Audio per Windows (parte quinta)

Audio per Windows, il nuovo CAD di AUDIOreview

Questa puntata conclude la presentazione delle nuove funzioni di AUDIO per Windows. Su molti degli aspetti considerati torneremo probabilmente in futuro con delle applicazioni pratiche.

Come molti degli utenti di AFW già sanno sin dal primo lancio, con questo programma è possibile gestire configurazioni di tipo serie sia per gli altoparlanti che per i filtri, nonché configurazioni miste serie-parallelo di entrambi. Poiché, anche con “sole” 5 vie a disposizione, tale opzione porta ad un numero quasi illimitato di configurazioni (molte delle quali peraltro prive di applicazioni pratiche, anche se la fantasia dei progettisti di sistemi di altoparlanti non tollera notoriamente confini…), per poterle gestire è stato sviluppato un vero e proprio “solver” circuitale, concettualmente non dissimile da quelli impiegati ad esempio nei CAD per lo sviluppo di circuiti stampati. Si tratta di una soluzione piuttosto complessa dal punto di vista teorico ed implementativo, che spero di aver sviluppato correttamente – d’altro canto, è persino banale considerare che non metteremmo mai in diffusione un nostro programma prima di averlo testato a lungo – e che fino ad oggi risulta comunque funzionare senza intoppi. L’impiego di un “motore” di calcolo permette inoltre di estendere facilmente la gestione a strutture ancora più complesse, ed in particolare a maggior numero di vie; a tal proposito, vorrei comunque rispondere a chi si è chiesto il perché della limitazione a 5 delle vie trattabili in contemporanea. I motivi sono due: il primo – più volte descritto, ma sul quale non ci stancheremo mai di tornare – è che lo scopo di AUDIO per Windows è di simulare la realtà, non di vantare un numero record di vie o sistemi gestibili allo stesso tempo; questo risultato, già arduo da raggiungere con un 3 vie di media complessità, diventa proporzionalmente più difficile all’aumentare delle vie e quindi della complessità geometrica ed elettrica del sistema. Il secondo è che molto raramente anche i più esperti progettisti di professione si inerpicano (talvolta senza più riuscire a scendere, tant’è che sovente abbandonano la scalata…) in sistemi a più di 5 vie, sub compreso: dare ad un appassionato la possibilità teorica di mettere insieme 6, 7 o più vie significa quindi – a nostro modo di vedere le cose – prenderlo bellamente in giro, far credere che un programma possa bypassare tutto l’enorme bagaglio di conoscenze che sono comunque necessarie per progettare sistemi di livello molto elevato.
Approfittiamo di aver qui toccato l’argomento “bachi” di funzionamento per informare che tutti quelli che ci sono stati segnalati sino ad oggi (febbraio 2002) sono stati risolti e che il programma per correggere la propria copia registrata di AUDIO per Windows può essere scaricato gratuitamente dal nostro sito Internet (www.audioreview.it); lo stesso ovviamente avverrà in futuro.

 

Serializzazione-parallelizzazione di altoparlanti

In WinCross erano necessari degli escamotage per simulare situazioni tutto sommato abbastanza frequenti, come ad esempio la parallelizzazione o la serializzazione di altoparlanti. Per mettere in parallelo occorreva dotare ciascun altoparlante di un filtro proprio, calibrato per una impedenza nominale doppia rispetto a quella del filtro reale, che poi nella realtà sarebbe stato impiegato per filtrare i due trasduttori messi in parallelo. Per mettere in serie occorreva non solo fare la stessa operazione al contrario (i singoli filtri andavano calcolati per un’impedenza dimezzata rispetto a quella finale) ma pure alterare artificiosamente la sensibilità dei trasduttori riducendola di 6 dB; anche in questo modo non si poteva tuttavia simulare l’impedenza, a meno di non alterare pure quella (operazione anche questa non banale). In AFW è tutto molto semplice. Partiamo dal sistema “massimo” a 5 vie opportunamente “sgrossato” di 4 amplificatori visibile in figura 1a. Se eseguiamo un click sopra, ad esempio, il mid basso, verrà visualizzato il menù di pop-up di figura 1b, ove compaiono abilitate (perché in questo contesto è possibile) le voci “serializza” e “parallelizza”. Se optiamo per la prima, tutti gli altoparlanti “papabili” per effettuare l’accoppiamento risulteranno ciclicamente riquadrati, in modo rotatorio (fig. 1c), per significare che con essi l’operazione può essere effettuata. Scegliendone uno con un click, ad esempio il mid alto, il programma riarrangerà la struttura, come visibile in figura 1d. Se poi, operando in modo del tutto analogo, decidiamo di mettere in parallelo woofer e tweeter, arriveremo alla figura 1e. Si tratta naturalmente di uno di quegli assetti completamente assurdi citati all’inizio, ma quel che ovviamente volevamo illustrare era il modo di operare. In figura 2 vediamo peraltro un assetto utile, relativo ad un D’Appolito a 3 vie.

