Se la distorsione cade fuori banda non si sente...

[MarioBon]

Premessa (11 novembre 2024)

La distorsione armonica si misura quando il segnale di ingresso (lo stimilo) è una sinusoide pura (detta fondamentale).
In uscita si osservano (nella risposta) la fondamentale e toni con frequenza multipla della fondamentale (dette armoniche).
La distorsione armonica dipende solo dalla frequenza e dalla ampiezza dello stimolo.
La distorsione armonica non rappresenta le effettive condizioni d'uso dei dispositivi perchè la musica ed il parlato sono composti dalla sovrapposizione di una moltitudine di toni puri.

La distorsione sub armonica si misura come la distorsione armonica ma in uscita (nella risposta) si osserva anche un tono con frequanza pari a metà della fondamentale con tutte le sue armoniche. Per esempio se uno strumento produce la sequenza con fondamentale a 1000 HZ e armoniche a 2000, 3000, 4000, e 5000 Hz
in presenza di distorsione sub armonica il dispositivo produce:
500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, ecc.
questo falsa il timbro dello strumento creando una falsa fondamentale a frequenza più bassa. Quando è presente è molto fastidiaosa.
Questa distorsione dipende dalla frequenza e dall'amiezza dello stimolo ma appare solo quando lo stimolo supera un certo valore (o energia di soglia).
Di solito riguarda la gamma media ed è tipica dei diaframmi non sufficientemente rigidi e dei driver a compressione con rapporti di compressione eccessivi.

la distorsione di intermodulazione dipende dall'ampiezza e dalla forma nel tempo dello stimolo (o dal suo spettro complesso che è lo stesso).
Lo stimolo più semplice per misurare la distorsione di intermodulazione è una coppia di toni puri f1 e f2 (sinusoidi) con frequenza diversa. In questo caso nella rispota si osservano toni di frequenza pari alla somma ed alla differenza delle sinusoidi di stimolo (kf1 +/- qf2). Per correlare meglio la distorsione misurata alle effettive condizioni d'uso sono stati definiti gli stimoli multitono. Oggi è possibile misurare la disorsione di intermodulaione anche con segnali musicali.

La distorsione può essere causata dalla compressione termica e maccanica e da altri meccanismi ma, alla fine, tutto si riduce alla distorsione armonica, sub armonica e di intermodulazione.
Fa eccezione la distorsione Doppler, presente sono negli altoparlanti, che è una modulazione in frequenza con effettti simili alla distorsione di intermodulazione (produzione di banda laterali). L'effetto della distorsione Doppler probabilmente è stato sovrastimato. Pevitarla è sufficiente limitare la banda di funzionamento di un altoparlanta a una decade. Questo porta a definire sistemi a tre vie con tagli a 200 e 2000 Hz (o prossimi a questi valori).

La condizione necessaria perchè un dispositivo sia privo di distorsione è che sia nulla la distorsione di intermodulazione per qualsiasi coppia di frequenza di qualsiasi ampliezza.
Sulla base di questa definizone sono stati definiti gli stimoli multitono per la misura della distorsione di intemodulazione.

In passato la distorsione armonica veniva misurato con il distorsiometro che elimina la fondamentale e restituisce il valore rms della distorsione (senza distinguere tra le armoniche) questa era detta Distorsione Armonica Totale in inglese THD).

[MarioBon]

In presenza di distorsione armonica se inviamo all'altoparlante (o amplificatore) un tono a 100 Hz in uscita osserviamo anche toni a 200, 300, 400, 500... Hz.
La distorsione si dice di secondo, terzo, quarto ecc. ordine. Andrebbe misurata almeno fino al quarto ordine.
Per esempio:
il secondo ordine di 10kHz cade a 20kHz (il doppio) e non tutti la sentono
il secondo ordine di 12kHz cade a 24kHz e nessuno la sente perchè è oltre il limite di udibilità
il terzo ordine di 7kHz cade a 21kHz (il triplo) e nessuno la sente perchè è oltre il limite di udibilità

Non tutta la distorsione armonica cade entro i limiti di udibilità.
Se esistesse solo la distorsione armonica si ordine pari il suo effetto sarebbe una leggera alterazione del timbro di voci e strumenti e sarebbe ampiamente tollerabile (specie quando non si conosce il timbro reale di uno strumento). La distosione di ordine dispari è un poì più fastidisa.

Se è presente distorsione armonica è presente anche la distorsione di intermodulazione.
Per esempio all'ingresso (stimolo) ci sono due toni di 17kHz e 20kHz. Non tutti sono in grado di sentirle e sicuramente le armoniche non sono udibili. Ma la loro differenza di 3kHz cade nella banda di massima sensibilità dell'orecchio ed è udibile per tutti. Questo tono a 3Khz non è in relazione armonica con lo stimolo e risulta fastidioda. Più il segnale è complicato (formato da molte frequenza) e più la distorsione di intermodulazione aumenta.

La forma di distorsione ancora più fastidiosa, e più subdola, è la distorsione sub arminica.
La distorsione sub armonica è subdola perchè si pesenta solo quando lo stimolo supera una certa ampiezza (ha una energia di soglia).

Tutto questo per dire che la misura della sola distorsione armonica non solo non è sufficiente ma è fuorviante.
Come ampiamente ribadito dalla letteratura degli ultimi 20 anni, si deve misurare la distorsione di intermodulazione.
Sarebbe poi necessario indagare anche la distorsione sub armonica.
Quando le misure di un altoparlante sono buone ma poi il suono è deludente è probabile che sia affetto da distorsione sub armonica.

[MarioBon]

Ad un certo punto Renato Giussani disse che tutti i tweeter, se tagliati abbastanza alti, suonano allo stesso modo.
Questa affermazione si basa su due presupposti:

- oltre 4000 Hz l'orecchio è sensibile ma poco selettivo (risponde più all'energia che alla frequenza)
- oltre 6000 Hz pochi sono in grado di percepire la distorsione armonica di ordine dispari.

Ciò non toglie che la distorsione di intermodulazione esista e sia udibile.
L'affermazione di Renato Giussani si riferisce a tweeter di una certa qualità tagliati "alti".
L'altra cosa che differenzia il suono degli altoparlanti per la gamma acuta è la dispersione.