i diffusori,  per effettuare misure dinamiche ad una pressione elevata è conveniente utilizzare dei segnali transienti, di durata inversamente proporzionale alla frequenza emessa. Diversamente si correrebbe il rischio, a pressioni elevate, di danneggiare gli altoparlanti più delicati, come ad esempio i tweeter. Questi segnali escono dai due canali del generatore e prendono due strade diverse: il primo va al segretissimo “Frattaconvertitore” che tramite un cavo HDMI lo invia direttamente alla soundbar da misurare, consentendo prima della conversione anche una regolazione del livello analogico per calibrare con precisione la pressione desiderata.

La seconda uscita del generatore va direttamente all’ingresso del nostro “Trigger customizzato” che con due soli millivolt in ingresso scatta e manda in uscita, tramite un fotoaccoppiatore, un segnale TTL compatibile che va da 5 a 0 volt. L’uso del fotoaccoppiatore è necessario e serve per separare la massa analogica di MLSSA da quella del computer che la ospita. L’uscita del Trigger va all’ingresso DB9 posto sul pannello posteriore di MLSSA che, una volta predisposto via software, fa partire l’acquisizione di quanto emesso dalla soundbar. Il segnale emesso dalla soundbar viene catturato dal microfono di misura B&K 4133, amplificato di circa 25 dB dal preamplificatore B&K 2606 e spedito all’ingresso di MLSSA. Tutta la fase di ricezione è analogica fino all’ingresso di MLSSA, con una banda passante decisamente maggiore dell’intervallo delle frequenze di misura.

Prove generali con TCL-X937U

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Per effettuare una serie di misure esplicative ecco sul banco, ben sistemata sulla base rotante Outline, una delle soundbar utilizzate per mettere a punto le misure, pronta per la primissima prova. A questo punto sorge il dubbio su dove effettuare la misura, o, meglio, su quanti canali della soundbar effettuare delle rilevazioni per descrivere l’intero sistema. Ammetto candidamente di non avere le idee molto chiare in merito anche se ho notato che in generale il canale centrale ed i due canali laterali hanno più o meno le stesse caratteristiche acustiche, fase a parte. Lo stesso discorso vale per le misure di distorsione armonica e per l’Articulation Test. Per il rumore rosa a terzi di ottava preferirei “mettere in moto” tutti i canali e rilevarne la misura ben oltre i due metri di distanza. Lo so che sarò costretto ad immettere anche una certa percentuale di rumore ambiente, ma credo così di essere nelle stesse condizioni di una soundbar posta a lavorare in ambiente casalingo.

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Per il posizionamento abbiamo deciso di effettuare due misure sovrapposte, sia con la soundbar posizionata sul tavolo di misura e sia innalzata di circa 1,5 metri ed avvicinato al muro, per simulare un ascolto con un televisore di grosse dimensioni fissato direttamente alla parete. Dovrebbe cambiare in qualche modo la resa in gamma mediobassa. La mattina del giorno dopo, di buon’ora di ottimo umore inizio a preparare il setup e mi appresto a misurare la TCL X937U che mi aspetta tranquilla sul trespolo di misura, appena sopra la base rotante OUTLINE. La prima attenzione va alla risposta in frequenza sia della soundbar che del subwoofer. Come possiamo vedere dal grafico ho allineato la pressione media a 90 dB agendo sul solo telecomando della TCL. Il subwoofer non ha regolazioni di livello rispetto alla soundbar, e rischia di rimanere sotto tono, anche in considerazione del fatto che la sua frequenza di taglio è disastrosamente più bassa del passa alto della soundbar, con una frequenza a -3 dB vicina ai 100 Hz, mentre la soundbar ha il punto a -3 dB appena oltre i 200 Hz. Il buco tra i due è purtroppo inevitabile.

Risposta in frequenza della TCL X937U e del subwoofer
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In un grafico a parte potete vedere la risposta in frequenza rilevata col diffusore posto su stand ed il diffusore sistemato a parete. Come ipotizzato notiamo una discreta esaltazione tra i 300 ed i 700 Hz e la risposta in basso praticamente identica. Potete approfindire l'argomento della risposta in frequenza in questo articolo. Peccato, pensavo che almeno in parte si riducesse l’avvallamento tra subwoofer e soundbar, ma vedo che non c’è verso.

Confronto della risposta in frequenza con soundbar su stand e a parete
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Il tempo di latenza della soundbar misurato vale 64,3 ms, in netto anticipo rispetto al subwoofer che presenta una latenza di 86 millisecondi, in ritardo di 21,7 millisecondi rispetto alla soundbar, come a dire con un ritardo di 7,45 metri. Non ne capisco il motivo ma mi adeguo. Probabilmente la pesante equalizzazione pretende una latenza maggiore della soundbar. La differenza di risposta e/o di tempo di emissione credo sia facilmente riconoscibile all’ascolto in ambiente. Si, lo so, non è alta fedeltà e prima o poi dovremo abituarci.  Però, cadere proprio sui fondamentali della risposta in frequenza…

Il diffusore ruotato di una trentina di gradi mostra una certa direttività per l’assenza, credo, di un tweeter vero e proprio e ciò giustifica un comportamento molto “morbido” all’ascolto nonostante una risposta in frequenza sull’asse in leggera salita verso le altissime. Verificata la discreta similitudine tra canale sinistro e canale destro e constatata l’assenza ingiustificata di un canale centrale vero e proprio passo al rumore a terzi di ottava col rumore rosa. Posizionato il microfono di misura a circa 2,5 metri connetto tutti i canali ed aumento il livello fino a misurare col fonometro circa 90 dB ad un metro.

