Nelle misure audio ricorre frequentemente l'uso del decibel (dB) come unità di misura.
Spesso intervengono confusioni dovute a una insufficiente conoscenza di questa unità di misura.

Il decibel è stato ideato per indicare quantità fisiche che avessero una buona corrispondenza con le sensazioni psichiche.

Le nostre sensazioni, in particolare quelle uditive, non sono proporzionali alla potenza di eccitazione ma al logaritmo di questa potenza. In altri termini se eccitiamo il nostro udito con potenza per es. di 1-10-100 W la nostra sensazione di incremento del livello sonoro è proporzionale ai numeri 1-2-3.

Il logaritmo in base decimale di un numero è quel numero che dato per esponente al numero 10 da il numero richiesto, 2 è il log. di 100 perché 10² = 100; 3 log. è di 1000 perché 10³ = 1000.

Seconda osservazione, il dB esprime valori assoluti solo quando è riferito ad un valore campione.

Diversamente esprime solo un rapporto di valori:

es. rapporto tra due potenze

1) 1000 W / 10 W =100 = 10² = 2 Bel = 20 dB (decimi di Bel)

2) 100W /1 W = 100 = 10² = 2 Bel = 20 dB

le potenze in gioco nei due esempi sono nettamente differenti tuttavia il rapporto tra le potenze è costante e costante rimane il valore in dB che lo esprime se la potenza del numeratore raddoppia il valore del rapporto raddoppia.

3) 200 / 1 = 200 in base alle tavole dei logaritmi il log10 di 200 è 2,3 Bel quindi 23 dB un aumento di 3 dB rappresenta un raddoppio di rapporto di potenza.

Poiché soprattutto con le moderne tecnologie elettroniche non si presenta che raramente la misura di rapporti di potenza, la grande maggioranza delle misure rappresenta rapporti di tensione.

Tra i rapporti di potenza e i rapporti di tensione esiste naturalmente una relazione.
La potenza è proporzionale al quadrato della tensione.

Dato che la potenza è il prodotto corrente, tensione su di un dato carico, la corrente circolante è funzione della tensione, quindi una variazione di tensione determina una variazione di corrente.

Per semplicità, se su di una resistenza di 1 ohm si applica una tensione di 1 volt, nella resistenza scorre la corrente di 1 Ampère

Volt/Ohm = Ampère

Se si raddoppia la tensione anche la corrente raddoppia.

Volt/Ohm = Ampère = 2/1 = 2

nel primo caso la potenza è data da Volt 1 x Ampère 1 = Watt 1

nel secondo caso Volt 2 x Ampère 2 = Watt 4.

Raddoppiando la tensione la potenza è quadruplicata, ovvero rappresenta il quadrato della tensione

Volt 2² = Watt 4

Siccome la potenza raddoppia quando il valore in decibel aumenta di 3 e siccome quadruplica quando raddoppia la tensione, un raddoppio di tensione rappresenta un incremento di 6 dB cioè due raddoppi di potenza.

Naturalmente i dB possono esprimere incrementi + dB quanto decrementi - dB di tensione o di potenza.

Ogni + 3 dB la potenza raddoppia ogni - 3 dB si dimezza, mentre se le misure sono in tensione, cioè fatte con voltmetri con scala in dB, ogni + 6 dB la tensione raddoppia, ogni - 6 la tensione dimezza.

Notare sempre che + 3 dB possono esprimere un passaggio di potenza da 0,1 watt a 0,2 watt quanto da 1000 watt a 2000 watt.

Come già accennato difficilmente il guadagno di un'amplificatore moderno è espresso in termini di rapporto di potenza applicata all'ingresso, potenza utilizzabile all'uscita, tuttavia è molto comodo esprimerlo in termini di rapporti di tensione ingresso uscita.

Es. un guadagno di 20 dB significa un'amplificazione di tensione di 10 volt.

