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Parametri prestazionali di tre operazionali su circuito integrato

e Misurazioni

[English version here]

Prodotto: lettori CD
Produttore: Vari
Costo di produzione: nessuno
Recensore: Paul Hunting - TNT Regno Unito
Pubblicato: Novembre, 2022
Traduttore: Roberto Felletti

Introduzione

In questo articolo esaminiamo i parametri prestazionali di tre operazionali su circuito integrato con riferimento a sei combinazioni di lettori CD e operazionali (Tabella 1). I parametri prestazionali considerati riguardano il rumore, la velocità di risposta e il rapporto di reiezione in modalità comune e dell'alimentazione. L'articolo esamina cosa questi parametri significano e cosa comportano per la riproduzione sonora. Quattro delle combinazioni operazionale/lettore CD usano il medesimo lettore o copie simili: il Philips CD753. I quattro lettori hanno lo stesso DAC (TDA1549T - rapporto segnale/rumore: 110 dB) e sono la stessa versione. Il Marantz CD5000 è un clone del CD753. È importante che venga usato il medesimo lettore CD, cosicché possiamo rilevare le differenze tra gli operazionali e non solo tra le versioni del lettore e i DAC. Per fornire del contesto, sono stati inclusi anche due operazionali/lettori CD differenti.

Tabella 1 - Sei operazionali, tre parametri e misurazioni

Rumore

Il rumore della tensione d'ingresso equivalente (μVrms) è il rumore della tensione d'ingresso terminale amplificato dallo stadio di guadagno dell'operazionale e compare all'uscita dell'operazionale. Dalle cifre e dall'ascolto, il valore del rumore della tensione d'ingresso equivalente rappresenta un buon parametro delle prestazioni a livello di rumore dell'operazionale. La traccia 10 di Music for 18 Instruments, di Steve Reich (Nonesuch), è caratterizzata da suonatori di maracas che tengono il passo e aggiungono tensione. Sia con il NE5532/CD550c (0,7 μVrms, DAC con rapporto S/N 117 dB) sia con il NJM4562/CD753 (0,6 μVrms), in un Philips CD753 (rapporto S/N del DAC 110 dB), le maracas possono essere udite chiaramente rispetto all'ensemble e questo, per me, è un'aggiunta all'esperienza di ascolto. Con l'OP275/CD753 (0,85 μVrms), sempre in un Philips CD753, avete la sensazione dei suonatori di maracas, ma essi non sono definiti altrettanto chiaramente né sono chiaramente udibili. I suonatori di maracas non si riescono a sentire con il lettore CD4SE equipaggiato con l'AD711, sebbene essi entrino nei momenti musicalmente calmi. Questo confronto mostra quanto rumore abbia l'OP275 e che è possibile sentire un valore di rumore pari a 0,85 μVrms rispetto a un valore di 0,6 μVrms. Notate che il maggiore rapporto S/N (117 dB) del DAC (Wolfson WM8740) del CD550c comporta che il valore del rumore dell'operazionale, in questo lettore, potrebbe salire leggermente e voi continuereste comunque a sentire i suonatori di maracas.

Il rumore si frappone a ciò che state ascoltando e caccerà via gli strumenti di sottofondo suonati in un ensemble. Se il rumore supera 1 μVrms, come il NJM4560 (1,2+ μVrms) montato nel Marantz CD5000, una copia del Philips CD753, i gruppi di strumenti, nei grandi ensemble, suoneranno fusi insieme e il dettaglio dello strumento andrà perduto. Se i grandi ensemble non fanno parte dei vostri ascolti, allora un operazionale con rumore maggiore potrebbe andarvi bene lo stesso.

Il rumore dell'operazionale subirà l'influenza del rumore del DAC che alimenta l'operazionale.

Rumore in bassa frequenza 1/f

Il rumore può aumentare bruscamente nelle basse frequenze sotto 1 kHz; questo viene chiamato rumore 1/f. Avere una lettura di rumore (μVrms) nel grafico del rumore a 100 Hz o a 50 Hz è un probabile indice di rumore 1/f.

L'operazionale integrato NE5532, usato nel CD550c, ha un rumore pari a 1,1 μVrms a 100 Hz (Figura 1, pagina 6 della scheda dati). Vale a dire, un aumento del rumore, a 100 Hz, di circa il 50% del suo valore medio (0,7 μVrms) e il rumore continua ad aumentare al diminuire della frequenza. Gli strumenti in gamma bassa, con il NE5532/CD550c, potrebbero non venire riprodotti così bene e si perderebbero nelle composizioni per grandi ensemble. Tuttavia, non ci sono stati problemi rilevanti con il basso, con questa combinazione operazionale/lettore; la riproduzione degli strumenti solisti o di composizioni per piccoli ensemble e del basso suonava chiara e musicale. L'Exposure 2010S2 usa due NE5532 e WhatHiFi? ha detto di questo lettore che il basso soffre di esilità e mancanza di risoluzione. Rumore 1/f?

