Corretto approccio alla biamplificazione

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kalos
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Corretto approccio alla biamplificazione

#1 Messaggio da kalos »

Mi sto divertendo, con risultati interessanti, a biamplificare i miei vecchi diffusori e vorrei condividerne il metodo, sia per raccogliere suggerimenti, sia per creare una traccia sul giusto modo di approcciarsi.

Come è composto il sistema.

Come preamplificatore utilizzo quello autocostruito con DSP, nel quale posso escludere (o cambiare) con uno switch frontale l'intervento del DSP.

Anche il crossover elettronico è autocostruito.
Posso applicare filtri parametrici (per esempio creati da rePhase), filtri di correzione ambientale (per esempio creati con DRC) ed eventualmente metterli in sequenza come voglio.
Anche su questo ho messo un selettore frontale con il quale posso cambiare "al volo" quattro diversi profili, scegliendo fra quattro filtri creati preventivamente.

Diffusori.
Premetto che, pur avendo anche altri diffusori, utilizzo una coppia di Tannoy Arden del 1978 al quale sono affezionato.
Quindi pur essendo consapevole che siamo nel 2021 e che il mercato ora offre di meglio, vi prego di accettare come un postulato il dato di fatto che i trasduttori saranno gli HPD, concentrici da 15 pollici.
Li ha accettati perfino mia moglie, che lei chiama le lavatrici ...

Naturalmente ho apportato una modifica ai diffusori che consente di avere i trasduttori collegati direttamente ai morsetti senza il crossover originale interposto.
La frequenza di incrocio originariamente prevista è 1000 Hz.
Utilizzerò il DSP per la correzione ambientale e il crossover solo con filtri parametrici a fase lineare.

Veniamo al dunque e vediamo se ho agito correttamente.
  • Ho scelto una elevata selettività dei filtri passa alto/basso del crossover, creati con Rephase a 60 dB/ottava, tipo reject low/high.
    E già su questo si potrebbe discutere ...
  • Esclusi tutti i filtri (tranne ovviamente il passa alto/basso del crossover) ho effettuato una misura in campo vicino con REW su entrambe i canali (che naturalmente sono risultati pressoché uguali).
  • Ho calcolato lo sfasamento da applicare al driver dei medio-alti per averlo in fase con il woofer.
    In realtà, vista la strettissima sovrapposizione di banda, cambiare la fase produceva variazioni impercettibili
  • Ho creato una semplice serie di filtri parametrici a fase lineare (con Rephase) per linearizzare, in linea di massima, la risposta.
    Quindi ho integrato i filtri passa alto/basso del crossover con il filtro appena calcolato.
    Ho fatto questo perchè la risposta misurata era meno piatta di quanto lo fosse con crossover interno, che oltre a mettere in fase i due trasduttori mitiga anche la risposta alle frequenze più basse del driver dei medio alti.
  • Ora il sistema si presentava già correttamente biamplificato, pronto per la DRC.
    Quindi ho rilevato la risposta di entrambe i canali in posizione di ascolto, al fine di calcolare la correzione ambientale.
    Da notare che già così, senza alcun DSP, la risposta era ampiamente più lineare del sistema non biamplificato e anche l'ascolto decisamente gradevole.
  • Ho calcolato con DRC il filtro per la correzione ambientale e l'ho dato in pasto al DSP. Poi da qui si potrà affinare la correzione con successivi ritocchi sul target della DRC
È stato un approccio corretto e completo, o si poteva fare di meglio?

Scusate se sono stato prolisso, ma credo che un approccio ragionato alla biamplificazione possa essere di interesse comune e comunque penso che resti il modo migliore per fare oggettivamente un salto di qualità.
Anche con le mie vecchie lavatrici ...
stefano
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Re: Corretto approccio alla biamplificazione

#2 Messaggio da MarioBon »

Una osservazione di principio: gli altopallanti sono dispositi a fase mista (e a fase minima alle frequenze fin dove ka < 1 o anche 2 con k=numero d'onda e a=raggio del pistone). Perchè allora usare una equalizzazione con filtri a fase lineare? Ma sicuramente avrai controllato anche la risposta all'impulso...