II dB può avere due impieghi:

a) esprimere una variazione di un rapporto qualsiasi

es. modificando un amplificatore si ottiene un aumento o una diminuzione di guadagno di + 0 di - y x dB

b) il dB si riferisce ad un valore definito e quindi esprime valori precisi - es. dBm valore riferito alla potenza standardizzata di 1 m W su 600 ohm.

In questo caso 1 m W = 0, 775 Volt = 0 dBm (+ 6 dBm = Volt 1,55 + dBm = Volt 1,28 dBm. Il dBa valore riferito al valore di soglia di udibilità esprime il valore di pressione acustica di un suono.

Nella tecnica di registrazione magnetica si fa uso di valori relativi in dB riferiti di volta in volta a grandezze specificate.

Il più usato è il V.U. mater e lo è in modo esclusivo sui registratori e sulle apparecchiature ausiliarie.

Il V.U. meter è un voltmetro a valore efficace con scala tarata in dB.

A 2/3 della scala circa è situato il valore 0 dB, a destra dello 0 i valori positivi, a sinistra i valori negativi.

Nella indicazione 0 dB sul V.U. meter è contenuto tutto il significato della relatività della misura in dB.

Infatti per gli Americani 0 dB significa V. 1,28 pari a + 4 dBm (cioè il riferimento alla potenza standard di 1 mW su 600 ohm).

Per gli Europei (norme DIN) significa V.1,55 pari a + 6 dBm.

Gli Inglesi usano spesso + 8 e qualche volta si trova anche + 12 dBm.

Tutti questi valori hanno senso se riferiti ad uno standard ed in questo caso diventano tensioni in Volt cioè valori assoluti e non relativi. Ciò deve essere ben chiaro perché un'apparecchiatura composta, da consolle, di mixaggio registratori ecc.

Può lavorare tanto a + 4 dB quanto a + 6 dBm in quanto si tratta solo di regolare i guadagni dei registratori.

A questo punto diventa predominante la nozione di livello di registrazione.

Questo non è dato dai vari + 4 + 6 + 8 V.U. degli strumenti ma unicamente dalla magnetizzazione del nastro.

La magnetizzazione del nastro è un dato assoluto ma non fisso in quanto esistono più standard o livelli di riferimento ed inoltre i miglioramenti dei materiali magnetici inducono ad adottare livelli di registrazione più alti.

La magnetizzazione del nastro, ovvero quel flusso magnetico che rimane sul nastro dopo che questo è passato davanti alla testina di registrazione, è indicato in millimaxwell o in nanoWeber/m2.

I riferimenti più usati sono 3 2 millimaxwell pari a 320 nanoWeber/2 (DIN) e 18 millimaxwell pari a 180 nanoWeber/m2 (NAB).

Non è necessario misurare direttamente questi valori ma è sufficiente utilizzare i nastri campione nei quali è indicato il flusso magnetico rimanente sul nastro registrato.

Con queste indicazioni è possibile tracciare un anello di regolazioni:

1) lettura del livello di riferimento del nastro campione

2) regolazione degli amplificatori di riproduzione per ottenere 0 V.U. sugli strumenti di registrazione

3) registrazione di un nastro con un segnale fisso, generalmente 500 o 1000 Hz.

4) regolazione degli amplificatori di registrazione per ottenere 0 V.U. sugli strumenti del registratore mentre questi si trovano connessi agli amplificatori di riproduzione.

A questo punto se la lettura del nastro campione dà 0 V.U. e la lettura del nastro registrato dà sempre 0 V.U. il livello di registrazione del nastro registrato è uguale al livello di riferimento del nastro campione.

Questa prima dimostrazione afferma inoltre che non è necessario conoscere le misure assolute (di tensione) degli strumenti V.U. meter sul registratore.

Pertanto qualsiasi nastro registrato su qualsiasi registratore con qualsiasi tensione adottata come standard sugli strumenti (+4+6+8 ecc.) sarà uguale a qualsiasi altro nastro registrato su qualsiasi altro registratore alla sola condizione che le macchine siano state calibrate con Io stesso standard di flusso magnetico sul nastro campione per es. 180 n W/m2.

Occorre considerare che i registratori professionali consentono sempre di verificare la registrazione tramite una testina di riproduzione separata.

