ITTO20110612A1 - Distorsore a correlazione dinamica per strumenti musicali elettrici - Google Patents

Description

“DISTORSORE A CORRELAZIONE DINAMICA PER STRUMENTI MUSICALI ELETTRICIâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un distorsore a correlazione dinamica per strumenti musicali elettrici.

Come noto, il distorsore consiste in un dispositivo elettronico impiegato nell’utilizzo di strumentazioni musicali di tipo elettrico, avente la finalità di generare particolari tipologie di suono mediante tosatura del segnale di ingresso, a partire dai più classici effetti di semplice saturazione dell’amplificatore sino a sonorità decisamente più aggressive, come quelle derivanti dalla vera e propria squadratura del segnale di ingresso.

Il suddetto dispositivo, ampiamente affermato ed utilizzato nell’ambito della musica moderna, al punto da rappresentarne la tipologia di effetto maggiormente utilizzata, viene solitamente impiegato in riferimento a chitarre ovvero bassi elettrici, pur non precludendosi la possibilità di utilizzo anche con riferimento a differenti tipologie di sorgenti sonore, purché microfonate ovvero dotate di pick-up.

Pur essendo disponibili, allo stato dell’arte, differenti tipologie di dispositivi distorsori, essi sono tuttavia accomunati da un sistema di funzionamento pressoché analogo: à ̈ solitamente presente un sistema di pre-amplificazione a gain variabile, finalizzato all’amplificazione del segnale di ingresso ed alla successiva trasmissione del segnale al circuito di clipping, tipicamente realizzato mediante l’utilizzo di una coppia di diodi al silicio in controfase (pur non ritenendosi preclusa la possibilità di differenti soluzioni, quali transistor o altro). In una simile fattispecie, il clipping ha inizio allorché il segnale raggiunge il valore della soglia per la conduzione dei diodi in silicio, pari all’incirca ad un’ampiezza di 0,5 V. Raggiunto questo punto, comportandosi il diodo alla stregua di uno zener, la tensione può essere aumentata soltanto di un margine molto ridotto (tendenzialmente, non oltre gli 0,6 V), e questo a prescindere dall’incremento dell’ampiezza del segnale di ingresso. Proprio in questo risiede il più consistente limite di quanto attualmente disponibile allo stato della tecnica: à ̈ infatti evidente come, al raggiungimento del suddetto limite, si generi inevitabilmente un appiattimento della dinamica del segnale soggetto alla distorsione stessa, con percettibili ricadute in termini di pregiudizio della resa del suono finale. Essenzialmente, si rileva come quanto più risulta forte la distorsione richiesta, tanto più limitata sarà la conseguente dinamica: trattasi peraltro di una problematica ampiamente sentita presso i musicisti poiché, derivandone un suono non più nelle condizioni di seguire appieno la dinamica del segnale d’ingresso, la resa finale dell’abilità tecnica del musicista ne risulta sensibilmente pregiudicata. In ambito musicale, non à ̈ infatti sufficiente che le soluzioni adottate si rivelino in grado di essere implementate in modo soddisfacente sotto il versante tecnologico, ma à ̈ altresì necessario un buon rendimento dal punto di vista sonoro.

In merito non sono mancati, da parte dei più noti costruttori operanti nel settore, tentativi di fornire soluzioni in grado quanto meno di arginare la suddetta problematica, fra le quali:

- il ricorso ad una consistente amplificazione supplementare del segnale in uscita che, pur non aumentando la dinamica, à ̈ tuttavia in grado di aumentare sensibilmente il volume sonoro allorché l’effetto viene inserito;

- l’impiego di equalizzatori, più o meno complessi: questi ultimi rendono infatti possibile il raggiungimento di un gain supplementare, rendendo così l’idea di un aumento della dinamica in corrispondenza di determinate frequenze.

Ciò premesso, à ̈ doveroso considerare come nessuna delle soluzioni proposte allo stato della tecnica possa effettivamente dirsi esaustiva in relazione al problema della limitazione della dinamica che permane, ad oggi, essenzialmente irrisolto. Si noti inoltre come sebbene esista teoricamente la possibilità di ricorrere ad un sistema digitale in grado di campionare il segnale di ingresso e quindi ricostruire tramite apposito software la distorsione desiderata in fase di uscita, tale possibilità richiederebbe necessariamente l’utilizzo di microprocessori ad elevate prestazioni, rivelandosi tuttavia facilmente poco apprezzabile sul versante sonoro.

