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 La risposta impulsiva 
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Messaggio La risposta impulsiva
L'idea di questo 3D mi è venuta osservando questi due grafici (e leggendo i commenti):
ImmagineImmagine
Si tratta di due risposte impulsive ottenute dallo stesso altoparlante caricato in due modi diversi.
http://www.hifi-forumlibero.it/phpBB3/viewtopic.php?f=5&t=7063&p=118842&hilit=Poco+alla+volta%2C+ci+arrivano+tutti#p118842
Le misure sono state fatte in ambiente e infatti si distinguono le riflessioni delle superfici vicine.
Lasciamo perdere il "come" sono state ottenute per non perdere tempo e limitiamoci ad una sola domanda: come si fa a dire che una delle due risposte è migliore dell'altra?
(e non per l'ampiezza del picco ma per la "forma").

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Mario Bon http://www.mariobon.com
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16/09/2018, 11:30
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Messaggio Re: La risposta impulsiva
Una misura alla risposta ad uno stimolo impulsivo, nel dominio del tempo, si può fare in modo abbastanza semplice in una camera anecoica:
si prepara un opportuno segnale di stimolo (per esempio una delta di Dirac) lo si invia all'altoparlante e si osservano i due segnali con un oscilloscopio a due canali.
Ha senso questo confronto? no.
Infatti la delta di Dirac è un segnale rettangolare molto "stretto" che presenta uno spettro piatto e molto "largo". Per mantenere la sua forma deve essere riprodotto con un sistema con banda passante altrettanto larga e soprattutto con risposta in frequenza piatta che parta dalla continua.
Vediamo un esempio utilizzando come stimolo un impulso "Sen quadro" ovvero una roba di questo genere (una semionda di una sinusoide a 64Hz zummata):
Immagine
in alto la forma del segnale nel tempo (nero), in basso il suo spettro (rosso).
Se alimento l'altoparlante con questo stimolo, devo aspettarmi che il microfono mostri un segnale simile? Verrebe da rispondere si... e invece no. L'altoparlante non ha una risposta verso il basso sufficiente per riprodurre lo stimolo "in forma".
Supponiamo che l'altoparlante presenti questa risposta in frequenza:
Immagine
Si tratta di un passa alto del secondo ordine a 60 Hz e di un passa basso del secondo ordine a 12kHz entrambe con fattore di merito pari a 0.7. (nella figura che segue lo zoom è meno prodondo per far vedere tutto il segnale)
Immagine
Qui lo stimolo (nero) è sovrapposto alla risposta (rosso) e i due appaiono ben diversi: la risposta oscilla attorno allo zero (a causa del filtro passa alto).
Per confermare che la forma della risposta dipende dal passa alto aumentiamo (esagerando) il fattore di merito del passa alto a 2 senza cambiare lo stimolo:
Immagine

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16/09/2018, 11:34
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Messaggio Re: La risposta impulsiva
Guardando specilamente l'ultimo grafico: ha senso confrontare lo stimolo con la risposta? No.
quello che bisogna fare è simulare la risposta del sistema allo stimolo e confrontare la risposta simulata con la risposta misurata. Da questo confronto si potranno dedurre le differenze. Ne segue che i due grafici riportati nel primo post non possono essere utilizzati per stabilire "quale sia il migliore" perchè non si sa come dovrebbero essere. L'unico giudizio che possiamo dare osservando quei due gradici è di tipo estetico ma non certo tecnico o funzionale.
Facciamo un altro esempio. Questa volta il nostro ipotetico altoparlante presenta una risposta in frequenza di questo tipo:

Immagine

Usiamo come stimolo un burst formato da quattro periodi di sinusoide a 128 Hz. I colori sono sempre gli stessi:

Immagine

Si vede che la risposta è svasata rispetto allo stimolo e che persiste anche dopo che lo stimolo è cessato.
Attenzione perchè questa risposta sarebbe quella che si otterrebbe utilizzando un amplificatore ideale con impedenza di uscita nulla, capacità di corrente infinita, e assolutamente privo di qualsiasi forma di distorsione non lineare e anche l'altoparlante (di cui è stata data solo la risposta in frequenza) è lineare ed è un carico perfettamente resistivo (no backEMF).
E allora perchè la risposta non cessa quando lo stimolo è cessato? Perchè quella che si vede in rosso è esattamente la risposta che si deve ottenere (non è un difetto: è la risposta ideale di un altoparlante con la risposta in frequenza data).
Se confrontando lo stimolo e la risposta si dicesse che c'è qualche cosa che non va si commetterebbe un errore.
Al contrario, adesso che sappiamo quale è la risposta teorica del sistema al burst utilizzato, la possiamo confrontare con una misura reale e poi trarre le debite conseguenze. Non dobbiamo confrontare il burst di stimolo con la risposta ma

la risposta del sistema ideale
con
la risposta del sistema reale.

Il confronto diretto tra stimolo e risposta si può fare solo quando la banda passante del dispositivo in esame è piatta e molto maggiore della banda passante dello stimolo (dove molto maggiore significa decadi verso il basso e varso l'alto).

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16/09/2018, 11:34
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Messaggio Re: La risposta impulsiva
In sostanza, e per concludere, non basta mettere un microfono davanti ad un altoparlante per dire che si è fatta una "misura".
Ora ho finito e apro il 3D ai commenti.

P.S. i grafici del post di apertura vengono dal sito di Fabrizio Calabbrese. Quindi copio questo 3D anche nella sezione "Bracciano e dintorni" dove però resterà chiuso.

i commenti si fanno qui di seguito.