Già che mi trovo verifico anche le variazioni timbriche impostabili da telecomando per variare alcune caratteristiche a seconda del materiale all’ascolto. Noto che nella posizione “movie” il livello sale di circa 2,5 dB tra i 500 ed i 4000 Hz, mentre nella posizione “game” tra i 2000 ed i 4000 Hz si misura una enfasi di ben 3 decibel. La posizione migliore, scartata la “voice” che restringe ulteriormente la risposta annoto, anche con la musica, che la posizione più equilibrata è la posizione “standard” che decido di utilizzare per tutte le misure. Ho sovrapposto graficamente le risposte per farmene una idea, con i grafici che mostrano una attenuazione disastrosa tra gli 80 ed i 250 Hz.

Risposte a terzi di ottava nelle modalità di ascolto
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Va notato che nella verifica della distorsione del subwoofer ho verificato che i wooferini della soundbar non sono tagliati verso le basse frequenze. Mah! La waterfall appare simile a quelle dei diffusori, ma vi invito a guardare bene l’abbassamento delle varie risposte all’aumentare del tempo. Il decadimento infatti è molto lento, specialmente in gamma media e medioalta con notevoli riflessioni interne anche in gamma mediobassa.

Grafico waterfall del decadimento spettrale
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Vista la limitata banda passante la step response assomiglia più ad una risposta all’impulso, veloce nel tempo di attacco ma altrettanto nel decadimento, pur con molte esitazioni che non dovrebbero esserci.

Risposta al gradino del canale sinistro
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La time energy a fronte di una salita non esaltante, tipica delle membrane più grandi di un pollice,  mostra un decadimento lento, a testimonianza di varie riflessioni interne.

Andamento della time energy del canale sinistro
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La distorsione armonica in regime impulsivo effettuata a 90 dB di pressione media non è delle migliori, anzi: parte dai 200 Hz su valori appena minori dell’ uno per cento sia di seconda che di terza armonica, con la terza che piano piano si abbassa a valori “normali” e la seconda che invece sale fino a sfiorare il 3% e ridiscendere in gamma media. La cosa che non considero affatto positiva è costituita dalla presenza anche abbastanza invasiva delle armoniche superiori, ovvero quarta e quinta che specialmente in gamma mediobassa si mantengono su valori abbastanza elevati.

Distorsione armonica della TCL X937U a 90 dB
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Credo che sarebbe bastato scegliere altoparlanti migliori per ottenere un risultato molto migliore. La THD del subwoofer dimostra la presenza di una equalizzazione abbastanza decisa a cavallo dei 48 Hz, tanto che la seconda armonica mostra una sorta di “bozzo” proprio a questa frequenza, che coincide quasi con la frequenza di accordo, spostata qualche Hertz più in alto. La terza armonica parte a 30 Hz con valori di distorsione prossimi al 25%, inseguita a breve distanza dalla quinta armonica, a dimostrazione di un generoso clipping dell’equipaggio mobile. Entrambe ridiscendono dopo la frequenza di accordo a valori più terreni.

Distorsione armonica del subwoofer a 90 dB
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In ultimo la misura dell’Articulation Test, (trovate un approfondimento sul tema in questo articolo) misura messa a punto nel nostro laboratorio che verifica la pulizia ai bassi livelli di ogni terzo di ottava. Devo dire che in gamma mediobassa e media i valori sono quelli caratteristici di un diffusore economico, ma in gamma medioalta i valori salgono fino a lambire i -30 dB caratteristici di diffusori molto, molto economici. I valori elevati per di più si mantengono tali anche in gamma alta ed altissima. Si sarebbe potuto fare meglio, visto che così si toglie articolazione e pulizia a tutta la gamma del parlato.

Articulation Test della TCL X937U a 90 dB
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Conclusioni

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Dopo la misura di queste primissime soundbar posso dire che mi aspettavo decisamente di più, non tanto dall’implementazione dell’elettronica quanto dalle caratteristiche degli altoparlanti, in questi casi decisamente dozzinali. Scelte non scaltre sembrano voler dimostrare che si può realizzare una discreta soundbar anche realizzando tutto in economia, mentre l’orecchio prima e le misure poi dimostrano che non è vero. Questa però non è la regola.

In cantiere abbiamo già tre test di altrettante soundbar che hanno mostrato qualità, costruttive, misure e risultati all'ascolto che in alcuni casi possono fare concorrenza ad un sistema tradizionale con amplificatore e diffusori di qualità. Nell'ordine abbiamo in analisi tre prodotti di qualità elevata che nel dettaglio sono la LG Sound Suite H7, la JBL Bar 1300 MK2 e la Yamaha SR-X90A , con quest'ultima già analizzata dal nostro Nicola Zucchini Buriani in questo articolo. Nell'attesa, continuate a seguirci e passate parola!