Figura 1a.

Figura 1a.

Figura 1b

Figura 1b

Figura 1c

Figura 1c

Figura 1d

Figura 1d

Figura 1e

Figura 1e

Figura 2

Figura 2

Non ci sono altre indicazioni, se non che inutilmente si potrebbe tentare di effettuare accoppiamenti di trasduttori alimentati da amplificatori diversi. I check inseriti non consentono operazioni che nella realtà produrrebbero danni ai componenti coinvolti.

 

Serializzazione-parallelizzazione di filtri

In AFW i filtri possono essere serializzati e parallelizzati esattamente come gli altoparlanti, pur ovviamente rimanendo quella parallelo la configurazione di default. La sequenza delle figure 3a-e equivale a quella vista per i trasduttori e porta ad una struttura in cui il filtro del midwoofer è in serie a quello del woofer, ed i filtri delle restanti vie sono pure in serie a cascata. In figura 4 compare invece un esempio di sistema particolarmente complesso: 4 vie biamplificate e condizionate, con quelle inferiori pilotate in corrente e tagliate con crossover serie, vie superiori con i mid in serie e crossover di tipo parallelo.
L’unico aspetto che occorre citare in questa descrizione generale del funzionamento è che la modifica delle connessioni, se non comporta l’eliminazione di blocchi funzionali, è conservativa, ovvero permette di ripristinare la condizione di partenza.

Figura 3a

Figura 3a

Figura 3b

Figura 3b

Figura 3c

Figura 3c

Figura 3d

Figura 3d

Figura 3e

Figura 3e

Figura 4

Figura 4

Calcolo di filtri serie

Non avrebbe avuto molto senso prevedere la possibilità di connettere in serie i filtri se poi il programma non avesse consentito la gestione dei filtri serie (!). Di conseguenza, la vecchia finestra di definizione dei filtri passivi di WinCross (fig. 5a) diventa quella di figura 5b, pressoché identica alla prima se non per il fondamentale pannello “Natura del filtro” che compare in alto a destra. Se in questo viene selezionata l’opzione “Parallelo”, la struttura geometrica del filtro cambia, perché dal punto di vista posizionale un filtro di tipo serie è disposto in modo diverso da un equipollente parallelo (in estrema sintesi la disposizione è speculare, e negli ordini dispari una induttanza in serie al primo posto viene sostituita da un condensatore in parallelo, e viceversa). Non è questa la sede per approfondire l’argomento dei filtri serie sotto il profilo teorico, e rimandiamo per questo agli articoli di Umberto Nicolao pubblicati od in corso di pubblicazione. Riportiamo solo qualche osservazione generale.

Figura 5a

Figura 5a. Finestra di definizione dei filtri passivi utilizzata in WinCross.

Figura 5b

Figura 5b. La nuova finestra di AUDIO per Windows, che contempla anche i filtri di tipo serie.

  1. Gli amplificatori impiegati usualmente in alta fedeltà sono amplificatori di tensione: con questi, i filtri di tipo parallelo di ogni singola via possono essere dimensionati a prescindere (almeno in prima approssimazione) da quanto avviene a livello elettrico sulle altre vie, perché l’unica possibilità di interferenza si riduce alla piccola impedenza di modo comune associata all’amplificatore ed ai cavi di collegamento. Se l’amplificatore ha un fattore di smorzamento molto alto (dell’ordine delle centinaia) ed i collegamenti sono di tipo multi-wiring, allora tali interferenze si possono in pratica considerare nulle. All’opposto, se i filtri sono di tipo serie, tutto quanto avviene su una via (non solo in termini di risposte statiche, ma anche di alterazioni dinamiche, dovute ad esempio a surriscaldamenti, non linearità, etc.) ha effetti diretti su tutte le altre connesse allo stesso amplificatore: ciò perché i filtri serie operano in base al principio di ripartizione delle tensioni. Proprio però perché intrinsecamente interferenti, i filtri serie possono dar luogo a comportamenti molto complessi, che un progettista esperto può sfruttare a proprio vantaggio per ottenere risultati che con i filtri paralleli avrebbero richiesto circuiti più complicati e costosi (o non sarebbero possibili del tutto).
  2. Se l’amplificazione è in pura corrente, allora, come già sottolineato nella puntata precedente, è possibile ragionare con i crossover serie esattamente come, con gli amplificatori di tensione, si ragiona con i crossover di tipo parallelo. Poiché infatti la corrente che attraversa ogni ramo è la stessa a prescindere dalla sua impedenza, quel che giunge all’altoparlante dipende solo dall’opera di “shunt” operata dal suo filtro e non dalle impedenze degli altri rami serializzati.

