A cosa serve il fattore di cresta? (cc)

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A cosa serve il fattore di cresta? (cc)

#1 Messaggio da MarioBon »

Il fattore di cresta FC (CF= Crest Factor) di un segnale è definito come il rapporto tra il valore di picco ed il valore RMS del segnale stesso.
La dinamica, invece, è la differenza tra il livello più basso ed il livello più alto di un programma musicale.
Mentre la dinamica è una grandezza soggettiva, l' FC è una grandezza oggettiva che si misura con precisione. Noto l'FC di un programma musicale possiamo dimensionare con cognizione di causa sia i diffusori che la potenza dell'amplificatore.
Dato che, in casa, dobbiamo riprodurre quello che c'è nei supporti (LP, CD, file, ecc.) interessa l'FC dei segnali che troviamo in questi supporti. Se poi vogliamo andare in giro per concerti a misurare tutto quello che vogliamo misure è certamente un utile esercizio ma, alla fine, dobbiamo riprodurre quello che troviamo nei supporti.
Per prima cosa l'FC va misurato. Si prendono un cero numero di CD, si estraggono le tracce, e si misura il fattore di cresta direttamente dai valori dei campioni digitali. Si può dimostrare che l'errore sul calcolo dell' FC è minore di qualche parte per cento nel peggiore dei casi.
La statistica condotta su diverse centinaia di tracce ha mostrato che esiste una categoria di registrazioni con FC attorno a 3 (tipicamente pop e rock) che suonano già abbastanza male da non dover essere considerate. Poi c'è una categoria di tracce con FC superiori a 3 ma inferiori a 10 e una minoranza di trace con FC superiori a 10. L' "Uccello di Fuoco" (Telarc) ha un FC pari a 26. Il massimo che possiamo trovare in un CD musicale non supera il 30. Dobbiamo dimensionare l'impianto sulle tracce con FC massimo (anche se si possono accettare delle limitazioni specie con gli amplificatori a valvole).
Partiamo da un programma musicale con FC=3.
Dalla definizione FC=Vpicco/VRMS segue che VRMS=Vpicco/FC.
Ora quel' è questa Vpicco? è la massima tensione di picco che l'amplificatore può applicare al carico. Come riferimento prendiamo 40 Volt che è massima tensione di picco di un amplificatore da 100 Watt. Calcoliamo quindi 40/3=13.3 VRMS
Questo significa che, quando il volume del nostro l'ampli da 100 Watt è regolato per sfiorare il clipping durante la riproduzione, ai morsetti del diffusore ci sono 13.3 Vrms.
Presi come riferimento i canonici 2.82 VRMS, con 40 Vpicco si ottengono 23 dB in più rispetto alla sensibilità del diffusore.
Un diffusore da 90 dB (2.83Vrms@1metro) produrrà 90+23=113 dB di picco a 1 metro.
L'SPL invece si calcola come 90+20log(13.3/2.83)= 103.4 dB sempre a un metro.
Si noti, in questo caso, che tra l'SPL ed il picco massimo ci sono circa 10 dB.
Si noti anche che viene sfruttata tutta l'escursione di tensione dell'amplificatore ma solo 22 Watt di potenza continua sui 100 disponibili.
Il primo risultato è che, nel caso peggiore, utilizziamo meno di un quarto della potenza continua dell'amplificatore.
Adesso vediamo un esempio con una traccia con FC=10.
La pressione di picco rimane la stessa (113 dB) ma questa volta l'SPL vale 90+20log(4/2.83)= 93.0 dB (40/10=4). La differenza tra il picco e l'SPL è ora di 20 dB. In sostanza il "volume medio" della musica è più basso (rispetto a FC=3) ma le variazioni di volume sono invece maggiori.
Per ascoltare questa traccia dobbiamo abbassare il volume altrimenti l'ampli clippa.
Notiamo anche che con FC=10 la potenza erogata sul carico è di soli 2 Watt continui.
Questo spiega tante cosa perché molti amplificatori producono i primi Watt in classe A e quindi funzionano in classe A per la maggior parte del tempo e commutano in classe B solo sui picchi.
Ne segue che gli impianti suonano meglio, e scaldano meno, con le registrazioni migliori. MA questo già lo sapevamo.
http://www.mariobon.com/Glossario/Fattore_di_cresta.pdf
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Re: A cosa serve il fattore di cresta?