Va detto che, probabilmente, non noterete il rumore 1/f se il vostro impianto non scende troppo sotto i 100 Hz, né se il suo rumore di fondo è superiore a quello dell'operazionale e nemmeno se ascoltate soltanto qualcosa di ritmicamente semplice o strumenti solisti in gamma bassa.

Rumore e Passo 1/f

Il significato del rumore 1/f è che il rumore non è lineare lungo l'intervallo di frequenze audio. E il basso, a causa del rumore 1/f, viene sentito, con alcuni dischi, differentemente dal resto della banda di frequenze. Si suppone che questa differenza audio possa essere interpretata come errori di passo, ma soltanto con musica complessa.

Recentemente ho fatto esperimenti con l'OPA1602, che soffre dell'1/f, e questo operazionale ha problemi di passo per circa il 5% dei CD ascoltati, sebbene abbia un valore di velocità di risposta abbastanza alto (20 V/μs). Questo perché il rumore dell'OPA1602 sale da 0,27 μVrms a 1 kHz a 0,32 a 100 Hz (18% di aumento) e a circa 0,41 μVrms (52% di aumento) a 50 Hz (Figura 1, pagina 5 della scheda dati). Tuttavia, c'è qualche dubbio sulla compatibilità di guadagno dell'OPA1602 nel lettore CD ospite (CD753), e questo avrà un impatto sulle prestazioni. Ma possono esserci anche altri fattori di compatibilità. Inoltre, i problemi di passo sono stati individuati in un pre-amplificatore basato su resistore shunt, vedere un altro articolo qui su TNT-Audio, e forse si può dire che anche i resistori hanno rumore 1/f. La relazione tra il rumore 1/f e il passo percepito è, comunque, un'ipotesi e richiede ulteriori ricerche e osservazioni.

Rumore - Differenti Unità di Misura

Le schede dati degli operazionali possono riportare il valore di rumore in nV/√Hz. È il valore in μVrms espresso in nano Volt (nV) diviso per la radice quadrata dell'intervallo di frequenza (√Hz). L'intervallo di frequenza audio solitamente è compreso tra 20 Hz e 20 kHz o 19.980 Hz; la radice quadrata di questo valore è 141. Quindi, per passare da μVrms a nV/√Hz, o viceversa, basta dividere o moltiplicare per 141 e spostare il punto decimale.

Velocità di Risposta

La velocità di risposta è misurata in V/μs e rappresenta la velocità con cui la tensione di uscita cambia in seguito a un impulso in ingresso. Alti valori di velocità di risposta indicano che l'operazionale può offrire in uscita una riproduzione accurata del segnale, riuscendo a mantenerlo integro com'è in ingresso.

I lettori con un'elevata velocità di risposta vengono definiti musicali. HiFi Choice, numero 163, ha definito il Cambridge Audio CD4SE “musicalmente convincente” e HiFi News, gennaio 1997, ha detto del lettore Audio Research CD1 che aveva una “correttezza intrinseca”. Entrambi i lettori hanno operazionali con un'elevata velocità di risposta. Il CA CD4SE monta l'AD711 (20 V/μs), mentre l'AR CD1 monta il SSM2131 (50 V/μs). Altri operazionali con elevata velocità di risposta, come l'OP275 (22 V/μs), sono regolarmente citati dai commentatori per la loro musicalità. Ma altri fattori possono essere altrettanto importanti.

Distorsione aggiunta dalla Velocità di Risposta

I lettori con una velocità di risposta bassa hanno dei ritardi da uscita a ingresso più ampi rispetto ai lettori con una velocità di risposta alta. Questi ritardi aggiungono errori, armoniche dispari non presenti nel segnale originale, secondo Bullard e le Leggi delle Armoniche di Bullard. Gli errori sulle armoniche sono definiti dal valore della velocità di risposta. Si ipotizza che queste armoniche dispari sbagliate siano in parte il risultato delle differenze in ciò che viene udito tra operazionali con valori diversi di velocità di risposta. Le maggiori armoniche dispari degli operazionali con una velocità di risposta bassa conferiscono un po' di spigolosità e un suono più pulito, diciamo dal tono meno pieno. Gli operazionali con una velocità di risposta alta suonano meno spigolosi e meno puliti, e saranno percepiti come più ricchi di tono. E sì, questa è un'altra ipotesi che richiede ulteriori ricerche. Un modello alternativo dice che velocità di risposta più basse hanno come conseguenza un jitter maggiore, e che il jitter definisce le differenze sonore di un operazionale. Ma entrambi i modelli dicono pressoché la stessa cosa; senza dubbio i ritardi da uscita a ingresso causano jitter, ma jitter è un termine molto più ampio.