E evidente che le operazioni di registrazione e di riproduzione sono completamente separate e il controllo della registrazione può avvenire con il solo ritardo del tempo che impiega un punto del nastro a raggiungere la testina di riproduzione dopo essere stato registrato per una determinata velocità di scorrimento.

Non sempre i livelli dei nastri campione devono essere regolati per 0 V.U. sul registratore. Ciò per due motivi.

Il primo è che i livelli campione vengono assunti con considerazioni di uso.

Per esempio gli Americani che adottano il V.U. meter preferiscono un livello standard basso per compensare gli errori di dinamica insiti nel sistema V.U. meter mentre i paesi che seguono le norme DIN e CCIR adottano uno standard di livelli più alto in quanto lo strumento più usato è il Peack meter.

Secondo perché può essere opportuno, in base alle caratteristiche di un dato nastro registrare con un livello diverso da quello dello standard del nastro campione disponibile. Cosi pure come può essere necessario ricostruire il livello di uno standard partendo da un nastro campione di standard diverso. In fig. 2-3-4 sono indicate alcune caratteristiche di un nastro magnetico.

Queste differenze verranno esaminate separatamente.

In fig. 2 il livello di uscita in funzione di valori crescenti di polarizzazione. I valori di polarizzazione (Bias) sono riferimenti relativi ed indicano che per un incremento di questo valore il livello di uscita aumenta fino ad un punto massimo oltre il quale, continuando ad aumentare il livello di polarizzazione, l'uscita decresce.

Il comportamento del livello di uscita è diverso per le diverse frequenze prese in esame. Contrariamente a quanto si possa ritenere non è interessante assumere come valore di polarizzazione quello che consente la massima uscita di segnale, nè per le medie, nè per le alte frequenze.

Dal grafico di fig. 3 risulta che il valore 5,25 di polarizzazione corrispondente alla massima uscita a 1KHz e 10KHz la distorsione di terza armonica è di circa 1%. Il valore di polarizzazione raccomandato 6,5 consente di ottenere la minima distorsione di terza armonica.

Viene presa in considerazione la terza armonica in quanto il sistema di registrazione magnetica è sensibile alle distorsioni di armoniche dispari ed è tipicamente basso per quelle pari.

Una volta regolata la polarizzazione per la minima distorsione è possibile vedere l'incremento di distorsione (3 armonica) aumentando il livello di registrazione e mantenendo fisso il valore di polarizzazione (fig. 4).

In fig. 5 sono raccolte in un solo grafico tutte le curve caratteristiche di un nastro magnetico incluso il rumore di modulazione e l'effetto copia.

Ne risulta che:

a) La qualità di una registrazione magnetica dipende dall'equilibrio di numerosi compromessi.

b) Ogni nastro magnetico ha caratteristiche in cui a seconda degli impieghi vengono preferite prestazioni diverse, per es. rumore di fondo, effetto copia alto livello ecc.

Poichè dalla scelta del valore di polarizzazione dipendono i parametri del nastro, livello, risposta in frequenza, distorsione, rumore di modulazione, è evidente che questa scelta deve essere fatta prima di procedere alle calibrazioni di registrazione.

Per polarizzazione o premagnetizzazione o bias (inglese) si intende un segnale non audio sovrapposto al segnale audio avente la funzione di spostare la magnetizzazione dovuta al segnale audio nel tratto rettilineo della caratteristica magnetica del nastro.

Il procedimento di registrazione magnetica si basa sul fenomeno del magnetismo rimanente su alcuni materiali ferrosi dopo che questi sono stati sottoposti ad un campo magnetico. Il magnetismo rimanente non è proporzionale al campo magnetico. In fig. 5 le caratteristiche tipiche di questo fenomeno.

Se si applicasse direttamente il segnale audio alla testina di registrazione ne risulterebbe una distorsione come in fig. 6.

La sovrapposizione di una frequenza non audio superiore di almeno 5 volte la frequenza più alta audio da riprodurre consente di utilizzare i tratti rettilinei della caratteristica magnetica del nastro fig. 7.

