Sistemi Audio

Alboni Alessandro anno scolastico 2008-2009

state sovrastate dalla disarmante praticità consentita dalla manipolazione dei bit.

All'inizio la tecnologia digitale, viste le modeste risorse di calcolo a disposizione,

permetteva poche operazioni anche se fondamentali per l'evoluzione della musica

stessa. Si guardi per esempio alla rivoluzione che hanno portato i primi campionatori.

Il Rap, il Funky, l' Hip Hop e in genere la musica black e parallelamente la Techno, la

House, la Trance sono nate grazie ai campionatori, si sono evolute con essi e ne

hanno contemporaneamente guidato l'innovazione tecnologica. Una volta iniziata, la

rivoluzione digitale non si è più fermata. All'aumentare della velocità di calcolo

grazie alla messa a punto di microprocessori ad elevate prestazioni si è resa possibile

la manipolazione del segnale audio digitale in tempo reale. Ecco allora i primi effetti

digitali: riverberi, echi e anche distorsori. L'ultima tappa di questa evoluzione, ben

lontana dal concludersi, si è avuta grazie alla crescita esponenziale della potenza di

calcolo, della velocità e della quantità di memoria di massa.

Tutto ciò ha portato all'introduzione dell'hard disc recording ovvero la simulazione

dell'intero processo di produzione musicale in digitale. I sistemi di oggi consentono

ad un prezzo relativamente ridotto di eseguire le operazioni di registrazione,

missaggio e masterizzazione interamente nel dominio digitale.

2.3 - Conversione analogica in digitale

La conversione avviene prendendo dei campioni del segnale analogico a

intervalli di tempo predefiniti e rappresentando ogni singolo campione con un

numero composto da un insieme di cifre binarie. La qualità della conversione

dipende sia dalla frequenza di campionamento, cioè il numero di campioni presi ogni

secondo dal segnale sorgente, sia dalla quantità di bit utilizzati per rappresentare ogni

singolo campione. Oggi i nostalgici rimpiangono le sonorità calde dei vecchi dischi a

33 giri, però è innegabile che il progresso non solo ha portato a livelli qualitativi

altissimi, riducendo nel contempo il costo delle apparecchiature, ma ha soprattutto

cambiato il modo di creare, ascoltare e distribuire la musica. Le moderne tecniche di

elaborazione e compressione dei segnali audio hanno infatti permesso l’utilizzo di

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formati audio che a fronte di una elevata qualità assicurano una grandissima

riduzione dello spazio occupato su disco o in memoria.

Lettori Mp3 poco più grandi di un accendino, capaci di memorizzare migliaia di

brani, telefoni cellulari e computer palmari in grado di gestire agevolmente audio e

video rappresentano il fenomeno più evidente di come sia cambiato il modo di

ascoltare la musica. Nelle pagine che seguono cercheremo di spiegare quali sono i

principali dispositivi, i software e le tecnologie che maggiormente hanno contribuito

a creare un connubio indissolubile tra informatica e musica, grazie al quale oggi

possiamo ascoltare e gestire la musica in maniera più libera e personalizzata.

Analizzeremo dapprima i processi attraverso i quali il segnale audio analogico viene

trasformato in un formato digitale che può essere elaborato da un personal computer

o da un processore contenuto in una tastiera elettronica, in un telefono cellulare o in

un qualsiasi altro apparecchio; quindi anche il processo inverso, ossia la successiva

riconversione del segnale digitale in elettrico per l'invio alle casse e la fruizione

finale.

Se l'hardware è fondamentale per l'acquisizione e il trattamento del segnale audio, il

software è determinante, poiché interviene in tutte le fasi che vanno dall’acquisizione

del segnale audio fino alla sua riproduzione: qui però entreremo nel dettaglio

dell’hardware, dai componenti elettronici alle principali periferiche che entrano in

gioco nel processo di elaborazione dell’audio. Parleremo dei principali formati audio

e dei più diffusi formati di compressione utilizzati per poter facilmente distribuire e

condividere la musica. 6

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Figura 1:Rappresentazione grafica di uno stesso segnale audio campionato

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Cap. 3 - Amplificazione del segnale

L’amplificatore è quel dispositivo elettronico che varia l’ampiezza d’onda, di

un segnale, applicato al suo ingresso, al fine di aumentare il segnale medesimo.