Anche se AFW è in grado di simulare filtri di tipo serie fino al sesto ordine, ovvero lo stesso dei filtri di tipo parallelo, le funzioni generalizzate di calcolo degli allineamenti funzionano solo fino al secondo ordine; l’unica eccezione sono gli allineamenti Butterworth, che grazie ad una particolare simmetria della funzione di trasferimento possono essere calcolati fino al sesto. D’altro canto – è persino banale sottolinearlo – quando si parla di “allineamenti” con filtri di tipo passivo si effettua subito ed automaticamente una grossa semplificazione, visto che la funzione di trasferimento che a quel certo allineamento compete è soddisfatta solo se le reattanze presenti sono prive di perdite (il che non è, specie per le induttanze) e soprattutto se il carico è una pura resistenza (e questa è un’assunzione davvero sbagliata se non in casi molto particolari). Ne consegue che l’approccio allo sviluppo di un filtro di tipo serie è – ancor più di quanto in parte lo sia comunque con i filtri di tipo parallelo – fondamentalmente empirico: dato il set degli altoparlanti prescelti e le prime ipotesi di ordine elettrico e frequenza di taglio, si può partire da un allineamento “Butterworth” e poi di lì muoversi per ottimizzare il sistema, mettendo a priori in conto un numero molto più elevato di tentativi per giungere al risultato desiderato. Inoltre, è basilare sottolineare che se con i crossover paralleli si può in parte “glissare” sulla precisione delle curve d’impedenza degli altoparlanti, nel caso dei crossover serie gli errori creano sbilanciamenti in cascata su tutti gli altoparlanti coinvolti.

 

I pannelli di montaggio

In WinCross (fig. 6a) era possibile simulare un solo pannello di montaggio degli altoparlanti, e per simulare offset di profondità, comunque molto limitati, occorreva ricorrere al “trucco” della linea a ritardo costante da introdurre nella sezione degli elaboratori di segnale. In AUDIO per Windows (fig. 6b) è possibile:

  1. usare tanti pannelli quanti sono gli altoparlanti (5). Ogni singolo pannello può ospitare anche tutti gli altoparlanti, oppure essere del tutto inutilizzato
  2. modificare i pannelli fino ad assumere forme trapezoidali anche asimmetriche (fig. 7) ed al limite triangolari, agendo sulla dimensione della base superiore e sul suo offset. Per ogni singolo pannello persiste la possibilità di definire uno specifico angolo interno con ogni laterale confinante
  3. definire, per ogni singolo pannello, un angolo di inclinazione verticale. Valori positivi corrispondono ad una rotazione all’indietro (verso il lato magneti), il range utilizzabile va da -89.99 a 89.99 gradi
  4. definire, per ogni singolo pannello, un offset orizzontale (traslazione verso destra, guardando il pannello) ed uno verticale (traslazione verso l’alto). Entrambi possono essere solo positivi e non maggiori di 400 cm (inclusa la dimensione del pannello). È altresì possibile (finalmente!) introdurre un offset di profondità positivo (allontanamento) o negativo.
Figura 6a

Figura 6a. Finestra di definizione del pannello di montaggio degli altoparlanti utilizzata in WinCross.

Figura 6b

Figura 6b. La nuova finestra di AUDIO per Windows è notevolmente più articolata e flessibile.

Figura 7

Figura 7. I 5 pannelli gestibili da AUDIO per Windows possono assumere anche forme trapezoidali asimmetriche…

Figura 8

… e al limite anche triangolari.

Il riferimento, inamovibile, geometrico generale del sistema continua ad essere il vertice inferiore sinistro del pannello numero 1; ogni richiesta implicante un suo spostamento genera un messaggio che ricorda tale vincolo. Messaggi analoghi (fig. 9) vengono emessi qualora, in fase di simulazione globale, angoli ed offset impostati comportino una posizione del microfono posteriore a quella dei trasduttori.

