Design ed utilizzo dei preamplificatori microfonici - 2 parte

11 Gen 2006

di Michele Viola

La seguente discussione, come la prima parte già pubblicata nel numero scorso, proviene da un interessante tutorial sull’argomento tenuto dal signor John LaGrou alla convention AES di Barcellona alla fine dello scorso maggio.

John LaGrou è il fondatore di Millennia Media, rinomata casa produttrice di preamplificatori microfonici di elevata qualità.

Nel tutorial, mister LaGrou ha voluto condividere parte della sua pluridecennale esperienza, in particolare dopo che i due anni di sperimentazioni sul progetto del preamplificatore Millennia HV-3 l’hanno portato ad ascoltare attentamente diversi preamplificatori microfonici costruiti secondo paradigmi di progettazione differenti, con l’obiettivo di studiare la configurazione e la topologia più adatte per la registrazione audio di un’orchestra sinfonica. I test comparativi non hanno incluso modelli di preamplificatori valvolari, dato che questi hanno un carattere molto distintivo ed un confronto diretto avrebbe avuto poco senso.

Nel seguito ho cercato di tradurre il discorso di mister LaGrou cercando di coglierne il senso e lo stile. Per ragioni di spazio è stato necessario dividere l’articolo in due parti: il discorso riprende qui proprio dal punto in cui è stato interrotto nel numero precedente.

L’impedenza d’ingresso

La scelta del valore dell’impedenza d’ingresso, in molti casi, è soprattutto questione di preferenze personali e dipende dal tipo di microfono che si utilizza.

Alcuni preamplificatori possono presentare un’impedenza d’ingresso di meno di 1000 Ω, altri intorno a 7-8000 Ω. Un valore comune va da 1000 a 2000 Ω.

Nelle specifiche dei microfoni Neumann, ad esempio, c’è scritto che non bisognerebbe scendere al di sotto di un rapporto minimo di 5:1 tra l’impedenza d’ingresso del preamplificatore e l’impedenza d’uscita del microfono; essendo l’impedenza d’uscita di un microfono tipicamente intorno ai 200 Ω, l’impedenza d’ingresso del pre non dovrebbe scendere al di sotto dei 1000 Ω. Spesso può essere bene un valore anche decisamente più alto. Nelle applicazioni di registrazione di musica classica, ad esempio, in cui vengono utilizzati microfoni a condensatore di qualità molto elevata, 10:1 o anche 20:1 sono una buona scelta: questo offre un buon grado di separazione tra l’elettronica e il microfono in uso; così il microfono non viene caricato dai circuiti successivi, cosa che gli permette di esprimere con la massima “forza” la conversione dell’energia acustica raccolta.

Tra l’altro l’impedenza d’ingresso non è una resistenza pura ma è piuttosto variabile con la frequenza.

Le specifiche

Molto spesso le specifiche di un pre microfonico sono formate da poche righe oggettive, che includono il guadagno di tensione, il rumore in ingresso, il CMRR e poche altre. Ci sono altre specifiche misurabili oggettivamente, come distorsione, slew rate, risposta in frequenza, risposta di fase.

Il fatto è che dalle specifiche è praticamente impossibile risalire alla qualità del suono; questa è una situazione in cui le specifiche oggettive non sono un indicatore valido per le prestazioni sonore: il giudice finale, per quanto riguarda la performance sonora di un pre microfonico, dovrebbe essere l’orecchio.

D’altra parte, in condizioni particolari, alcune specifiche influiscono in maniera abbastanza evidente sul comportamento del preamplificatore.

Ad esempio in una situazione, per altro piuttosto comune, in cui il microfono è collegato al pre tramite un lungo cavo in un ambiente elettricamente rumoroso, un CMRR sufficientemente alto aiuta a eliminare o almeno ad attenuare l’effetto deleterio di eventuali disturbi raccolti lungo il percorso.

