Fase e Sfasamento

2 01 2008

Questo primo capitolo vuole essere, più che una guida, una semplice introduzione e trattazione di un fenomeno molto particolare, sulla base del quale spendiamo ore e ore di regolazioni, aggiustamenti, settaggi, configurazioni, acquisti, scambi ecc.ecc. Iniziamo con il dire che il famoso ritardo temporale è proprio in strettissima relazione con la componente “fase” dei segnali musicali, così come lo sono i filtri di crossover, le reti di equalizzazione, le disposizioni degli altoparlanti, i cavi (sì sì, pure loro) e molto altro ancora.

Insomma, “tutto fa fase”…!

Ogni volta che il segnale attraversa un componente reattivo (non attivo, è ben diverso) si ha una variazione di fase. Ecco perchè alludevo anche ad altri componenti (come i cavi).

E’ quindi molto difficile, sopratutto rivolgendosi ai neofiti, redarre un vademecum dalla A alla Z della questione, proprio perchè riveste ruoli differenti in differenti applicazioni. Oggi vorrei cominciare spiegando cosa si celi dietro questo nome, tanto per aiutare anche coloro che già hanno letto l’articolo sull’allineamento e sui cablaggi ad inquadrare il problema.

In un segnale musicale di 100Hz, ad esempio, possiamo notare come il valore sull’asse y cambi continuamente entità, da un massimo sopra lo zero ad un minimo sotto lo zero, 100 volte al secondo. Come mai? Perchè un moto di questo genere è un classico esempio di moto armonico, e non di “rettilineo” uniforme (una corrente continua infatti non può essere ascoltata poichè non può generare campo magnetico che muova il cono, così come per lo stesso motivo una corrente continua ha bisogno di un circuito switching che crei un’alternata per poter essere innalzata a valori superiori tramite rapporto di trasformazione – ma questa è un’altra storia).

Un moto armonico può essere “letto” anche come la proiezione di un moto circolare uniforme lungo un suo diametro:

Qualche punto di rilievo significativo:

x=1; y=0; t=0
x=0; y=1; t=T/4
x=-1; y=0; t=T/2
x=0; y=-1; t=3/4T

In sostanza leggo su una scala differente il comportamento di P durante tutto l’arco del suo percorso. E da qui nasce la quastione della fase. Da qui riusciamo a capire profondamente il carattere frizzante di P, che varia nel tempo e modifica il suo valore a seconda del punto in cui si trovi sulla nostra bella circonferenza.

La fase, o meglio l’angolo di fase (la cui lettera associata è “fi”, φ), non è altro che l’angolo, espresso in radianti o in gradi, percorsi da P in quell’istante in cui noi lo chiamiamo e lo interroghiamo circa la sua posizione.

Nella formula del moto armonico x(t) = x0 + A cos (ωt + φ), notiamo infatti (tolto x0 che serve solo a spostare il punto iniziale della funzione) due componenti: la prima è quella che ci dice l’entità massima di P (A), la seconda è quella che inserisce una variabile gestita da una funzione trigonometrica (come il seno e il coseno) che ci racconta come varia il precedente valore in funzione stretta di quel particolare e determinato istante “t” in cui effettuiamo la rilevazione.

Passando alla pratica e ipotizzando che P parta sull’asse x e ruoti in senso antiorario:

t=0 φ=0
t=T/4 φ=90°
t=T/2 φ=180°
t=3/4T φ=270° (-90°)
t=T φ=360° (0°)

Ci siamo fin qui?
Bene.

Ora parliamo di ciò che a noi interessa di più: lo Sfasamento.

“Ho preso questo kit ma suona male, provo a girare più e meno?

Il kit è sempre quello, mica è double face come i maglioni… Rivolgiti ad un centro professionale autorizzato, magari, che sanno come ottimizzare la tua spesa…

Non essendo un argomento noto a tutti, si tende ad appiopparne la responsabilità dei problemi (ma questo è noto per la nostra umana concezione di tutto ciò che ci circonda, non solo strettamente a riguardo dell’Hi-Fi). Cominciamo subito con il dire che +e- o -e+ non significano niente, sono solo delle convenzioni (come AeB o 0e1) e collegare il vostro kit in un modo o nell’altro non cambierà la resa all’ascolto…

… Purchè non vi siano altre sorgenti sonore…

La musica se ne frega infatti della fase che mostra in quel dato momento, ed il nostro orecchio è ancor meno interessato. I problemi nascono quando le fasi di due o più componenti sono diverse TRA LORO!!!

Anzichè φ, analizzeremo Δφ, abbandonando la “fase” per discutere dello “sfasamento”. Come introdurre questa variabile nel precedente grafico? Non è possibile! E non è possibile perchè stavamo studiando un moto, mentre ora ne dobbiamo studiare due. Quindi nessuna modifica ma un nuovo disegno. Immaginiamo che P sia il woofer e che P’ sia il tweeter, capite bene che se andiamo a mettere mano alla fase di uno dei due discostandola dall’altra, creeremo uno sfasamento che non potrà non essere percepito. Ricordate questa immagine?

La controfase

Non è che quando P è al minimo inferiore è in controfase a P al massimo superiore, solamente è di fase inversa, ma questo non è un problema: è semplicemente il funzionamento di P. Il problema è quando P e P’ hanno fasi diverse nel medesimo istante, e allora sì che parleremo di controfase o di fase non omogenea…
Se Δφ è diverso da zero, significa appunto che vi è uno sfasamento tra i due altoparlanti e questi emetteranno un suono confuso e poco articolato sopratutto in concomitanza dell’incrocio (creando echi, riflessi e stranezze all’ascolto). E’ importantissimo quindi che P si muova in maniera identica a P’, partendo dal medesimo punto o ne andrà della risposta globale e della qualità di riproduzione (anche in sistemi semplici e poco pretenziosi). Purtroppo, però, le cause che creano questa differenza sono molteplici ed ognuna apporta il suo contributo:

1. IL SISTEMA DI ALTOPARLANTI
– Altoparlante (ha una sua rotazione di fase naturale)
– Distanza tra gli altoparlanti (generano un’onda, lungo il baffle che li collega, esattamente a metà della distanza tra i centri di emissione)
– Offset degli altoparlanti (montati su un piano, un woofer ha un centro di emissione più interno rispetto ad un tweeter, essendo a cono e non a cupola)
2. I FILTRI
– Crossover e reti di complemento (gli elementi reattivi operano uno sfasamento del segnale in ingresso, modificandolo in uscita)
3. L’ALLINEAMENTO TEMPORALE

E si capisce quindi che lo studio approfondito dell’allineamento temporale avrebbe senso se e solo se si potessero soddisfare le precedenti richieste, operando in vario modo per eliminare la “confusione di fase” dalla sorgente fino al driver. E su questo aspetto ci viene in aiuto l’ingegnerizzazione Home, che spesso gli installatori Car non considerano, credendo erroneamente che i ritardi siano la panacea di tutti gli impianti di riproduzione (o comunque senza farsene un grosso problema). E’ come dire: ho la camera in disordine, la chiudo e vado a dormire in soggiorno… Ma la camera è comunque ancora in disordine. Forse sarebbe meglio svuotarla, quindi, e riarredarla pian pianino con coscenza…

La prossima puntata vedremo come lo sfasamento si insinui nella nostra catena di riproduzione, ed in particolare, nelle 3 grosse famiglie sopra citate. Stay Tuned!


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