Parleremo di amplificatore ideale quel dispositivo che riproduce esattamente quello

che ha ricevuto in entrata, però aumentato, purtroppo in realtà non esiste infatti un

amplificatore capace di aumentare un segnale senza modificarlo almeno in minima

parte. Il cuore di un amplificatore è il transistore

3.1 - Generalità degli amplificatori

L'amplificazione è un elemento imprescindibile della catena audio, in qualsiasi

situazione e applicazione. Infatti, se è ovvio che l'amplificazione sia importantissima

nella riproduzione dell'audio casalinga e dal vivo, bisogna anche ricordare che ogni

segnale sul quale si sta lavorando in studio va monitorato nel modo adeguato, e non

bisogna mai sottovalutare l'importanza dei componenti che utilizziamo per l'ascolto.

Sebbene l'amplificazione sia considerata una delle componenti più semplici

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dell'audio - e non senza una parte di ragione - è anche vero che troppo spesso viene

sottovalutata, affidando ad una attrezzatura scadente o inadeguata il monitoraggio,

soprattutto in studio, dove invece per il tecnico è fondamentale non solo utilizzare

apparecchiature idonee, ma anche conoscerle a fondo e saper discernere le loro

reazioni ad ogni tipo di segnale, sia dal punto di vista dei livelli sia da quello delle

frequenze. Capita spesso ai neofiti di avere a disposizione materiale ben registrato e

ben interpretato, e poi di rovinare il risultato finale con un missaggio "sballato",

realizzato magari con casse hi-fi del tutto inadeguate. Di seguito spiegheremo cos'è

un amplificatore, come funziona, e quali sono i tipi di amplificatori e le loro

caratteristiche. Vedremo inoltre cos'è un preamplificatore e a cosa serve.

3.2 - A cosa serve l’amplificatore

Se trovate banale questa domanda, allora probabilmente è inutile che continuiate a

leggere!

L'amplificatore è una di quelle apparecchiature che contengono nel nome la loro

principale funzione, ma anche i germi di qualche equivoco.

Diciamo che in generale un amplificatore è un dispositivo che serve ad incrementare

un segnale, come indica il nome, ma è anche un'apparecchiatura che introduce un

controllo sui valori caratteristici del segnale, in grado di linearizzarlo e di

controllarne ed eventualmente modificarne l'impedenza.

Inoltre è importante sottolineare che un amplificatore non agisce necessariamente o

solamente sul livello di un segnale, ma anche, se necessario, su altri valori.

Un amplificatore può essere utilizzato, ad esempio, dal vivo, per consentire al

pubblico di un concerto di udire l'uscita del mixer nel quale confluiscono i segnali

dei vari strumenti; può essere utilizzato in studio o sul palco per consentire al segnale

(molto basso) di un microfono di raggiungere il livello correttamente interpretabile

dal mixer (in questo caso si parla di preamplificatore); può essere utilizzato come

convertitore di impedenza per adattare il segnale di un microfono (spesso con

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altissime impedenze) o di uno strumento elettrico (D.I. Box); può essere utilizzato in

funzione della frequenza, nel qual caso prende il nome di equalizzatore.

La parola "amplificatore" insomma va presa un po' con le pinze: tenete conto che se

parlate di amplificatori con un amante dell'hi-fi, quest'ultimo visualizzerà

probabilmente questa immagine dell'amplificatore:

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Mentre un chitarrista penserà probabilmente a questa immagine:

e un tecnico di palco immaginerà forse qualcosa di simile a questo:

eccetera eccetera.