In realtà il comportamento del segnale di polarizzazione è più complesso in quanto, secondo il grafico l'uscita audio dovrebbe restare costante entro un certo campo di regolazione della polarizzazione.

Questo è dovuto al fatto che il nastro è in continuo movimento di scorrimento davanti alla testina di registrazione e quindi il materiale magnetizzato cambia contemporaneamente alla variazione dei flussi di magnetizzazione. Tenendo conto che i materiali magnetici usati hanno dimensioni e che quanto più piccoli sono, più tendono a smagnetizzarsi reciprocamente per uno stretto contatto delle loro polarità ne consegue che la possibilità di magnetizzare il nastro alle frequenze più alte dipende dalle dimensioni dei magneti del materiale ferroso, dalla capacità di non smagnetizzarsi (forza coercitiva), dalla velocità di scorrimento del nastro.

Per quanto questi limiti siano migliorabili con il progresso tecnologico, essi devono essere accettati e definiti per stabilire una metodologia razionale e standardizzata per normalizzare l'uso dei registratori.

Infatti solo producendo dei nastri campione (test tape) è possibile regolare i registratori in modo che essi possano produrre nastri con caratteristiche uguali (entro certe tolleranze) al nastro campione e quindi anche uguali tra di loro e intercambiabili (entro il medesimo standard e velocità).

Le velocità usate nel professionale sono 7,5 - 15 - 30 pollici/secondo pari a 19 - 38 - 72 cm/secondo.

II trenta pollici era usato agli albori di questa tecnica di registrazione, quando i materiali non avevano l'attuale sofisticazione. Ora è tornato in uso nelle registrazioni musicali,

Gli standard sono determinati dalle norme NAB (America) IECI (o CCIR Europa). Il trenta pollici ritornato in auge non ha uno standard riconosciuto ma viene e comunque accettato come tale quello suggerito dalle norme AES (Audio Engineering Society).

Più la velocità di scorrimento è bassa, maggiore risulterà la dimensione del materiale magnetico (e del traferro della testina).

Rispetto la lunghezza d'onda registrata quindi maggiori saranno le difficoltà per ottenere una buona risposta sulle alte frequenze.

Queste difficoltà vengono avviate aumentando il livello di registrazione in corrispondenza delle frequenze più alte e tanto di più quanto è più bassa la velocità di scorrimento. (fig. 8)

Questo procedimento sarebbe semplice se non implicasse ulteriori conseguenze

a) aumento del rumore di fondo nella banda delle alte frequenze.

b) limite del livello massimo di registrazione posto dalla enfatizzazione.

In fig. 7 è chiaro che il livello massimo di registrazione è determinato dall'incremento dato alla frequenza di 20 KHz e che costringe a rinunciare allo sfruttamento del livello sulle frequenze inferiori.

In pratica si considera che le alte frequenze contenute in un programma musicale sono d'ampiezza ridotte quindi consentono un margine superiore a quello della correzione introdotta.

In fig. 9 è indicato il contenuto energetico statisticamente rilevato nei programmi musicali. Se si parte dal presupposto che probabilmente un programma in corso di registrazione contiene le frequenze di 10 KHz (uditivamente rilevanti) 10 dB al di sotto dei 500 Hz, se l'enfasi di registrazione e di + 10 dB a 10 KHz, è possibile registrare 500 Hz a pieno livello con la probabilità di non distorcere i 10 KHz.

Il discorso cambia se invece della probabilità si desidera la certezza e se si considera che la registrazione moderna di musica leggera fà ampio uso di equalizzatori che incrementano in maniera vistosa il contenuto di alte frequenze del programma. Questa è una delle ragioni della rinascita dei 30".

Anche la riproduzione pone dei problemi tipici. Un nastro magnetico registrato, magnetizzato, fermo davanti a una testina di riproduzione non è in grado di fornire alcun segnale. Perché ciò avvenga occorre che il nastro acquisti un movimento rispetto la testina e in modo tale che il flusso magnetico rimanente sul nastro concateni un flusso entro la polarità della testina il cui avvolgimento potrà fornire una forza elettromotrice, cioè una tensione. fig. 10.