Scopo quindi della presente invenzione à ̈ quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore fornendo un distorsore a correlazione dinamica per strumenti musicali elettrici che consenta di rispondere in modo apprezzabile all’esigenza che la distorsione del suono non venga al contempo deprivata della relativa dinamica.

Un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un distorsore a correlazione dinamica per strumenti musicali elettrici di tipo completamente analogico per quanto concerne la fase di trasmissione del segnale audio, e parzialmente digitale con riferimento ad alcuni specifici supporti di calcolo, all’uopo eseguiti da un’architettura hardware (nota come “computer analogico†).

I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un distorsore a correlazione dinamica per strumenti musicali elettrici come quello descritto nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate.

La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la FIG. 1 mostra un diagramma a blocchi rappresentante uno schema generico di funzionamento di un dispositivo distorsore secondo la tecnica nota;

- la FIG. 2 mostra un diagramma a blocchi rappresentante uno schema generico di funzionamento di una realizzazione preferita del dispositivo distorsore secondo la presente invenzione.

Come anticipato, lo schema base di funzionamento di un dispositivo distorsore secondo la tecnica nota, come quello per esempio mostrato nella FIG. 1, si basa essenzialmente su un circuito comprendente un preamplificatore 20 funzionante a gain 30 variabile, finalizzato ad amplificare il segnale in input 10 sino al raggiungimento del circuito di clipping 40, necessario per ottenere la distorsione sul suono finale in output 60.

Per dare risposta alla descritta problematica relativa all’appiattimento della dinamica del segnale soggetto a distorsione, comune a quanto attualmente disponibile allo stato della tecnica, la presente invenzione propone un distorsore per strumenti musicali elettrici di tipo analogico nella trasmissione del segnale audio, implementata, per quanto concerne i supporti di calcolo, da un computer analogico: quest’ultimo basa il proprio funzionamento sull’impiego di amplificatori operazionali e le funzioni che, in contesto digitale, vengono comunemente svolte da appositi software, risultano in questo caso implementati mediante specifiche configurazioni hardware che, in associazione con il valore dei componenti inseriti nella rete, si rivelano pienamente in grado di svolgere i calcoli necessari in tempi sostanzialmente pari alla velocità degli amplificatori operazionali impiegati, generando così ritardi temporali essenzialmente trascurabili.

Facendo quindi in particolare riferimento alla FIG. 2, Ã ̈ possibile notare che il distorsore a correlazione dinamica per strumenti musicali elettrici secondo la presente invenzione comprende: - almeno un mezzo di preamplificazione e bufferizzazione 2 di almeno un segnale sonoro di input 1;

- almeno un circuito di clipping 4 comprendente mezzi di tosatura del segnale uscente da tale mezzo di preamplificazione e bufferizzazione 2;

- almeno un mezzo amplificatore differenziale 7 avente in ingresso almeno un segnale uscente da tale mezzo di preamplificazione e bufferizzazione 2 ed almeno un segnale uscente da tale circuito di clipping 4;

- almeno un mezzo convertitore analogico digitale (ADC) 8 del segnale uscente da tale mezzo amplificatore differenziale 7; e

- almeno un mezzo preamplificatore analogico a gain variabile 6 avente in ingresso almeno un segnale uscente da tale circuito di clipping 4 ed almeno un segnale uscente da tale mezzo convertitore analogico digitale (ADC) 8. L’uscita del mezzo preamplificatore analogico a gain variabile 6 à ̈ quindi costituita dal segnale sonoro finale in output 9.

Eventualmente, il mezzo di preamplificazione e bufferizzazione 2 può cooperare con mezzi di variazione del gain 3. Preferibilmente, i mezzi di tosatura sono composti da almeno due diodi 51, 52 disposti in parallelo.

Mediante il distorsore secondo la presente invenzione, si viene quindi a generare una correlazione dinamica in ampiezza di proporzione 1:1 fra il segnale sonoro di input 1 al circuito di clipping 4, non ancora soggetto a distorsione, e quelli in uscita 12, a distorsione variabile in funzione del gain 3 del mezzo di preamplificazione e bufferizzazione 2.