L'impiego di filtri ad elevata pendenza ha solo una controindicazione: quando la risposta polare di due altoparlanti è molto diversa si genera una forte discontinuità nella risposta in potenza. L'effetto di tale discontinuità non è facile da quantificare perchè dipende dall'ambiente e anche dalla distanza di ascolto (dai diffusori). A favore delle pendenze elevate il fatto che una eventuale variazione di fase (tra gli altoparlanti) riguarda una banda di frequenze molto stretta e diventa non udibile.
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Re: Corretto approccio alla biamplificazione

#3 Messaggio da kalos »

quando la risposta polare di due altoparlanti è molto diversa si genera una forte discontinuità nella risposta in potenza
Eh ... a questo non ci avevo pensato proprio!
Da una parte se confronto la risposta in campo vicino con quella in posizione di ascolto fuori asse (i diffusori sono parallelamente accostati alla parete) non noto un decadimento sopra il kHz (anche senza DRC) questo forse è positivo.
Dall'altra, essendo il driver dei medio alti caricato a tromba con il cono del woofer dovrebbe avere un'emissione piuttosto direttiva ... (?)
In ogni caso i diffusori sono inamovibili e la poltroncina di ascolto si sposta al massimo di pochi centimetri. E la correzione con DRC è stata fatta linearizzando la risposta in posizione di ascolto.
Al massimo quello che cambia è l'altezza delle orecchie ... se prendo il sonno con la complicità di un buon calice!
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Re: Corretto approccio alla biamplificazione

#4 Messaggio da kalos »

Perchè allora usare una equalizzazione con filtri a fase lineare?
Su questo argomento credo di avere bisogno di aiuto.
Da una parte, se guardo alla fase in eccesso nelle misure in campo vicino, mi sembra che una correzione a fase lineare sia applicabile con buon risultato. Riporto al seguito i due diagrammi in assenza di smoothing:
Immagine

e con leggero smoothing:
Immagine


E questo è il diagramma di fase importato in rePhase per la correzione:
Immagine

Considera che sono diffusori di 42 anni … giudicali con clemenza.

Ma supponiamo che voglia applicare dei filtri parametrici a fase non lineare.
Ora, vedo (su REW) che i picchi nella excess phase sono in corrispondenza di alcune rotazioni di fase che noto in rePhase.
Come posso con rePhase (se si può) correggere quelle rotazioni?
stefano
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Re: Corretto approccio alla biamplificazione

#5 Messaggio da MarioBon »

se non leggo male:
- il canale sinistro da circa 1500 Hz sta su +180° fino a circa 8500 Hz poi salta bruscamente a -180°
- il canale destro sta sopra a 360° e poi passa molto vicino a 360° da 4000 Hz in su.

360° è come dire 0° quindi, sempre se leggo bene, il canale destro ha una certa fase mentre il sinistro, rispetto al destro, è in opposizione di fase (prima in anticipo e poi in ritardo).

Ripeto, non conosco il software e potrei leggere male i grafici, ma se è come (mi) sembra credo che prima si dovrebbe correggere questo.

Con riferimento alla banda audio da 20 a 20kHz, la condizione di
- fase nulla (ovvero sistema a fase minima con risposta in frequenza piatta da 2 a 200KHz)
e di
- fase lineare (ovvero sistema con ritardo di gruppo costante da 20 a 20kHz)
dal punto di vista della invarianza in forma degli stimoli (con spettro limitata da 20 a 20kHz) sono equivalenti.

In sostanza la perfetta riproduzione della forma di un qualsiasi segnale si ottiene con un sistema a fase minima o con un sistema a fase lineare (con opportuna larghezza di banda). Dato che gli altoparlanti sono naturalmente più vicini alla fase minima che alla fase lineare c'è meno da correggere se li si porta a fase minima (su cinque decadi). Questo in teoria. In pratica, dal punto di vista psicoacustico, è sufficiente che la fase sia nulla da 500 a 2000 Hz (meno di una decade).
La caratteristica di fase dei due canali dovrebbe essere la stessa ovvero la differenza di fase tra i due canali dovrebbe essere nulla (cosa che va controllata sia si opti per la fase minima che per la fase lineare).