3.3 - Ma come funziona un amplificatore

Una immagine classica per comprendere l'uso dell'amplificatore è quello della

valvola, intesa in senso idraulico (la valvola elettronica, anche detta - più

propriamente - tubo a vuoto, prende il nome proprio dalla valvola idraulica).

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Tramite la valvola idraulica, è possibile controllare grandi pressioni d'acqua con un

minimo dispendio di energia.

Analogamente, un tubo a vuoto controlla l'entità del flusso di segnale.

Non è semplice dare una spiegazione del funzionamento dei tubi a vuoto senza prima

fornire una infarinatura di elettronica.

Possiamo però dire con una certa semplicità che, in presenza di una corrente

continua, nel tubo a vuoto si presenta una differenza di potenziale tra il catodo e

l'anodo (quest'ultimo detto placca nel tubo a vuoto).

Fra i due elementi, catodo e placca, si trova una rete a griglia di materiale metallico,

la quale svolge una funzione analoga a quella della valvola idraulica, regolando il

flusso di elettroni che si spostano dalla placca al catodo.

Lo schema che vediamo è quello di un particolare tubo a vuoto, il triodo.

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Quando il livello del segnale sulla griglia subisce variazioni anche minime,

corrispondentemente ci sono variazioni analoghe ma molto maggiori tra il catodo e la

placca.

Questo si traduce, come si vede nello schema esemplificativo, in una amplificazione

del segnale.

La maggior parte degli amplificatori attualmente sul mercato non utilizzano più i tubi

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a vuoto, eccezion fatta per apparecchiature particolarmente costose.

Sono invece molto diffuse le apparecchiature a transistor.

Il transistor (trans-resistor, ossia resistenza variabile) si basa su un principio elettrico

del tutto differente, ma nella sostanza simile, nel senso che l'azione svolta dal

transistor è identicamente assimilabile a quella della valvola che abbiamo visto

all'inizio.

Con una tensione di controllo alla base del transistor, è possibile creare una

variazione nella resistenza tra collettore ed emettitore, proporzionale alla tensione di

controllo ma molto maggiore. Questo si traduce in una amplificazione all'uscita del

dispositivo.

Lo schema di base di un amplificatore a transistor non è molto dissimile da quello di

un amplificatore "a valvola" (ossia a tubi a vuoto).

Nella pratica il transistor non opera in modo lineare, il che costringe ad operare una

correzione mediante un segnale di bias applicato alla base del transistor: questo

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segnale costringe il transistor ad operare in una zona di linearità.

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3.4 - Possibili problemi di un amplificatore

Sono due le principali difficoltà incontrate da un amplificatore: la prima è il

rumore, la seconda è la saturazione. Il rumore è dovuto alla circuiteria stessa, e può

essere più o meno presente nel segnale in uscita a seconda di come è progettata e

costruita la circuiteria stessa. Questo è un parametro molto importante in un

amplificatore, e dipende in genere dall' accuratezza del fabbricante.

E' ovvio che, nella maggioranza dei casi, amplificatori di fascia di prezzo più alta e

fabbricati da grandi produttori saranno i meno rumorosi, sebbene siano sempre

presenti eccezioni. La saturazione è invece un fenomeno che non dipende dalla

qualità del dispositivo, ma unicamente da tre valori: l'alimentazione, il rapporto di

guadagno e il valore del segnale in ingresso. Facciamo un esempio: Se l'amplificatore

ha un'alimentazione di 24 volt, ciò vuol dire che la massima tensione in uscita

possibile sarà di 24 volt. Tensioni maggiori produrranno necessariamente una

alterazione del segnale, essendo fisicamente impossibile per l'apparecchiatura una

uscita maggiore. Ora, immaginiamo che un segnale in ingresso abbia un valore di 0,5

volt e che l'amplificatore stia operando con un rapporto di guadagno di 30:1.

E' evidente con un semplicissimo calcolo che il valore di 0,5 volt moltiplicato per 30