Conoscere ALIMENTAZIONE & FILTRI Condizionatori di rete: quali vantaggi? O spitiamo un intervento di Garth Powell, ingegnere e progettista di Furman con l’obiettivo di valutare i vantaggi che portano i condizionatori di rete negli impianti A/V. Quanto serve davvero disporre di una buona linea di alimentazione? È risaputo che la corrente di rete, quella che quotidianamente preleviamo da una normale presa a 220 Va.c. porta con sè alcune caratteristiche negative, come l’instabilità e la presenza di disturbi di varia natura, tutti elementi che concorrono a ridurre, a volte sensibilmente, le prestazioni di un impianto A/V nel suo complesso. La riduzione della qualità è tanto maggiore quanto è più sofisticato il sistema da alimentare. Sovente, l’analisi che porta a definire quali componenti scegliere per realizzare un impianto AV tralascia di considerare anche soltanto i filtri di rete e, quindi, a maggior ragione di condizionatori di rete. E’ anche vero che il condizionatore deve essere utilizzato a ragion veduta, in presenza di importanti problematiche, ma se la qualità e le prestazioni del condizionatore di rete è tale da non incidere nella riduzione della dinamica complessiva dell’impianto, allora un suo utilizzo dovrebbe essere considerato con maggior frequenza. Quindi il problema si sposta dallo scegliere o meno un condizionatore di rete al fatto che conviene sceglierlo a patto che non provochi una diminuzione della dinamica. L’autore di questo articolo, Garth Powell, è impegnato quotidianamente nella progettazione di prodotti e tecnologie dedicati alla gestione della potenza elettrica e del condizionamento. Ha trascorso molti anni a 2 Sistemi Integrati - Audio/Video Volume 3 - 2010 confrontare filtri passivi e attivi progettati per ridurre il rumore di rete, regolatori di potenza, trasformatori d’isolamento, circuiti ferro-risonanti oltre a componenti e materiali esoterici che promettevano di ottenere “prestazioni superiori” dai sistemi AV di classe elevata. L’efficacia delle soluzioni tecnologiche a cui ha lavorato Garth possono essere facilmente misurate in un laboratorio osservando ad esempio, con un oscilloscopio, la riduzione del rumore di rete, oppure valutando la riduzione del rumore ottenuta dal filtro rispetto a un’ampiezza di banda predeterminata con le impedenze di carico che imitano una tipica linea di rete; però tutto ciò, ancora, non si traduce in un vantaggio prevedibile per i componenti AV di classe elevata che costituiscono un impianto. In effetti, ingegneri e progettisti di sistemi AV potrebbero affermare che la raffinatezza dei loro alimentatori rende irrilevante qualunque prodotto ausiliario di condizionamento della potenza di rete. Dopo tutto, se un alimentatore fosse perfetto, per definizione non lascerebbe passare alcun rumore. Garth ha progettato circuiti elettronici per oltre 30 anni e ammette che un alimentatore perfetto esiste solo in teoria. Il rumore e le distorsioni di rete si diffondono in vari modi, variando le prestazioni dei circuiti e questo argomento meriterebbe da solo un articolo a parte. Ci limiteremo così ad affermare che anche gli alimentatori lineari e switching più elaborati non possono ‘curare’ il rumore presente nel cavo di rete. Pertanto osserviamo il rumore corrente (i moderni alimentatori sono di tipo fast switch e il rumore corrente è presente durante i cicli e tra un ciclo e l’altro). L’impatto dei Condizionatori di rete nell’era dell’alta definizione Perché il rumore di rete ha effetto sui componenti ad alta risoluzione? In quale modo si manifesta? Per comprendere meglio il fenomeno, è importante conoscere i progressi registrati dal settore audio-video e confrontare passato e presente. Nell’odierna era digitale ‘ad alta definizione’ non possiamo più accettare supporti compressi e sottoposti a compromessi con una gamma dinamica compresa tra 20 e 50 dB, nonostante utilizziamo ancora abbondantemente la compressione per quegli ambienti rumorosi che traggono maggiore vantaggio da supporti dinamicamente limitati come, ad esempio, locali pubblici e automobili. Tuttavia, file WAV a 24 e 32 bit, SACD, DVDAudio, Blu-ray disk, TV ad alta definizione e radio possono richiedere rapporti segnale/ rumore pari o superiori a 90 dB e tale rapporto determina maggiormente la potenziale gamma dinamica di un sistema. Un rapporto segnale/ rumore compreso tra 80 e 100 dB si avvicina al limite di molti circuiti elettronici. Anche se gli alimentatori dei componenti riducono notevolmente il rumore senza eliminarlo del tutto, non si può avere la pretesa di raggiungere livelli elevati di purezza, perché il rumore stesso si