La tensione fornibile dall'avvolgimento della testina è proporzionale alla velocità del nastro. Se l'impulso registrato sul nastro in fig. 10 scorre ad una data velocità dà luogo ad una data tensione, se la velocità viene raddoppiata la tensione raddoppia.

In pratica la velocità di scorrimento rimane costante (15" 30") ma varia la distanza tra i vari "impulsi" registrati, cioè la frequenza dei segnali.

In figura 11 sono indicati due flussi magnetici di uguale intensità ma di diversa durata. A parità di velocità di scorrimento il segnale più breve avrà un passaggio di valore di flusso da minimo a massimo più rapido, cioè come se il segnale di maggiore durata scorresse con maggiore velocità.

Restando fissa la velocità di scorrimento ed aumentando la frequenza del segnale registrato aumenta la velocità di variazione del flusso e la tensione di uscita sulla testina di riproduzione.

Ciò finché il traferro della testina non assume dimensioni vicine alla lunghezza d'onda.

l traferro di una testina magnetica (gape) è una sottile fessura che interrompe il circuito magnetico della testina per consentire che questo possa venire chiuso attraverso il nastro magnetico e attraversato dal flusso su di esso registrato (fig. 12).

In figura 13 è indicato l'andamento tipico del segnale di uscita di una testina magnetica.

Per una data velocità di scorrimento, una data dimensione del traferro, esiste una frequenza limite, oltre la quale, il traferro aumentando la frequenza, il segnale decresce.

Poiché il traferro non può scendere sotto certe dimensioni per accrescere la frequenza limite occorre aumentare la velocità.

Il flusso magnetico registrato è proporzionale alla corrente che scorre nell'avvolgimento della testina di registrazione, quindi per flusso costante (corrente costante) e aumento di frequenza si ottiene aumento di segnale.

Ogni raddoppio di frequenza (ottava) raddoppio di segnale (6 dB).

Gli amplificatori di riproduzione devono provvedere anche a correggere la risposta oltre che ad amplificare il segnale in modo utilizzabile.

Tale risposta deve essere il reciproco di quella indicata in fig. 13 quindi come in fig. 14 con una elevata amplificazione delle frequenze più basse.

Dato che l'energia ottenibile è in funzione della velocità di scorrimento e della frequenza registrata ne consegue che per la frequenza più bassa richiesta pes 30 Hz e la più bassa velocità di scorrimento pes 7,5" l'energia ottenibile (segnale) è molto più bassa, quindi l'amplificazione necessaria per ottenere il segnale utile, è elevata.

Al contrario una elevata velocità di scorrimento richiede amplificazione totale con conseguente diminuzione del rumore di fondo. Anche questa è un motivo della rinascita del 30"

Non bisogna però trascurare che un aumento di velocità causa un maggior rumore dovuto all'attrito del nastro contro la testina.

Gli standard adottati per trovare un compromesso vantaggioso tra questi fattori devono tener conto innanzitutto della velocità di scorrimento e in base a questa indicare una curva di registrazione e una di riproduzione tali che consentano di ottenere una risposta lineare con il minimo di distorsione e di rumore di fondo.

Più la velocità di scorrimento è bassa maggiore è l'incremento delle alte frequenze (enfasi) in sede di registrazione.

Alcuni standard (NAB) prevedono anche un incremento delle basse frequenze in registrazione.

Poiché entro un dato standard tutte le registrazioni devono essere intercambiabili lo scopo può essere raggiunto solo producendo nastri standard con caratteristiche rigorosamente ristrette in modo che ottenendo una corretta lettura di questi diviene possibile produrre una registrazione "identica".

La prima operazione consiste quindi nel calibrare la riproduzione del registratore. Ogni registratore possiede un suo proprio sistema di regolazione perché dipende dal costo e dai compromessi adottati.