Da queste considerazioni segue come correggere un sistema di altoprlanti:
- in campo lontano (nel punto di ascolto) per il suono diretto da circa 300 Hz in su
- compensare il "tempo di volo" dei singoli altoparlanti (allineare "nel tempo")
- correggere l'eccesso di fase (portando il sistema a fase minima) (*)
- correggere la risposta in frequenza con filtri a fase minima (equalizzatore parametrico).
Si ottiene un sistema con risposta in frequenza ragionevolmente piatta e con fase prossoché nulla da 500 a 2kHz.
Sotto i 300 Hz correggere l'effetto dell'ambiente con DRC.
Si ottiene così un sistema con risposta in frequenza ragionevolmente piatta da 20 a 20kHz e con risposta in fase adeguata alle risorse dell'apparato uditivo.

(*) qui il problema sta nel fatto che nei sistemi a più vie un aggiustamento dell'eccesso di fase è acompagnato da una variazione nella risposta in frequenza per cui si dovrebbe aggiustare l'eccesso di fase delle singole vie per cui si dovrebbe:
- correggere l'eccesso di fase di ciascuna singola via (indipendenemente dalle altre)
- correggere la risposta in frequenza delle singole vie con filtri parametrici a fase minima
- applicare filtri cross-over a tensione costante
- compensare il tempo di volo per risposta impulsiva perfetta
Si ottiene un sistema a fase minima.
Problema: i filtri a tensione costante non possono avere pendenze elevate.
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kalos
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Re: Corretto approccio alla biamplificazione

#6 Messaggio da kalos »

Prima di tutto grazie per il tempo prezioso che ci dedichi, penso di aver capito quanto mi hai scritto.

Per quanto riguarda la differenza (in valore assoluto) fra le fasi dei due diffusori, ho il sospetto che possa essere dovuta ad una differenza, anche minima, nel posizionamento del microfono in campo vicino.
Devo eseguire nuovamente alcune misure con posizioni più o meno ravvicinate del microfono per vedere se la curva della fase si trasla in alto/basso.
Avvicinare/allontanare di qualche centimetro il microfono significa cambiare il "tempo di volo" ...
Non ho una grande esperienza in queste misure, ma mi suona strano che due altoparlanti uguali, pilotati senza filtri e con lo stesso segnale, possano avere uno scarto di fase costante (se non hanno polarità invertita chiaramente).
Nel peggiore dei casi con il DSP potrò inserire un ritardo di fase su uno dei due canali.

Quello che devo chiarire riguarda invece le rotazioni di fase.
Mi sono ripreso una misura eseguita solo sui medio alti, senza alcun filtro e con un altro amplificatore, trovando ancora le rotazioni di fase ma a frequenze diverse.
E' chiaro che l'acquisizione non è affidabile (microfono ecm8000 con Roland UA-25EX).
Forse l'errore è dovuto all'uso in REW del acoustic timinig reference che non garantisce un allineamento temporale preciso e ripetibile.
Credo che dovrei passare al loopback as timinig reference che utilizza l'altro canale in loop per fare un allineamento temporale preciso.

Un'ultima considerazione in merito all'elaborazione numerica del segnale, che fornisce ora strumenti molto potenti.
Con rePhase (ma forse ci sono altri strumenti ancora più efficaci) si possono creare filtri a fase lineare e non, ma anche variazioni di fase senza alterazioni del modulo.
Questo, da quanto leggo, dovrebbe dare la possibilità di operare in due step, prima linearizzando la fase a "modulo costante", quindi linearizzando il modulo a fase costante e finendo con l'esportare l'impulso di correzione così ottenuto.
La conseguenza di tutto ciò dovrebbe essere un grosso aiuto nel mettere in pratica le indicazioni che hai dato in merito a "come correggere un sistema di altoparlanti".