Un’altra specifica importante è il guadagno in tensione. Alcuni preamplificatori offrono un guadagno che, anche se regolato al minimo, può essere troppo alto per qualche microfono che presenta una sensitività molto alta. Penso al microfono sul rullante di una batteria: 20 dB di guadagno minimo possono essere troppi e possono portare alla saturazione i circuiti elettronici successivi. D’altra parte, quando fosse necessario utilizzare microfoni con una sensibilità molto bassa o comunque con un basso segnale in uscita, occorrerà accertarsi di avere un sufficiente guadagno disponibile: un guadagno massimo di 50 o 60 dB è una scelta utilizzabile per la maggior parte delle applicazioni.

Qualità sonora e design

Il mercato rende oggi disponibili diversi preamplificatori integrati.

Si tratta di preamplificatori completi in un singolo circuito elettronico integrato: è sufficiente connettere un’alimentazione ed è tutto. I benefici di questo approccio sono: il costo estremamente basso, buone specifiche tecniche, semplicità di progetto e facilità di costruzione.

Tale topologia è comunemente usata nei pre di basso e a volte medio livello. Due componenti tipici e molto diffusi sono il Burr Brown INA-103 e l’Analog Devices SSM-2017; entrambi rappresentano comunque un compromesso, dato che colorano il segnale in maniera abbastanza evidente.

Non sono quindi una soluzione per la musica classica, ma possono rappresentare un ottimo compromesso per molti tipi di segnale: possono andar bene per molte applicazioni general purpose, o per il parlato... Per altro sono una soluzione solida e affidabile dal punto di vista costruttivo.

Un’altra soluzione comune è formata da un singolo operazionale preceduto da un trasformatore d’accoppiamento, come ad esempio un Jensen JT-13K6 seguito da un Philips NE5534. Operazionali come il venerabile 5534 possono esibire un buon prodotto guadagno-larghezza di banda, basso rumore ed un eccellente coefficiente di distorsione armonica.

Il trasformatore può migliorare la performance adattando l’impedenza della sorgente (il microfono) all’ingresso dell’operazionale. Occorre però fare molta attenzione ai trasformatori di livello basso o anche medio, diciamo nel range di costo dai 20 ai 40 dollari, che possono dare risultati piuttosto deludenti. In particolare le basse frequenze, come quelle della cassa di una batteria o di un grande organo, soffrono in maniera abbastanza sgradevole. Anche i migliori trasformatori hanno un effetto immediatamente riconoscibile, anche se l’utilizzo di trasformatori di migliore qualità porta ad un comportamento significativamente migliore. In ogni caso, il trasformatore non è un componente su cui cercare di risparmiare troppo. Una certa colorazione tipica dei trasformatori d’accoppiamento, sia essa leggera o drastica, è molto spesso desiderabile e, se questo è il colore che volete ottenere, il trasformatore migliore è la via da seguire. Secondo Rupert Neve, progettista di preamplificatori dal suono leggendario, un buon 80 % della qualità sonora di un preamplificatore è dovuta ai trasformatori d’accoppiamento in ingresso ed in uscita, più che dalla scelta dei componenti attivi o dalla tipologia circuitale.

Discreti ed ibridi

La qualità sonora dei circuiti totalmente discreti (cioè circuiti in cui i componenti attivi sono tutti discreti) è generalmente migliore rispetto alle altre topologie, ma il progetto è anche il più difficile da gestire tecnicamente. Dopo aver scartato – sacrificandola sull’altare dell’accuratezza – l’ipotesi di utilizzare dei trasformatori d’accoppiamento, trovare un buon compromesso tra correnti di riposo, guadagni, stabilità e, soprattutto, neutralità sonora, è francamente molto complicato e al di là delle possibilità di molti progettisti. Oggi sul mercato ci sono dei preamplificatori totalmente discreti molto ben fatti, in classe A e senza trasformatori d’accoppiamento – mi viene in mente il nome di George Massemburg – che suonano molto bene ed hanno una neutralità ed una personalità impossibili da emulare con altre topologie circuitali.