accoppia inevitabilmente ai nostri segnali Audio/Video. In un’era in cui parte del segnale ad alta risoluzione risiede nella gamma dei microvolt, qualunque rumore in eccesso può letteralmente distorcere o annullare una parte significativa del segnale ad alta risoluzione. L’effetto di mascheramento Questo effetto si verifica quando un suono di una certa intensità e frequenza nasconde, ossia maschera, suoni di frequenze vicine e di intensità inferiori. L’effetto mascheramento è proprio della conformazione e del funzionamento dell’orecchio umano, non del maggiore o minore esercizio della facoltà uditiva. Non esistono quindi persone che non subiscano tale effetto percettivo. Quando il rumore di rete si mischia al segnale Audio/ Video e possiede un livello significativamente superiore alla maggior parte del segnale Audio/ Video stesso, una parte del segnale viene perso o, per meglio dire, mascherato/nascosto, cioè non rilevabile dall’orecchio umano. L’effetto di mascheramento può essere descritto come una distorsione che altera le prestazioni. Per rendere percettibile l’idea, è un po’ come posizionare un lenzuolo o un velo sopra un altoparlante, oppure come avere uno schermo video sporco di grasso o polvere. Per affrontare questo problema, i circuiti del filtro di rete (indipendentemente dalla topologia) devono coprire un’ampia gamma di frequenza e devono essere linearizzati in modo che l’effetto di mascheramento sia ridotto, per tutte le ottave critiche, nel modo più uniforme possibile. Negli ultimi decenni sono state implementate molte tecnologie di filtraggio nel tentativo di assicurare la massima risoluzione, tecnologie che hanno prodotto dei miglioramenti significativi. Eppure, in tanti sono ancora scettici e si pongono degli interrogativi. Quale potrà mai essere la differenza nel caso di moderne apparecchiature digitali? L’orecchio e l’occhio umano percepiranno la differenza? Esiste una differenza significativa tra diversi marchi o tipi di tecnologia? A sinistra: grafico dell’analisi del rumore in tempo reale, mostra la curva di attenuazione del rumore di un filtro per rumore AC standard. Si noti la forma irregolare della curva di uscita (linea verde). A sinistra: grafico della stessa analisi utilizzando la tecnologia a filtraggio lineare Furman. Come potete vedere la curva di attenuazione del rumore in uscita è liscia e lineare, senza i picchi di risonanza presenti nel filtro Sistemi Integrati - Audio/Video Volume 3 - 2010 3 Conoscere Test di confronto Dimostrare queste differenze può essere decisamente avvincente. La semplice misurazione in laboratorio del tasso di riduzione del rumore operata da un circuito filtro di rete, non assicura che l’effetto sarà simile sul contenuto del segnale. Inoltre, i test di ascolto e visualizzazione, per quanto soddisfacenti, sono soggettivi. Per il purista un test A-B sarà sempre lo “standard d’eccellenza”. La sfida lanciata da Garth Powell è stata quella di individuare un test che fosse scientifico e, allo stesso tempo, di facile comprensione (non pieno di pseudo-scienza e spiegazioni di fisica quantistica), e che tenesse traccia di ciò che i professionisti attenti hanno sentito o visto in un test di confronto A-B svolto con attenzione. Il test di seguito riportato ha permesso di fornire dati empirici, selezionati da effettivi componenti audio per audiofili e professionisti e registrati digitalmente in file WAV a 24 bit da 96 kHz ad alta risoluzione. Il test è stato eseguito con CD standard (red book, 16 bit, 44,1 kHz) aventi una gamma dinamica eccezionalmente ampia e strumenti acustici ben registrati. L’output digitale di un player CD YBE è stato inviato ad un convertitore Benchmark DAC1 D/A con un guadagno unitario fisso, connesso a converter-time clock Universal Audio 2192 A/D. Il segnale è stato acquisito da un Mac Pro2 tramite software BIAS Peak Pro. Da questa apparecchiatura è stato acquisito sei volte un campione di 5-10 secondi da ciascun CD. I test di riferimento non filtrati hanno utilizzato diverse prese di rete dedicate da 20 Amp per i molteplici componenti presenti. Per Analisi in frequenza del file differenza che evidenzia le frequenze audio udibili di un componente audio alimentato da un Furman IT-Reference 20i rispetto ad una semplice presa di rete 4 Sistemi Integrati - Audio/Video Volume 3 - 2010 rilevare facilmente l’effetto dei filtri di rete nei test, i riferimenti temporali dei file WAV digitali non filtrati e quelli dei file filtrati sono stati allineati perfettamente e caricati nel software Audio DiffMaker di Liberty Instruments. Quindi, il secondo file WAV filtrato è stato posizionato 180 