Alla luce di questo, potrò riprendere i tuoi consigli non appena otterrò misure che possano contare su un allineamento temporale preciso.
Per ora grazie mille.
stefano
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Re: Corretto approccio alla biamplificazione

#7 Messaggio da carlochiarelli »

Se non ci sono incroci a 8500hz, il salto a quella frequenza sembra dovuto a riflessioni.
Prima cosa fai un campo "vicino" a 30-50cm e finestra e guarda se hai rotazioni di fase.
kalos
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Re: Corretto approccio alla biamplificazione

#8 Messaggio da kalos »

Anche questo è verosimile perchè la misura è stata fatta a 1 metro circa, ma pur sempre con il diffusore addossato alla parete.
Forse dovrei portarlo in mezzo alla stanza e posizionare il microfono come dici tu a 40 cm.
Essendo altoparlanti coassiali non dovrei avere grossi limiti nella misura se mi avvicino a meno di un metro vero?
Certo l'ideale sarebbe portarli in giardino, ma sono 66 x 40 x 100 cm ...
stefano
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Re: Corretto approccio alla biamplificazione

#9 Messaggio da MarioBon »

per prima cosa ti passo questo link:
http://www.audiomatica.com/wp/wp-conten ... /ar180.pdf
ti consiglio anche di leggere gli altri articoli dallo stesso sito
http://www.audiomatica.com/wp/?page_id=350

Gli altoparlanti non sono piatti per cui il centro di emissione virtuale (il punto fisico da cui "partono" le onde acustiche) cambia con la frequenza sia per la particolare funzione di trasferimento che per la geometria del diaframma.
Ne segue che determinare il tempo di volo non è semplice.
Può aiutare la misura dell'eccesso di ritardo (di gruppo).
Tra eccesso di fase ed eccesso di ritardo sussiste la stessa relazione che c'è tra fase e ritardo di gruppo ovvero il ritardo si calcola come derivata della fase rispetto alla frequenza (e questo lo fanno i vari doftare di misura).
In un sistema a fase mista il ritardo di gruppo è composta dalla somma di tre termini
- il ritardo di gruppo (come se il sistema fosse a fase minima)
- il ritardo dovuto al tempo di volo
- l'eccesso di ritardo (che in un sistema ideale a fase minima è nullo).
Quindi misurando il ritardo di gruppo e l'eccesso di ritardo, per differenza si ricava il tempo di volo.
Mario Bon http://www.mariobon.com
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Re: Corretto approccio alla biamplificazione

#10 Messaggio da kalos »

Finalmente ne sono venuto a capo, le rotazioni di fase non erano dovute al sistema e nemmeno alle riflessioni, ma all'audio interface che uso per eseguire le misure (Roland UA25EX) che funziona alla perfezione in acquisizione, ma non altrettanto in riproduzione.
Essendo DSP e crossover autocostruiti cercavo il problema in un errore di progettazione di questi elementi, mentre invece il problema si è risolto mettendo insieme un DAC USB da accoppiare con scheda di acquisizione della Roland. Entrambi funzionanti a 96k/24 bit.

Ho rifatto le misure in campo vicino, stavolta a 30 cm, e ho abbandonato la doppia correzione parametrica, prima in SPL con fase lineare e poi in fase senza variazioni di SPL.
Quindi, come suggerito da Mario (che non finirò mai di ringraziare) ho applicato i filtri parametrici a fase minima.
Il risultato è andato oltre le mie aspettative e applicando i filtri di correzione (in fase minima) oltre a linearizzarsi la SPL anche la fase si è risistemata da sola.

Sebbene la differenza fra i due diffusori fosse poco significativa, ho rivisto i filtri del crossover per utilizzare filtri distinti per i due canali.
Questo per tutti e quattro i profili di correzione, selezionabili con un selettore a quattro vie presente nel crossover.

Ora il crossover elettronico "calza" i trasduttori decisamente meglio di quanto non facesse il crossover interno.
E queste sono le misure (canale sinistro) a confronto fra crossover senza correzioni (solo filtro passa basso/alto) e con correzioni:

Immagine

Adesso non mi resta che ritornare alle consuete misure per la correzione ambientale con DSP nella posizione di ascolto, che dovranno essere ricalcolate in relazione alla risposta del sistema migliorato
stefano
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