I circuiti ibridi sono composti da componenti discreti e circuiti integrati sulla stessa scheda. Per questa tipologia di preamplificatori microfonici, quelli più convincenti per un utilizzo professionale sono costruiti intorno ad un approccio progettuale “double balanced”, ovvero formato sostanzialmente da due catene di preamplificazione identiche e simmetriche, una per il segnale hot e l’altra per il segnale cold. Questa configurazione è stata proposta probabilmente per la prima intorno al 1984 volta da un signore australiano di nome Graham Cohen che lavorava per Philips Microelectronics. Questa naturale e brillante topologia riesce a mantenere la natura bilanciata del segnale microfonico lungo tutto il percorso del segnale nel preamplificatore, dall’ingresso all’uscita.

Molti moderni preamplificatori sbilanciano il segnale d’ingresso, con un trasformatore o con qualche altra tecnica di sbilanciamento elettronica, poi amplificano questo segnale sbilanciato ed infine lo ri-bilanciano in uscita per mezzo di un altro trasformatore o di un altro circuito elettronico dedicato; in questo modo si aggiungono due stadi ulteriori al processo, due stadi in realtà non necessari. Tra l’altro questo processo, nel bene e nel male, rappresenta un’altra fonte di colorazione sonora: può eventualmente essere desiderabile ma, come minimo, è riconoscibile.

Per quanto riguarda i circuiti integrati, qualche interessante considerazione si può fare a proposito degli operazionali progettati per i segnali video. Questo tipo di circuiti presenta delle caratteristiche davvero ottimali sulla carta: bassissima distorsione, alto slew rate, ottima risposta in frequenza. Queste specifiche si ritrovano nei test elettrici, ma con un semplice test d’ascolto si nota che questi operazionali non suonano altrettanto bene: questo è evidentemente un altro esempio in cui le specifiche non sono sufficienti per descrivere il reale comportamento sonoro di un circuito elettronico. Questo è il motivo per cui, a dispetto delle ottime specifiche, non si trovano sul mercato preamplificatori audio basati su operazionali video: semplicemente non superano un test d’ascolto. Così, non è possibile dedurre come suona un qualsiasi dispositivo solamente leggendo le specifiche, occorre ascoltarlo.

Certo, prima di imbarcarsi in un progetto complesso basato su un dato componente [o prima di un acquisto importante ndr] è utile leggere le specifiche, ma la decisione finale dev’essere basata sull’ascolto. Anche se ad alcuni può sembrare strano, non esiste una relazione significativa tra la valutazione soggettiva di qualità e le misure di THD e IMD e persino le caratteristiche spettrali.

Altre caratteristiche circuitali che possono avere un impatto significativo sulla qualità sonora di un preamplificatore sono il layout su PCB, il progetto dell’alimentazione e della stabilizzazione della stessa, il riferimento a terra (ground sensing), il disaccoppiamento dell’alimentatore e, soprattutto, la strategia di accoppiamento tra i vari stadi e tra sorgente e ingresso come tra uscita e carico. Anche l’accoppiamento a condensatore è un fattore spesso critico: i condensatori di accoppiamento vanno scelti con molta cura, dato che contribuiscono non poco alla colorazione sonora del dispositivo.

Conclusioni

Tutti i preamplificatori microfonici aggiungono qualcosa al segnale che li attraversa, esibendo una più o meno marcata colorazione. Tra l’altro ciascun preamplificatore suonerà in maniera differente se accoppiato ad un microfono piuttosto che ad un altro.

Per quanto riguarda le specifiche e le misure, purtroppo non sembra ci sia modo di esprimere numericamente in maniera oggettiva e significativa la qualità sonora di un preamplificatore. L’unico modo per valutare la qualità di un preamplificatore è in definitiva l’ascolto. Accurati test d’ascolto portano ad affermare, in accordo con l’esperienza di molti professionisti, che una certa colorazione sonora può risultare decisamente gradevole.

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