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Scheda 40

Limitatori, compressori, espansori

Sin dagli albori della registrazione audio, i tecnici hanno cercato di compattare sempre più segnale negli apparati di registrazione o di trasmissione. Poiché il range dinamico della voce umana o degli strumenti musicali comuni è molto maggiore di quello dei dischi o dei nastri magnetici convenzionali, sono state sviluppate apparecchiature che comprimono la dinamica del segnale rendendo suoni forti più deboli e suoni deboli più forti. Sfortunatamente alcuni processori audio creano ancora oggi dei problemi quando hanno a che fare con la dinamica della voce umana. Questi problemi includono sovraccarico degli amplificatori, pescaggio di rumore ambiente e sibilo eccessivo nel parlato. Gli apparati di variazione del range dinamico forniscono in uscita un segnale che differisce dall'originale solamente per il livello. Il guadagno dell'unità varia in funzione del livello in ingresso; la forma d'onda del segnale rimane teoricamente la stessa, ma la sua ampiezza cresce o diminuisce così come richiesto.
Se riportiamo in un grafico come varia la tensione di uscita di un amplificatore convenzionale in funzione del segnale di ingresso, otterremo quella che viene definita la sua curva di trasferimento che è, in questo caso, una retta a 45°. Il guadagno dell'amplificatore determina il punto dove la retta è posizionata nel grafico, ma la sua pendenza è sempre la stessa. Avremo modo di osservare più avanti come varia la curva di trasferimento negli amplificatori utilizzati per comprimere la dinamica del suono.
Figura 8_1
Compressori

Quando si utilizza un microfono, qualsiasi suo movimento causa una fluttuazione nel livello del segnale.
La soluzione di questo problema usualmente consiste nell'uso di compressori per ottenere un segnale audio di trasmissione più consistente sotto l'aspetto dell'energia. Molti pen­sano che, nella battaglia per un indice di ascolto più elevato, un segnale più forte catturi una "audience" maggiore. Questa teoria ha portato a una proliferazione di compressori ottimizzati per l'uso specifico. Questi apparati sono abbastanza complessi. Alcuni compressori forniscono addirittura prestazioni multibanda; in questa configurazione il compressore divide lo spettro in molte bande di frequenza e le elabora ciascuna in modo separato. Sebbene questo approccio produca un suono soggettivamente più consistente, il risultato è una risposta in frequenza che è funzione del livello.
Figura 8_2
Alcuni processori audio broadcast sono composti in realtà da un compressore vero e proprio e da un limitatore. Il compressore è usato per ridurre il range dinamico del segnale, il limitatore contiene le sovramodulazioni. Il compressore, come abbiamo già detto, aumenta il livello dei segnali deboli e diminuisce quello dei segnali forti in modo prestabilito. Un esempio è visualizzato nel grafico precedente che visualizza la curva di trasferimento tipica di un compressore. Come l'ampiezza del segnale di ingresso aumenta, L'ampiezza del segnale di uscita aumenta di una quantità minore. Quando il segnale di ingresso diminuisce, il segnale di uscita diminuisce di una quantità minore. Esiste sempre un punto in cui il livello di ingresso è uguale al livello di uscita: esso è definito punto di guadagno unitario. La pendenza della curva è definita rapporto di compressione, ed esprime il rapporto del livello di ingresso diviso per la variazione del livello di uscita al di sopra della soglia, cioè del livello al di sopra del quale inizia la compressione. Un compressore il cui livello di uscita aumenta di 1 dB ogni 3 dB di aumento del livello di ingresso viene detto avere un rapporto di compressione di 3:1.
Figura 8_3
I compressori sono classificati in due modi: diretti e a reazione. La figura precedente mostra i loro schemi a blocchi tipici. Il compressore a reazione è il più comune e vecchio dei due tipi. In esso il livello del segnale di uscita viene misurato e inviato all'elemento di controllo di guadagno dello stadio che lo precede. A un incremento del livello di ingresso L'uscita tende ad aumentare; tale aumento è rilevato dal circuito sensore di livello il quale comanda il circuito di controllo di guadagno per una corrispondente riduzione di ampiezza. La variazione di guadagno, di fatto, è una variazione della pendenza della caratteristica di compressione. Questi apparecchi sono facili da costruire e introducono correzioni automatiche a variazioni intrinseche degli elementi dei circuiti che li costituiscono. Tuttavia non garantiscono che L'uscita non superi il suo valore finale quando L'ingresso vana rapidamente, ossia al transitoria Il compressore di tipo diretto, invece, misura il livello di ingresso e genera la tensione di necessaria al circuito di controllo del guadagno prima che il segnale entri in quest'ultimo. Ciò evita i cosiddetti problemi di overshoot, ma impone caratteristiche molto più stringenti nei confronti dell'accuratezza dei circuiti di rilevazione del segnale, detti di level sensing, e di controllo del guadagno.
Limitatori

Molto spesso si ha a che fare con un segnale che è abbastanza costante come livello ma che occasionalmente presenta rapidi picchi di modulazione che portano il sistema a saturare o a distorcere. Esempi di questi picchi di modulazione sono i colpi di arma da fuoco o i suoni generati dai timpani in un'orchestra. Per correggere tali fluttuazioni di segnale è necessario un limitatore, cioè un apparato che opera come un normale amplificatore per segnali al di sotto di un determinato livello prefissato, ma che diventa un compressore per segnali che superano tale livello. La curva di trasferimento tipica di un limitatore è quella mostrata nel grafico seguente.
Figura 8_5
Il livello al quale il limitatore passa dal guadagno unitario alla compressione è definito, come abbiamo già detto, livello di soglia. Questo punto è, di norma, variabile in modo da permettere una regolazione della soglia di intervento in modo adeguato al prodotto audio da gestire. Al di sopra della soglia il comportamento del limitatore e, di conseguenza, la sua caratteristica di trasferimento diventano quelli di un compressore.
Il ginocchio della curva di trasferimento può essere ripido oppure arrotondato. Alcuni costruttori dichiarano che caratteristiche con ginocchio arrotondato provocano effetti meno udibili quando il limitatore entra in funzione. Tuttavia L'argomento è ancora molto dibattuto e, quindi, soggettivo. Come i compressori, anche i limitatori possono essere di tipo diretto o a reazione. I limitatori di tipo diretto richiedono caratteristiche del level sensing e degli elementi di controllo molto stringenti. l limitatori a reazione, invece, non richiedono specifiche particolari negli elementi circuitali, soprattutto se non sono richieste compressioni particolarmente precise.
Espansori

Gli espansori svolgono l'operazione inversa dei compressori; essi rendono più tenui segnali già deboli e più forti segnali già forti. La figura che segue illustra il comportamento tipico di un espansore. La pendenza delle rette è sempre maggiore di quella a 45° di un amplificatore lineare. Se un espansore fornisce un incremento di livello di ingresso di 1 dB, si dice che esso ha un rapporto di espansione di 3:1; esso compenserà in modo preciso una compressione di range dinamico di 3:1.
Figura 8_5
Copyright © 2000- Vincenzo Ferrara