Ho ascoltato i lettori in Tabella 1 e ho riscontrato un'evidente relazione tra il livello della velocità di risposta e il tono di uno strumento. I lettori con una velocità di risposta bassa (NJM5462/Philips CD753, 3 V/μs) suonavano con un tono un po' slavato, mentre valori più elevati erano associati a più tono. Ho potuto sentire i toni del legno negli strumenti a corda con il CD4SE (20 V/μs), più che con l'OP275/Philips CD753 (22 V/μs), la qual cosa implica che qui ci siano dei fattori aggiuntivi da considerare. In generale: gli operazionali con velocità di risposta più bassa sembrano avere una perdita maggiore del tono degli strumenti e operazionali con velocità di risposta più alta hanno una perdita minore.

Velocità di Risposta e Passo

Valori elevati della velocità di risposta dovrebbero significare un migliore tracciamento del segnale in ingresso e una migliore riproduzione dell'accuratezza del passo. Tuttavia, in generale, non ho riscontrato all'ascolto che i lettori con velocità di risposta bassa (3 V/μs) manchino di passo. Ci possono essere dei casi, ma questi episodi potrebbero essere collegati ad altri fattori. Lick (Julia Wolfe, Bang on a Can), pezzo dal passo veloce, complesso e ricco, è accuratamente riprodotto dall'OP275/CD753 (22 V/μs) ad alta velocità di risposta, ma sembra un po' pasticciato e ha un problema di passo percepito con il NE5532/CD550c (9 V/μs), sebbene l'incremento di rumore in gamma bassa 1/f dell'operazionale NE5532, e l'ipotizzato effetto dell'1/f sulla linearità del rumore sulla frequenza e sul passo percepito, possa avere qualche implicazione qui. L'OP275, in confronto, non ha incrementi di rumore 1/f. Il NE5532/CD550c (9 V/μs) eccelleva nella riproduzione ritmica e del basso semplice, tranne l'opera concitata.

Il NJM4562/CD753 (3 V/μs) ha riprodotto il lento pezzo di Feldman Piano And String Quartet (Kronos Quartet) con un passo apparentemente veloce. Ho notato di più il passo lento, fluttuante, rilassante e meditativo di questo pezzo con il NE5532/CD550c (9 V/μs), l'AD711/CD4SE (20 V/μs) o l'OP275/CD753 (22 V/μs). Ed è così che andrebbe ascoltato. Tuttavia, la corrente d'uscita o altri fattori del NJM4562/CD753 possono avere influito qui, più che la bassa velocità di risposta.

Rapporto di Reiezione in Modalità Comune e Rapporto di Reiezione dell'Alimentazione

I rapporti di reiezione in modalità comune e dell'alimentazione indicano la capacità dell'operazionale di sopprimere i segnali di rumore comuni a entrambi gli ingressi. È un parametro dell'operazionale dopo l'iterazione CMRR/PSRR. Un valore elevato di CMRR/PSRR significa una migliore reiezione del rumore. Qui è più importante il valore del CMRR.

La capacità del CMRR di respingere il rumore in modalità comune di solito diminuisce all'aumentare della frequenza. Il valore di CMRR dell'OP275 (TPC. 7 pagina 4) è un piatto 106 dB fino a 3 kHz, dopodiché cade raggiungendo un valore di 90 dB a 10 kHz e di 85 dB a 20 kHz. La maggior parte dei dati in Tabella 1 non indica graficamente il CMRR rispetto alla frequenza, ma fornisce il valore tipico e un valore minimo, all'ottava superiore, sebbene i produttori possano non avere la medesima definizione di ottava superiore.