#2 Messaggio da MarioBon »

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Questa figura riporta analisi statistica di una traccia estratta da un CD. Si tratta di un brano di pianoforte che dura poco più di 9 minuti composto da 24231480 di campioni stereo. Il fattore di cresta vale quasi 14.94 su un canale 15.98 sull'altro.
Il massimo valore consentito dal formato CD è 32767 (massima modulazione assoluta)
In questa traccia si raggiungono 32117 (massima Modulazione relativa). Le potenzialità del formato CD sono ben sfruttate.
Ebbene, oltre 15 milioni di campioni (su 24 milioni) stanno sotto al 3% della massima modulazione.
Consideriamo sempre il nostro ampli da 100 Watt con 40 V di tensione di picco. In questa traccia la tensione sul carico sarà inferiore a 1.2 Volt per il 62% del tempo.
Dall'altra parte solo 155 campioni superano il 70% della massima modulazione su un canale e 234 sull'altro. In sostanza l'amplificatore produce in uscita una tensione superiore a 28 Volt per circa 9 millisecondi (tra canale destro e canale sinistro).
Se l'amplificatore dovesse clippare o comprimere il segnale per 9 millesimi di secondo su 9 minuti di musica ce ne potremmo accorgere? con un pessimo amplificatore a stato solido potrebbe succedere, con un buon ampli a stato solido o a valvole lo ritengo improbabile.
In sostanza, se l'amplificatore gestisce correttamente il clipping (cioè non lo prolunga nel tempo) possiamo alzare il volume come se questa traccia avesse un fattore di cresta pari a 11.
Possiamo metterla in due modi:
- per ascoltare allo stesso volume SPL basta un ampli da 50 Watt
- l'ampli da 100 Watt si comporta come uno da 200 Watt
questo se accettiamo di clippare quei 9 millisecondi di musica.
Attenzione però: questo succede con le registrazioni con fattore di cresta alto (15-16).
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Re: A cosa serve il fattore di cresta?

#3 Messaggio da MarioBon »

Per la serie "Dalle stelle alle stalle" vediamo l'analisi se segue che si riferisce ad una traccia con FC basso (3 e 3.85) pesantemente sovramodulata. Non è la peggiore che ho incontrato. Qui il segnale staziona per il tempo maggiore attorno al 50% della massima modulazione.
Immagine
A sinistra si vede la figura di Lissajouss che esce dai limiti.
Questa traccia contiene oltre 127000 saturazioni su un canale e 35000 sull'altro (per un tempo complessivo attorno a 4 secondi).
Un buon impianto riprodurrà questa traccia con tutti i suoi difetti e suonerà male.
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Re: A cosa serve il fattore di cresta?

#4 Messaggio da MarioBon »

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Una traccia di Mina con fattore di cresta attorno a 5 (che è già un valore decente).
Poche sovramodulazioni e una figura di Lissajouss quasi completamente entro i limiti.
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Re: A cosa serve il fattore di cresta?

#5 Messaggio da MarioBon »

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una traccia Velut Luna. Viotti, Mozart, Beethoven: Orchestra di Padova e del Veneto, 24bit/88.2kHz digital live-in-studio recording direct to stereo master
(Velut Luna). Auditorio Pollini, 2 e 3 settembre 2008, allegato alla rivista Audiophile Sound Novembre 2008 n. 81.
Lo spettro è ottenuto applicando la FFT all'intera traccia completata con il numero di campioni nulli necessari per ottenere un numero complessivo pari ad una potenza di 2 (2 alla 25 in questo caso).
La FFT è fatta in doppia precisione e la frequenza minima, in questo caso è di 1.8622 millesimi di Hz.
Il valore RMS viene calcolato sull'intera traccia (senza aggiungere o togliere nulla).
Qualche secondo di silenzio all'inizio o alla fine del brano comportano un errore di poche parti per cento (in questo caso se fossero 5 secondi di silenzio l'errore sarebbe inferiore all'1%).
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Re: A cosa serve il fattore di cresta?

#6 Messaggio da MarioBon »

Nel primo post ho scritto che la dinamica è soggettiva. Per prima cosa non esiste uno standard per misurare la dinamica, per seconda passaggi di pianissimo e fortissimo devono essere scelti "manualmente". Il fattore di cresta non soffre di queste limitazioni e il calcolo avviene in automatico senza alcun intervento "soggettivo".
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Re: A cosa serve il fattore di cresta?

#7 Messaggio da organist »

Grazie Mario.
In effetti pensavo che il fattore di cresta rappresentasse l'intervallo di dinamica presente nella registrazione.
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Re: A cosa serve il fattore di cresta?

#8 Messaggio da organist »

Buona Pasqua a tutti!
Indicativamente, in un amplificatore AB, quanti "primi" watt sono in classe A?
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Re: A cosa serve il fattore di cresta?

#9 Messaggio da MarioBon »

organist ha scritto:Buona Pasqua a tutti!
Indicativamente, in un amplificatore AB, quanti "primi" watt sono in classe A?
Non c'è una regola fissa, dipende dalle scelte di progetto (e anche dalla quantità di retroazione che si vuole o che si può applicare). Alcuni sono polarizzati ai limiti della classe B.
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Re: A cosa serve il fattore di cresta?

#10 Messaggio da organist »

Grazie.
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