Rumore: Riduzione del rumore

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Quello che abbiamo scoperto finora riguardo al rumore non è incoraggiante. È presente pressoché in ogni circostanza ci troviamo ad operare, tuttavia è qualcosa che dobbiamo assolutamente eliminare o per lo meno ridurre. Il quadro però non è così negativo se pensiamo che il rumore, benché presente, spesso ha un'ampiezza limitata che viene facilmente sovrastata dal segnale audio. Per ogni tipologia di rumore è stata trovata una contromisura più o meno efficace. Con riferimento al paragrafo precedente, vediamo per ogni tipo di rumore citato la corrispondente tecnica per la sua riduzione.

16.5.1. Riduzione del rumore a banda stretta

Per i rumori di tipo HVAC o quelli dovuti a vibrazioni non si può fare molto se non agire sulla banda di frequenze coinvolte e attenuarla. Tuttavia si tratta di una soluzione poco pulita e da adottare in casi estremi in quanto, oltre al rumore, viene attenuato anche il segnale audio che stiamo trattando nella banda selezionata. Riguardo ai ronzii dovuti a discontinuità del sistema di alimentazione il rimedio migliore consiste nel prevedere due quadri di alimentazione indipendenti, uno per gli elementi HVAC e uno per i macchinari audio.



16.5.2. Riduzione delle interferenze elettromagnetiche

Come dice il nome si tratta di emissioni che trasportano un campo elettrico e uno magnetico (per una più esauriente trattazione riguardo alle onde elettromagnetiche riferirsi ad un qualsiasi testo di fisica). Entrambi generano un disturbo sul segnale sonoro trasportato su un cavo elettrico con frequenze pari a quelle trasportate dall'onda elettromagnetica. Questi disturbi colpiscono principalmente i cavi microfonici in quanto su questi transitano segnali di intensità molto bassa. Per schermare i cavi rispetto a questi disturbi si impiegano due diversi accorgimenti. Per arrestare il campo elettrico si costruisce una gabbia di Faraday cioè un rivestimento metallico attorno al cavo ossia si circondano i conduttori che trasportano il segnale con una maglia metallica. Questo tipo di rivestimento ha la proprietà di eliminare il campo elettrico al proprio interno (anche in questo caso un testo di fisica consente di approfondire la questione).

Per arrestare il campo magnetico (in realtà questa tecnica agisce su qualsiasi tipo di disturbo) all'interno del cavo microfonico vengono previsti due conduttori che trasportano il segnale avvolti a spirale. Sul primo conduttore scorre il segnale audio, sul secondo scorre lo stesso segnale invertito di fase. I due conduttori vengono avvolti a spirale perché in questo modo il campo magnetico investe mediamente entrambi i conduttori allo stesso modo. Quando i due segnali arrivano al mixer, il secondo segnale viene nuovamente invertito di fase e i due segnali così ottenuti vengono sommati. Questo porta ad un raddoppio dell'ampiezza del segnale originario e una cancellazione del rumore che a questo punto si trova invertito di fase sui due conduttori.

La figura seguente mostra le diverse fasi dell'operazione.

Rumore - Riduzione del rumore su un cavo microfonico

Riduzione del rumore su un cavo microfonico

Vediamo nel dettaglio le varie fasi di questa manipolazione:

  • (a): Supponiamo che per semplicità il segnale di ingresso sia una sinusoide

  • (b): Il segnale viene sdoppiato e una delle copie viene invertita di fase

  • (c): I segnali attraversano il cavo e sono soggetti alla stessa interferenza elettromagnetica e dunque presentano la stessa distorsione

  • (d): Il segnale che prima era stato invertito di fase viene di nuovo invertito e ora le due sinusoidi sono di nuovo in fase mentre il rumore è invertito di fase sui due segnali.

  • (e): I due segnali vengono sommati con il risultato di ottenere la sinusoide originaria con ampiezza raddoppiata in cui si è ottenuta una cancellazione del rumore.

