...la distorsione aumenta con il livello dello stimolo?

[MarioBon]

La teoria dice che la distorsione (armonica e di intermodulazione) aumenta all'aumentare del livello dello stimolo applicato. In effetti è quello che ci si aspetta ma ci sono anche delle eccezioni.
Prendiamo per esempio queste due misure di distorsione pubblicate parecchio tempo fa da Audio Review. Rappresentano la distorsione armonica dello stesso diffusore acustico misurata a 90 e a 100 dB (l'unica cosa che camba è il livello). Si vede che nella rilevazione a 100 dB le armoniche di ordine quarto e quinto sono praticamente scomparse. In particolare non c'è più traccia della quarta armonica. Anche il tweeter presenta meno distorsione di seconda armonica (rosso) al livello più alto.


Se ciò avviene è perché la caratteristica delle sospensioni degli altoparlanti presenta delle irregolarità nell'intorno del punto di equilibrio testimoniate dalla presenza delle armoniche superiori. Quando l'ampiezza della oscillazioni diventa "grande" tali irregolarità diventano trascurabili (sempre che la caratteristica continui a seguire una retta).

Quindi, se qualcuno dice di aver misurato un tasso di distorsione più alto con segnali di basso livello, dice una cosa già documentata anche nelle misure pubblicate dalle riviste.
Da qualche anno Audio Review non pubblica più il grafico di distorsione a 100 dB ma si limita a quello a 90 dB per cui questo fenomeno non è più venuto in evidenza.

[MarioBon]

qui sopra la figura mostra la caratteristiche di una sospensione che presenta delle anomalie in prossimità dello zero (punto di equlibrio). Se l'elengazione della sospensione è minore di 1 la forza risulterà fortemente non lineare, se invece l'elongazione della molla arriva a 5 la parte non lineare diventa molto più piccola.
La figura che segue mostra la caratteristica di un woofer (con molti difetti) e la carateristica di un radiatore passivo.

Quella particolare forma a fuso della caratteristica indica la presenza di isteresi. L'area compresa all'interno della curva rappresenta il lavoro dissipato durante un ciclo.

Le ultime due figure mostrate riguardano altoparlanti in aria (senza carico). Quando l'altoparlante viene montato in cassa chiusa, alla elasticità delle sue sospensioni si somma quella della molla costituita dal volume della cassa che, specie se riempita di assorbente, si può considerare lineare. Più il contributo lineare è importante (volume piccolo) tanto minore sarà la distorsione. Da un punto di vista della linearità il sistema migliore è la cassa chiusa riempita di assorbente, segue il sistema reflex e poi tutti gli altri. La qualità si paga spesso in termini di rendimento.

P.S. le figure sono tratte da documentazione Philips ELCOMA

[MarioBon]

Cercando in archivio ho trovato un altro esempio molto interessante.


Da notare come a 100dB le armoniche di ordine superiore al secondo siamo quasi scomparse. Il picco a 1000Hz nella misura a 100 dB mostra un difetto del woofer (il taglio sta a 2200 Hz).

Questo diffusore (con due woofer da 10" e tromba) dichiara 102 dB di sensibilità contro 98dB misurati.

[MarioBon]

La distorsione "seno quadro".

Questo tipo di distorsione non si trova in letteratura perchè è stata così chiamata da Gian Piero Matarazzo. C'è almeno un importante produttore di altoparlanti professionali che sta indagando questo tipo di distorsione. Il testo che segue è stato tratto da Audio Review (giugno 2019) pag 54: test della JBL L100 Classic

Il progettista JBL ha resistito però alla combinazione di una massa mobile enorme ed una cedevolezza molto risicata, come si è soliti fare con i woofer professionali. I woofer che devono suonare anche ai bassi livelli, come quelli per alta fedeltà, non possono esprimere con piccole tensioni ai morsetti alcun dettaglio se la cedevolezza è molto ridotta per migliorare la tenuta in potenza ma che nel passaggio per lo zero del segnale vede la sua massima condizione di non linearità. I woofer da migliaia di Watt che nascono per i concerti non hanno questo tipo di problematica proprio per la loro destinazione d'uso.
Il rovescio della medaglia di una cedevolezza troppo elevata è dato dalla tensione continua di offset che si genera e che fa avanzare di parecchi millimetri la membrana dell'altoparlante, producendo una distorsione di forma inaccettabile.
Insomma, non vale l'equazione secondo la quale se un trasduttore possiede una bassa distorsione a livelli alti poi avrà una distorsione più bassa a livelli contenuti. Avrà soltanto una distorsione "diversa" ma che comunque farà sparire preziose informazioni dal messaggio sonoro rendendolo meno dettagliato.
Questo tipo di distorsione da cedevolezza ... poco cedevole, prende il nome di distorsione di "seno quadro" vista la forma molto simile del segnale riprodotto nei critici passaggi per lo zero e costituisce, negli ultimi anni, un trito motivo di studio da parte dei maggiori costruttori di altoparlanti ad alta sensibilità.
In buona sostanza possiamo dire che più gli altoparlanti sono pensati per emettere SPL molto elevate e meno si prestano a riprodurre segnali di ampiezza ridotta.

La distorsione "seno quadro" non va confusa con l'offset dinamico http://www.mariobon.com/Glossario/___Al ... namico.htm. Un altro modo per compensare l'offset dinamico è la pre_estensione dello spider.

Le cause della distorsione "seno quadro" vanno ricercate nelle sospensioni ed in particolare nello spider (se il rim è in gomma) o nello spider e nel rim se sono entrambi in tela corrugata (attriti coulombiani e strutturali). La prevalenza di distorsione di seconda armonica (il seno quadro è una seconda armonica accompagnata da un offset) indica che la caratteristica statica possiede una importante componente parabolica ovvero una asimmetria. Tra l'altro l'isteresi (associata alle perdite) quando c'è, è sempre presente anche con "piccoli" spostamenti.

La distorsione "seno quadro" è più probabile nei woofer con doppio spider o con quegli spider che inglobano i trefoli di collegamento alla bobina mobile.

Questa affermazione:
Insomma, non vale l'equazione secondo la quale se un trasduttore possiede una bassa distorsione a livelli alti poi avrà una distorsione più bassa a livelli contenuti non è necessariamente sempre vera ed in particolar modo per la distorsione armonica. Va notato che le misure di non linearità che esegue Audio Review si basano sull'assunto che, se un altoparlante produce poca distorsione "sotto sforzo", ne produrrà meno nelle condizioni normali (la MIL, per esempio, alimenta l'altoparlante fino a 500 Watt). Il caso dell B&W riportato all'inizio prova il contrario.

Per concludere l'unica misura di distorsione significativa ai fini della determinazione della qualità della riproduzione è la misura di distorsione con segnali multitono perché pone in evidenza i prodotti di intermodulazione. Tale misura se ripetuta nei modi opportuni dà il quadro completo della situazione.