Per esempio un registratore che dispone della regolazione di livello per ogni velocità affronta dei costi di produzione maggiori rispetto un registratore con una sola calibrazione.

Le regolazioni tipiche sono livello - alte frequenze - basse frequenze.

Ogni velocità dispone di queste regolazioni e quindi deve essere calibrata con il nastro campione corrispondente

Oltre queste regolazioni alcuni registratori offrono un ulteriore regolazione delle frequenze medio-alte, altri una doppia regolazione di livello, sul preamplificatore di uscita.

Le curve di risposta sono registrate a livelli più bassi rispetto i livelli di riferimento per evitare distorsioni che diminuiscano la precisione della regolazione stessa.

Comunemente i nastri campione indicano livello di riferimento nei seguenti standard 180 - 200 - 320 - 540 n W/m2 e una curva di risposta ad un livello più basso di 20 dB rispetto il livello di riferimento peri nastri CCIR a 320 o 540 n W/m2 e allo stesso livello del livello di riferimento per i nastri NAB a 180 o 200 n W/m2.

Se non si dispone di uno strumento separato a sensibilità regolabile torna utile aumentare il guadagno della catena di riproduzione fino a leggere la risposta nella zona 0VU dello strumento del registratore e alla fine riportare il guadagno al valore richiesto per leggere il livello di riferimento.

II punto di lettura del livello di riferimento è determinante per definire il livello di registrazione. Per es. se il livello di riferimento 320 n Wb/m2 viene letto a 0V e altrettanto accade nel leggere un nastro registrato sullo stesso registratore risulta evidente che anche questo è registrato a 320 n Wb/m2.

Non sempre si intende registrare ad un livello uguale a quello del nastro campione. II livello 320 n Wb/m2 era stato assunto come livello con una distorsione accettabile (2%) per quei tempi.

Ora si può ottenere la stessa distorsione per livelli più alti in quanto sono intervenuti miglioramenti nei nastri, per es. 2% di distorsione a 640 n Wb/m2. In questo caso il livello ottenibile è il doppio (640:320 = 2) con un'uscita di 6 dB superiore. Per calibrare il registratore a 640 nWb/m2 su 0VU dello strumento occorre quindi leggere 320 n Wb/m2 del nastro campione a - 6 dB dello strumento.

Per i nastri stereo le norme CCIR prevedono un livello di riferimento di 510 n Wb/m2 per compensare la perdita di livello dovuta alle tracce più sottili e conservare lo stesso rapporto segnale/rumore.

In fig. 15 sono indicati i rapporti di flusso in nWb/m2 (e quindi di tensione di uscita) tra i livelli di riferimento più usati e di registrazione adottabili, nonché le differenze in dB preso come base il livello 320 nWb/m2.

L'uso di questa tabella consente per es. di calibrare un registratore a livello 320 disponendo di un nastro campione a 180. Dato che 180 è 5 dB inferiore a 320 è sufficiente leggere il campione -5 sul VU meter e registrare leggendo sempre sulla stessa riproduzione del registratore 0VU.

Anche le differenze intermedie sono facilmente ricostruibili. Per es. la differenza tra 180 e 200 è di - 1 dB. La differenza tra 200 e 640 è di 10 dB. E importante sottolineare che tutte queste differenze in dB sono relative ai livelli di flusso magnetico registrati sui nastri. Non hanno alcun riferimento con i valori di taratura degli strumenti dei banchi di mixaggio o dei registratori i quali sono tarati in dBm cioè riferiti a O dBm = 0,775 Watt.

Sarà facile ammettere che un registratore possa avere strumenti tarati per 0VU= I, 228V = 4dBm, e un altro registratore 0VU = 1,55 V + 6dBm, tuttavia se un dato campione (per es. 320 nWb/m2) letto sull'uno o sull'altro registratore indica 0VU e i due registratori producono nastri a 0VU, i nastri prodotti dai due registratori sono uguali allo stesso campione di 320 n Wb/m2.

L'unica differenza tra i due registratori è l'amplificazione interna (per una medesima sensibilità di testina).

A. Albertini - Tratto da Strumenti Musicali