Lo stesso trucco viene impiegato sui pickup humbucking delle chitarre elettriche (osservando un humbucking si noterà infatti che è composto da due pickup single-coil. Ecco, tra l'altro, perché il suono dell'humbucking è il più potente tra i suoni di tutti i pickup).

Questo tipo di collegamento viene detto bilanciato [Connessioni elettriche bilanciate ] e viene sempre utilizzato in ambito professionale. Quando invece un collegamento prevede solo il conduttore che porta il segnale più la massa (è la calza metallica che avvolge il conduttore), il collegamento viene detto sbilanciato [Connessioni elettriche sbilanciate ] . In questo caso rimane la schermatura al campo elettrico mentre viene meno quella per il campo magnetico.



16.5.3. Riduzione del rumore a banda larga

In questo caso il rumore coinvolge tutto le spettro di frequenze udibili quindi è necessario un intervento sull'intero segnale audio. L'esempio più classico è quello del fruscio intrinsecamente presente quando viene utilizzato un supporto magnetico per la registrazione analogica. Il procedimento di riduzione di questo rumore prevede un intervento suddiviso in tre fasi successive: compressione, espansione ed equalizzazione.

Rumore - Schema logico del circuito di riduzione del rumore

Schema logico del circuito di riduzione del rumore

Nella figura precedente viene descritto il procedimento di riduzione del rumore. Nel nostro esempio il segnale da registrare ha una dinamica di 90 dB, il rumore si trova al di sopra del valore minimo della dinamica cioè coprirebbe i suoni più bassi del segnale originario. Operiamo allora una compressione 2:1 sull'intero segnale audio e la amplifichiamo prima di registrarlo (segnale codificato). In questo modo, a causa della compressione abbiamo potuto amplificare il segnale senza mandare il nastro in saturazione e allo stesso tempo l'intera dinamica del nostro segnale si trova ora al di sopra del rumore (segnale su nastro magnetico). Quando recuperiamo il segnale dal nastro (decodifica) operiamo un'espansione 1:2 ripristinando il segnale originario. La novità è che ora il rumore è finito molto più in basso sull'asse della dinamica: ora si trova al di sotto del valore minimo della dinamica. Dunque il suono più basso del nostro segnale è in grado di coprire il rumore e noi abbiamo raggiunto il risultato che volevamo.

Nella figura successiva viene mostrato il procedimento da un altro punto di vista. In questo caso in fase di codifica vediamo come la curva di compressione (in questo caso una retta) schiacci la dinamica del segnale di ingresso. Nella fase centrale vediamo come amplificando il segnale compresso prima di registrarlo, lo portiamo sopra il rumore di fondo del nastro. La fase di decodifica ci mostra la curva di espansione e come questa restituisca un rumore di fondo al di sotto del valore minimo del segnale originario.

Rumore - Dinamica del segnale durante le tre fasi di riduzione del rumore

Dinamica del segnale durante le tre fasi di riduzione del rumore

Questo è il principio su cui si basa la riduzione del rumore a banda larga. A partire da questo vengono poi introdotti accorgimenti minori che raffinano ulteriormente l'efficacia della riduzione. Uno di questi consiste nell'introduzione di un'operazione di equalizzazione che viene chiamata pre-enfasi. Dato che il fruscio del nastro magnetico viene percepito maggiormente alle alte frequenze si può pensare di migliorare il procedimento di compressione/espansione amplificando le alte frequenze del segnale originario. Il procedimento viene descritto nella figura seguente. La prima fase mostra l'azione della pre-enfasi in cui le alte frequenze del segnale vengono amplificate. La seconda fase mostra la registrazione del segnale su nastro magnetico. Nella terza fase le alte frequenze vengono attenuate in modo da ripristinare il segnale originario; in questo modo si sono attenuate anche le alte frequenze contenute nel rumore.

Rumore - Pre-enfasi del segnale

Pre-enfasi del segnale










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