Come visibile dallo schema esemplificativo rappresentato in FIG. 2, il segnale sonoro di ingresso 1 viene anzitutto preamplificato e bufferizzato nel mezzo di preamplificazione e bufferizzazione 2, con possibilità di apportare variazioni a livello di gain mediante i mezzi di variazione del gain 3 al fine di raggiungere il livello di distorsione desiderata nonché la progressiva squadratura del segnale 1 stesso; parimenti, una porzione del segnale 1 che pilota il circuito di clipping 4 viene inviata al mezzo amplificatore differenziale 7, avente l’altro ingresso 9 collegato al segnale di uscita 12, già tosato dai due diodi 51, 52: in questo modo, all’uscita 10 del mezzo amplificatore differenziale 7 si dispone dell’ampiezza relativa alla dinamica mancante che necessita di esser ricostruita.

Il valore così ottenuto viene convertito mediante il mezzo convertitore analogico digitale (ADC) 8, in grado di fornire in uscita 11 il segnale binario indispensabile per il mezzo preamplificatore analogico a gain variabile 6, controllato digitalmente, ed anch’esso preferibilmente realizzato mediante impiego degli amplificatori operazionali.

Ovviamente, i blocchi funzionali costituenti il distorsore secondo la presente invenzione sopra descritti ammettono varie soluzioni, indifferentemente funzionanti, secondo diversi parametri in grado di incidere sulla qualità della ricostruzione della dinamica conformemente alle scelte progettuali operate, quali:

− precisione della ricostruzione della gamma dinamica, dipendente dalla risoluzione del mezzo convertitore ADC 8, in relazione alla quale si consiglia una risoluzione minima non inferiore agli 8 bit;

− ritardo nella ricostruzione della dinamica, dipendente dalle velocità del mezzo convertitore ADC 8, la quale dovrebbe essere affine a quella impiegata nelle applicazioni audio ad alta fedeltà; − ampiezza della gamma dinamica, che dipende principalmente dalla capacità dinamica del mezzo amplificatore analogico a guadagno variabile 6 e solo in misura minore dalla scelta del mezzo convertitore ADC 8 e dal suo punto di lavoro;

− linearità della ricostruzione dinamica, che dipende essenzialmente dalla linearità del mezzo amplificatore analogico 6 nonché dall’errore di conversione del mezzo convertitore ADC 8.

Sulla base di queste ultime considerazioni si evince dunque come il distorsore secondo la presente invenzione consenta altresì l’adozione di soluzioni diversificate per ciascun blocco, conformemente alle esigenze in termini di qualità audio e di costi di produzione manifestati dall’utilizzatore.

Si à ̈ riscontrato come dalla realizzazione preferenziale del distorsore secondo la presente invenzione, così come sopra descritta, sia al momento derivato un incremento lineare della dinamica pari al 500% in correlazione al segnale di input 1, pur non escludendosi l’eventualità di raggiungimento di ulteriori implementazioni.

Si sono descritte alcune forme preferite di attuazione dell’invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell’ambito della medesima idea inventiva. In particolare, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell'invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Distorsore a correlazione dinamica per strumenti musicali elettrici, caratterizzato dal fatto di comprendere: - almeno un mezzo di preamplificazione e bufferizzazione (2) di almeno un segnale sonoro di input (1); - almeno un circuito di clipping (4) comprendente mezzi di tosatura di un segnale uscente da detto mezzo di preamplificazione e bufferizzazione (2); - almeno un mezzo amplificatore differenziale (7) avente in ingresso almeno un segnale uscente da detto mezzo di preamplificazione e bufferizzazione (2) ed almeno un segnale uscente da detto circuito di clipping (4); - almeno un mezzo convertitore analogico digitale (ADC) (8) di un segnale uscente da detto mezzo amplificatore differenziale (7); e - almeno un mezzo preamplificatore analogico a gain variabile (6) avente in ingresso almeno un segnale uscente da detto circuito di clipping (4) ed almeno un segnale uscente da detto mezzo convertitore analogico digitale (ADC) (8).
2. 2. Distorsore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto mezzo di preamplificazione e bufferizzazione (2) coopera con mezzi di variazione del gain (3).
3. 3. Distorsore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di tosatura sono composti da almeno due diodi (51, 52) disposti in parallelo.
4. 4. Distorsore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto mezzo di preamplificazione e bufferizzazione (2), detto mezzo amplificatore differenziale (7) e detto mezzo preamplificatore analogico a gain variabile (6) sono computer analogici composti da amplificatori operazionali.
5. 5. Distorsore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che una correlazione dinamica in ampiezza fra detto segnale di input (1) a detto circuito di clipping (4), non ancora distorto, e un segnale di uscita (12) a distorsione variabile in funzione del gain (3) di detto mezzo di preamplificazione e bufferizzazione (2) ha proporzione di 1:1.