CMRR e Ottava Superiore

I valori di CMRR sono stati confrontati tra l'OP275/CD753 (tipico CMRR = 106 dB, min. 80 dB) e il NJM4562/CD753 (tipico CMRR = 90 dB, min. 70 dB). Entrambi gli operazionali sono stati montati col fai-da-te nel medesimo modello di lettore CD (Philips CD753) e sono stati alimentati dal medesimo DAC (TDA1549T) e versione. Il NJM4562/CD753 è il lettore più dettagliato, ma è caratterizzato da un maggiore rumore all'ottava superiore che si traduce in una spiacevole asprezza degli strumenti ascoltati. Si pensa che a questa frequenza dell'ottava superiore il NJM4562/CD753, con il suo basso valore di CMRR (70 dB) a 20 kHz, lasci semplicemente passare molto più rumore, esaltando gli strumenti a questa frequenza inasprendoli. L'OP275/CD753, con il suo maggior valore di CMRR (80 dB) all'ottava superiore, ha un rumore minore alle alte frequenze e quindi la durezza nell'ottava superiore e l'asprezza degli strumenti non vengono udite così tanto.

Considerando il più recente operazionale OPA1602, anch'esso provato in un CD753, esso ha un valore di CMRR pari a 114 dB a 20 kHz e un suono in gamma alta molto buono: realistico, tranquillo e dettagliato, senza alcuna traccia di asprezza in gamma alta.

Se la vostra ottava superiore è attenuata, oppure se i tweeter sono ben smorzati o se semplicemente non ascoltate strumenti suonati nell'ottava superiore, allora un valore elevato di CMRR nell'ottava superiore potrebbe non essere così importante per il vostro piacere d'ascolto. Inoltre, ciò che sentite nell'ottava superiore sarà influenzato dai filtri del DAC e dal noise shaping (secondo ordine), per cui avrete bisogno di un valore elevato di CMRR per mitigare il rumore nell'ottava superiore. In contrasto, il Marantz CD53 ha un noise shaping più forte (quarto ordine) e un valore di CMRR più alto all'ottava superiore potrebbe non essere necessario per questo lettore.

Conclusioni

Il CMRR e la velocità di risposta sono parametri prestazionali rilevanti e probabilmente è meglio evitare operazionali compromessi dal rumore 1/f. Sì, il rumore è un parametro importante, ma non necessariamente il più importante. Dopo avere ascoltato vari operazionali, non penso di poter dire di essere riuscito a sentire così tanta differenza tra i lettori CD con valori di rumore dell'operazionale inferiori a circa 0,6 μVrms. Ma è l'utilizzatore che deve decidere la sua combinazione preferita di valori di rumore, velocità di risposta e CMRR in un operazionale. So dai forum che alcuni preferiscono un suono spigoloso e pulito (bassa velocità di risposta), altri invece diffidano di un suono dettagliato, ritenuto meno reale rispetto all'esperienza in una sala da concerto, e queste persone potrebbero preferire un'alta velocità di risposta ma un operazionale rilassato a livello di rumore. A me piace il suono dettagliato, con un estremo alto ben suonante e nessun problema di passo percepito, quindi per me sceglierei un operazionale a basso rumore che abbia un elevato CMRR nell'ottava superiore, una velocità di risposta media e un basso rumore 1/f.

La sostituzione dell'operazionale non è una soluzione automatica di upgrade, perché l'applicazione dei parametri prestazionali degli operazionali dipende, in parte, dalla compatibilità degli operazionali stessi nel lettore CD ospite e dalla circuiteria di contorno. Inoltre, le prestazioni complessive di un operazionale possono essere influenzate dai componenti a valle, tipo pre-amplificatori, amplificatori e diffusori, e a monte dal filtraggio e dal DAC. In aggiunta, potreste desiderare di sfruttare al meglio altre caratteristiche dell'operazionale, quali la corrente di uscita (NJM4556) oppure un valore elevato di guadagno ad anello aperto.

Ci sono talmente tante parti coinvolte nella riproduzione di un CD che, mal che vada, è pretestuoso collegare un qualsiasi parametro a un guadagno o a una perdita di prestazioni. Tuttavia, non dovremmo rinunciare a provare. Chiaramente, non possiamo giudicare ascoltando ogni DAC, operazionale, o versione di lettore CD con tutti i tipi di musica. E parametri quali il rumore sono misurabili e fissi. Sebbene la circuiteria di un lettore CD e i DAC abbiano un impatto sul suono finale, montare un operazionale compatibile e con rumore più basso, a parità di tutto il resto, dovrebbe offrire un rumore di fondo minore. Potrebbe piacervi oppure no. Capire i parametri restituisce un po' di potere al compratore, autocostruttore e utilizzatore.

Copyright © 2022 Paul Hunting - paul@tnt-audio.com - www.tnt-audio.com

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