gradi fuori fase rispetto al file WAV non filtrato di riferimento del test. A questo punto il nostro software di test (Audio DiffMaker) ha creato un file di differenza contenente solo le informazioni che altrimenti non esisterebbero senza il vantaggio del filtraggio di rete. Sebbene il livello del segnale sia risultato molto più basso rispetto all’originale, molti lettori resteranno sorpresi nello scoprire quanto sia stato facile ascoltare la prestazione originale nel file di differenza e, di nuovo, come le informazioni che state ascoltate non sarebbero potute esistere senza il circuito di condizionamento di rete. A causa degli elevati livelli di rumore presenti nelle attuali linee di rete (assieme all’alta risoluzione dei segnali audio-video odierni), anche i filtri di rete marginali possono fare una notevole differenza. Ma con l’aiuto del software Audio DiffMaker possiamo effettivamente misurare anche le differenze qualitative tra le tecnologie di filtraggio di rete. Affinché il software possa funzionare correttamente, è fondamentale che il sincronismo (tutti i picchi di segnale transitori) sia perfettamente allineato e che il volume (guadagno) corrisponda in modo preciso. Quando il programma elabora il file differenza, viene riportata in decibel la profondità di lettura per ogni canale di contenuto. Maggiore è il segnale picco-picco in decibel (e in tal modo la Analisi in frequenza del file differenza che evidenzia le frequenze audio udibili di un componente audio alimentato da un Furman IT-Reference 20i rispetto ad un condizionatore di rete di bassa qualità gamma dinamica totale disponibile, il rapporto segnale/rumore), maggiore sarà la misurazione della profondità di annullamento. Ciò che si dimostra è il miglioramento della gamma dinamica e della risoluzione del segnale che si ottiene con molte tecnologie di condizionamento di rete come Ultra-Wide Bandwidth Linear Filtering (filtraggio lineare di banda ultra-larga), Discrete Symmetrical Power (potenza simmetrica discreta) e Transient Power Factor Correction (rifasamento transitorio). Ciò che si può notare è che vi sono tecnologie di filtraggio-condizionamento in grado di fornire un contenuto ad alta risoluzione fino a 28 decibel superiore (maggiore gamma dinamica o risoluzione) rispetto ad altre tecnologie o a un simile sistema audio-video senza condizionamento della potenza di rete. Questo non deve essere confuso con la creazione di un sistema che sia più rumoroso di 28 decibel. Livello di nero del video, contrasto, luminosità, profondità, chiarezza, armoniche audio, contenuto spaziale e transitori sono molto più evidenti, perché non sono più mascherati dal rumore di rete. Altra cosa degna di nota è il file differenza che abbiamo ottenuto quando abbiamo connesso i componenti del test a un’altra serie di prese di rete non filtrate. In pratica, un annullamento totale tramite il file di differenza di Audio DiffMaker. Nello studio di registrazione in cui sono stati creati questi file è stato chiesto all’ingegnere del suono e ai suoi assistenti di valutare “da uno a dieci” il potere risolvente e la qualità del suono di ogni campione registrato nei diversi file con tecnologia di condizionamento di rete e nel file di riferimento non filtrato. Sebbene questi test non avessero un doppio organo di controllo per assicurarne la totale obbiettività, sono stati ben controllati ed eseguiti a distanza di pochi minuti l’uno dall’altro. Le persone che hanno partecipato si sono espresse con valutazioni positive durante la riproduzione dei file audio ottenuti dal condizionamento di rete, percependo una qualità dinamica migliorata. La scoperta è stata che maggiore era la gamma dinamica all’origine (rapporto segnale/ rumore) migliore è stata la valutazione data dai partecipanti durante la riproduzione del brani campione originali, ossia non si è avvertita la differenza. Questa è stata una di quelle rare volte in cui la soggettività e il test scientifico si sono ritrovate in accordo. Conclusioni I risultati ottenuti dai test appena descritti non lasciano dubbi sui reali vantaggi che derivano dall’impiego dei condizionatori di rete. Questi componenti svolgono un compito davvero efficace sulle prestazioni qualitative di un impianto audio video, ma non solo. E’ risaputo, inoltre, il lavoro di protezione svolto nei confronti delle apparecchiature collegate a valle, che si rivela prezioso in presenza di sbalzi di tensione generati, ad esempio, dai fulmini di un temporale. Si ringrazia per il contributo Garth Powell, ingegnere e progettista di Furman e Prase Engineering Srl Sistemi Integrati - Audio/Video Volume 3 - 2010 5