Figura 9

Figura 9. Una parte rilevantissima del codice di AFW è dedicata al controllo della congruenza delle operazioni. In questo caso l’angolazione verticale del pannello era tale che, con la posizione di microfono impostata, quest’ultimo veniva a trovarsi dietro un trasduttore.

In pratica, con AUDIO per Windows è possibile simulare l’effetto delle diffrazioni di una qualsiasi struttura piana (ovvero a superfici non stondate), ed il motivo è l’estrema onerosità computazionale (oltre che teorica ed implementativa) che una superficie non piana comporterebbe. Ricordiamo a tal proposito che se il bombardiere americano F-117 “Stealth” ha una fusoliera fatta di pannelli piani, ciò non dipende da esigenze tecniche di alcun tipo (anzi, anche per questo è tra i meno stabili degli aerovelivoli) bensì dal fatto che quando ne venne iniziata la progettazione non esistevano (nonostante i fondi pressoché illimitati a disposizione della Lockeed) risorse di calcolo sufficienti a simulare la RCS (Radar Cross Section) di una superficie curva; quando invece fu la volta del B-2, i maggiori supercomputer si erano evoluti a sufficienza, ed il risultato è ben visibile nelle forme affusolate che caratterizzano questa macchina.
L’unica reale limitazione consiste nell’indisponibilità di una funzione di rotazione orizzontale. Il sottoscritto non l’ha inserita perché l’unica situazione in cui ciò potrebbe avere senso è quella in cui ad essere ruotato è un woofer con un taglio molto basso, od addirittura un sub, ed in queste condizioni l’emissione e del tutto omnidirezionale. Ad ogni modo, come si può vedere nelle figure, il posto che compete a questo parametro è previsto ma vuoto, e se ci saranno richieste in tal senso lo riempiremo nelle prossime versioni.

 

Calcolo di passa-tutto attivi

Su AR nn. 169/170 abbiamo trattato diffusamente delle reti attive e passive all-pass (passa-tutto), alias di “ritardo”, ovvero di quei circuiti che consegnano all’uscita un segnale di identico modulo rispetto a quello applicato all’ingresso, ma sfasato (ed in particolare ritardato) secondo un andamento pressoché lineare dalla continua fino alla frequenza di taglio. In quell’occasione abbiamo illustrato la difficoltà estrema di realizzazione di celle passive di ordine elevato, per gli stessi motivi sopra citati a proposito della messa a punto dei crossover serie; con l’elettronica il discorso è ovviamente ben diverso ed è per questo che AFW consente di dimensionare filtri passa-tutto attivi dal primo al dodicesimo ordine (corrispondente a 6 stadi + buffer in cascata: in pratica il massimo che si possa avere senza incappare in eccessivi problemi di rumore o di aleatorietà associate alle tolleranze dei componenti). Il menù di progetto è quello di figura 10, ove si può vedere come, oltre ai parametri di base comuni alle altre tipologie di filtri previste da AFW (impedenza d’ingresso e ripple, quest’ultimo da indicare solo se si richiede un allineamento Chebychev), il fondamentale parametro del ritardo può essere richiesto in 3 forme equivalenti: frequenza di taglio, ritardo di gruppo (in banda passante) e distanza, ove quest’ultima corrisponde alla distanza percorsa dal suono in un tempo pari al ritardo di gruppo in banda passante. Da notare che la struttura riportata, undicesimo ordine alla Bessel con taglio a 22 kHz, è quasi la massima calcolabile (e realizzabile) tra quelle che consentono di traslare coerentemente nel tempo l’intera banda audio (in altri termini, un impulso riprodotto da un CD player verrebbe mantenuto inalterato nella forma da questa rete), e tuttavia ritarda per meno di 121 µs, corrispondenti a 4,1 cm; con il dodicesimo ordine si arriverebbe a 4,5 cm. Come detto a suo tempo nella citata monografia, solo i woofer (che di norma vanno semmai anticipati!) possono essere ritardati in modo notevole (con un taglio a 600 Hz l’allontanamento virtuale potrebbe giungere ad un metro e mezzo), e secondariamente i midrange (per circa un ordine di grandezza in meno).
In figura 11 vediamo la risposta in termini di fase e group delay del filtro di figura 10, ove si può notare la presenza del pulsante “Assegna risposta ad elaboratore”: premendolo, apparirà una finestra di pop-up che consentirà di associare la risposta del filtro passa-tutto così calcolato ad uno degli elaboratori di segnale presenti nel sistema che si sta progettando.

Figura 10

Figura 10. Il menù di progettazione dei filtri passa-tutto attivi.