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16/09/2018, 11:34
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Messaggio Re: La risposta impulsiva
Visto che c'è spazio aggiungo un paio di figure:
Immagine
Nella figua qui sopra si vedono le tre risposte ottenute quando la risposta dell'altoparlante è caratterizzata da un passa alto del primo (dipolo), secondo (cassa chisa) e terzo ordine (reflex QB3). Lo stimolo è un burst di 4 cicli a 30 Hz

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17/09/2018, 11:01
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Messaggio Re: La risposta impulsiva
Immagine
Questa seconda figura mostra le tre risposte (nelle stesse tre condizioni di prima) ma ora lo stimolo è un impulso seno quadro. Lo stimolo è una seminonda di una sinusoide a 64 Hz elevata al quadrato (uno dei tanti "stimoli classici" usati nelle misure).
Si nota come la risposta impulsiva sia condizionata dall'ordine del filtro passa alto.
Va rimarcato che in questa simulazione non è presente alcun effetto causato da amplificatore, cavi, forze controelettromotrici o altro.
Queste risposte rappresentano quindi il comportamento ideale che dovrebbe avere un sistema perfetto e sono quelle (in rosso) da usare come riferimento.
Di tutte queste risposte non si può dire quale è la migliore perchè sono tutte "perfette".

Ogni risposta è ottenuta come convoluzione dello stimolo con la risposta in frequenza attribuita al sistema in esame. L'ampiezza del segnale (essendo il sistema perfettamente lineare) non ha alcuna importanza.

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17/09/2018, 11:05
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Messaggio Re: La risposta impulsiva
Dopo aver stabilito se la "forma" dell'impulso è conforme alle attese si può passare a valutare cosa succede per i "grandi segnali" ovvero cosa succede quando l'ampiezza dell'aimpulso aumenta.
Gli altoparlanti moderni sono fatti in modo che la bobina mobile non possa sbattere conto la piastra polare quindi non si sente più il "colpo" quando arrivano a fondo corsa. Rimane il fatto che, quando la bobina mobile supera una certa escursione, la distorsione aumenta.
Le misure impulsive non sono adatte per valutare la distorsione perchè lo spettro dello stimolo è continuo e la distorsione maggiore, in un impulso, è quella di forma.
Anche i criteri per valutare la distorsione non sono sempre gli stessi:
- per un sub-woofer che lavori sulla estensione di ottava ci si può accontentare di misurare la distorsione armonica
- per un altoparlante in generale si misura la distorsione di intermodulazione.
Anche il tasso di dstorsione accettabile cambia in funzione dell'utilizzo (per esempio per un due vie o un tre vie o un sub).
Il miglior modo per valutare la distorsione di intermodulazione è misurare la Distorsione Integrale con un segnale mulitono. In questo modo si vede (per esempio) quanta distorsione di intermodulazione risulata in gamma media a causa delle escursioni dei un mid-woofer. Tale distorsione è udibile e molto fastidiosa.

Le misure di distorsione vanno condotte per ampiezza dello stimolo crescente. Si parte da un certo livello (basso) e si aumenta gradulamene l'ampiezza dello stimolo. Se l'altoparlante è "buono" lo spettro della distorsione si alzerà in modo proporzionale al segnale (in sostanza la percentuale della distorsione rimane costante).Questo è il tipo di distorsione meglio tollerato dall'orcchio.
Oltre una certa ampiezza dello stimolo la distorsione comincerà a salire più dell'incremento del stimolo stesso. Da quel momento in poi, aumentando ancora l'ampiezza dello stimolo, le cose non potranno che peggiorare. In questo modo avremo determinato il limite del nostro altoparlante. Spesso, in corrispondenza del break-up della membrana si nota un aumento della distorsione che peggiora (localmente) più dell'incremento del segnale. In questo caso, se possibile conviene ridurre la banda passante dell'altoparlante ed escludere questo range o cambiare direttamente altoparlante. In un sub woofer a banda limitata i break-up della membrana avvengono oltre la frequenza di taglio e sono poco o nulla influenti.

La Distorsione Integrale misura la "distorsione stazionaria" con un segnale periodico (più precisamente pseudo periodico) con fattore di cresta compreso tra 3 e 4 quindi è riferbile almeno a quella categoria di programmi musicali caratterizzati da quel fattore di cresta.
Per quanto riguarda la distorsione di forma, che si manifesta sui picchi del segnale, è certamente possibile misurarla e sicuramente se non c'è è meglio. Tuttavia è anche "poco udibile" e ben tollerata in quanto ampiamente dipendente dal fattore di cresta del segnale (in sostanza dura troppo poco). Quindi il suo effetto "soggettivo" è più difficile da determinare.
Un buon esempio di distorsione di forma è stato illustrato da Tom:

Immagine
La parta distorta "in forma" del segnale è indicata dalle frecce.
se la distorsione di forma si presenta separata da intervalli di tempo sufficientemente lunghi l'orecchio potrebbe non rendersene conto. Come detto se non c'è è meglio.

Supponiamo di prendere il segmento di segnale proposto da Tom, applicare una finestra (tipo Hamming o altro) e di analizzarlo con l'analizzatore di spettro. Anche se fosse possibile separare lo spettro della distorsione dallo spettro del segnale, Lo spettro della distorsione (il tasso di distorsione) dipenderebbe dalla lunghezza del segmento temporale analizzato. Questo per dire che la distorsine di forma, pur misurabile, non è facile da valutare come "effetto soggetivo".

Tra l'altro, nelle effettive condizioni d'uso, il clipping dell'amplificatre può essere più frequente della distorsione di forma prodotta dall'altoparlante.

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17/09/2018, 13:23
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