Elaborazioni-analisi su sequenze audio PCM

Tra gli strumenti inseriti in AFW c’è anche il The AUDIO Tool, che presentammo su queste pagine alcuni anni or sono e che consente di effettuare particolari analisi ed elaborazioni su sequenze di segnali PCM, mono o stereo, tra cui il denoising. Su di esso non diremo nulla, perché ne trattammo diffusamente a suo tempo e soprattutto perché il relativo articolo è presente nel CD-Rom con cui viene fornito AUDIO per Windows.

Figura 11

Figura 11. Dei filtri all-pass è possibile simulare il ritardo e la risposta in fase, ed è anche possibile trasferire direttamente la loro funzione di trasferimento ad uno qualunque degli elaboratori di segnale presenti all’inizio di ogni via.

Conclusioni

Con questo programma crediamo di aver aggiunto un altro tassello alla cultura della corretta progettazione audio, e quindi del buon suono, che il nostro gruppo di lavoro persegue da ormai oltre vent’anni. Proseguiremo su questa strada con la stessa politica di alta qualità e prezzi bassissimi perseguita fino ad oggi, perché crediamo che sia la sola utile sotto ogni profilo. Ma tutti gli appassionati ed i progettisti interessati devono sapere che questo programma è anche il loro, lo abbiamo modellato sin dalla prima versione sulle loro esigenze, lo abbiamo modificato in seguito e siamo in attesa di ulteriori richieste per implementare altre e più potenti funzioni nelle prossime release. E saremo lieti se vorrete proporci le vostre realizzazioni, che se davvero interessanti potranno anche trovare spazio in queste pagine.

di Fabrizio Montanucci

da AUDIOreview n. 222 marzo 2002

Author: Redazione

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9 Comments

  1. Salve, non so se alla domanda che sto per farvi, avete già risposto in altri “luoghi” del sito: Audio for Windows è compatibile con Windows 7/8 ( a 64 bit)? E’ ancora acquistabile, con che modalità/prezzi? Grazie

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    • Buongiorno Enzo,
      Fabrizio Montanucci sta lavorando all’aggiornamento di AudioForWindows che presto sarà nuovamente acquistabile.
      Sono previsti anche una serie di articoli sulla nuova versione sulle pagine della rivista.
      Controlla ogni tanto la nostra home-page. Appena sarà disponibile la nuova versione inseriremo una notizia.
      A presto.

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  2. Grazie, spero di leggere presto sulla Vostra rivista notizie relative, e modalità per l’acquisto.
    Grazie
    A presto

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  3. Buongiorno,
    vorrei sapere se è disponibile per l’acquisto o quando lo sarà la nuova versione di AudioForWindows.
    Grazie

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    • Fabrizio Montanucci stà lavorando alla nuova verione di AudioForWindows,speriamo al più presto di poter dar notizia sul sito della sua disponibilità.
      Grazie e a presto

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    • Una nuova e molto più potente versione di Audio per Windows è in cantiere ed è sostanzialmente pronta da tempo. Non è stata finora resa disponibile per un problema generale di compatibilità. Microsoft ha interrotto da qualche anno la continuità degli strumenti di sviluppo con cui utilizzare i codici sorgenti scritti anni or sono, per cui mi trovo costretto o a riscrivere tutto il codice (ci vorrebbero anni, con il rischio che poi Microsoft faccia un bis…) oppure devo trovare degli escamotage per avere piena compatibilità del sorgente a 32 bit con gli attuali ambienti a 64 bit. Conto di risolvere il problema entro la metà dell’anno, spero anche prima.

      Fabrizio Montanucci

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      • Buongiorno, sono molto contento di scoprire che state preparando una nuova versione di AFW,spero che possiate risolvere tutti i problemi di installazione e funzionamento sotto Windows10.
        Vorrei suggerire di renderla compatibile con i file degli altoparlanti (xxx.drv, xxx.zma) creati dal programma DATS-V2 della Dayton Audio. Oppure con il loro file formato CLIO (xxx.txt). Caricare con un solo click tutti i parametri e le curve d’impedenza sarebbe fantastico.
        Se volete posso fornirvi i loro i tipi di file, sempre che non ci siano problemi con la casa madre.
        Daniele

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  4. Buongiorno, vogliate per piacere comunicarmi quando la versione di Audio for Windows, compatibile con Windows 10, sarà disponibile e le relative modalità di acquisto.

    Nel frattempo a quale applicazione potrei rivolgermi?

    Grazie

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  5. buon giorno.

    E’ disponibile la nuova versione ?
    Come e dove è possibile acquistare la licenza e scaricare gli aggiornamenti ?

    Grazie

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