Autore: Werner Ogiers - TNT Belgio
Pubblicato: Gennaio, 2009
Traduttore: Roberto D'Agosta

Nell'accoppiare una testina a magnete mobile (MM) con un preamplificatore fono, nel circuito elettrico che ne risulta la testina è solitamente terminata con una resistenza in parallelo ad una qualche conduttanza. Questa conduttanza è formata dalla conduttanza parassita dei cavi di connessione, dell'ordine dei 100pF, e qualsiasi altra conduttanza che esplicitamente o implicitamente sia presentata al circuito dal preamplificatore. Quest'ultima può essere sia fissa -male- che variabile -bene-, eppure la resistenza terminale del preamplificatore è quasi sempre fissata a 47 kOhm.

Sinceramente non so se la scelta di 47k sia nata come standard internazionale (anche se il manuale Radiotron del 1952 non ne fa riferimento, e sembra che allora ogni carico fosse possibile) oppure sia emersa, fra gli anni 60 e 70 come "costume" da parte del singolo costruttore per far si che i propri prodotti fossero compatibili con i marchi più diffusi: dopo tutto un consumatore confuso molto probabilmente non comprerà ed una cosa fissa in generale non crea confusione. Da questo modo di pensare potrebbe essere nata la convenzione dei 47k, mentre la conduttanza variabile era, allora come ora, solo per specialisti o appassionati.

Ma recentemente c'è stato un po' di fermento in rete attorno ad alcuni metodi alternativi di terminare le testine MM: è stato fortemente suggerito che si abbandoni lo standard di una resistenza di 47 kOhm in parallelo ad una conduttanza variabile e si preferisca la configurazione creata di una resistenza variabile in parallelo ad una piccola e fissa conduttanza di carico.

Nulla di tutto questo è veramente nuovo: anche il già citato manuale Radiotron del 1952 ne suggerisce la possibilità; trent'anni dopo la controversa rivista Audio Basics, pubblicata dai alcune società nel settore audio lo (ri)scoprì ed al tempo stesso alcuni componenti giapponesi di fascia alta usavano dei potenziometri variabili per i loro stadi d'ingresso MM (guardate per esempio la foto del Luxman C12).

La moderna ri-riscoperta di questo fatto da parte del mondo audiofilo è esemplificata al meglio da alcuni forum [in Inglese, NdT] (per esempio www.vinylengine.com) o da manuali o articoli su siti di ingegneri audio e di alcuni costruttori (e.g., http://www.hagtech.com/loading.html): ognuno essenzialmente dichiara che ciascuna testina ha una propria resistenza di carico ottimale che può essere calcolata.

Il modello teorico che fa da fondamento a questa affermazione descrive la testina come una resistenza in serie ad una induttanza, con entrambi i valori spesso indicati direttamente dal costruttore. Questo circuito equivalente quando viene chiuso sulla resistenza e condensatore di shunt presenti nell'amplificatore forma un filtro passa-basso del secondo ordine il cui smorzamento è controllato dalla resistenza di carico. Se ne conclude che generalmente la resistenza standard da 47k dà spesso origine ad un picco abbastanza brusco nello spettro audibile, intorno ai 12-15 kHz seguito da un brusco crollo nella parte alta dello spettro.

Prendete per esempio uno stralcio di Audio Basics [il file è in Inglese, NdT]:

Le caratteristiche di lavoro della vostra testina posso essere separate in due classi distinte. La prima di queste classi racchiude le sole caratteristiche meccaniche: la tipologia dello stilo e della sospensione, il loro moto puramente meccanico e le risonanze includendo anche le risonanze meccaniche proprie della struttura che forma il corpo della testina; la frequenza di risposta meccanica della testina limitata dalla qualità della sospensione; la massa, la lunghezza e la rigidità del cantilever; il taglio del diamante ed il suo allineamento; infine qualsiasi frizione, picchi o risonanze meccanici.

Ricordate che è la risposta meccanica della vostra testina, ovviamente accoppiata a quella del braccio e del piatto, che viene trasformata in segnale elettrico.

Le caratteristiche elettriche di una qualsiasi testina possono essere quindi considerate separatamente partendo da alcune ragionevoli ipotesi:

1. Una testina ideale dovrebbe avere una risposta meccanica piatta.

2. Una testina ideale dovrebbe avere una risposta elettrica piatta.

3. Le non-linearità meccaniche difficilmente possono essere compensate dall'introduzione di specifiche non-linearità elettriche.

4. Non-linearità elettriche e meccaniche molto probabilmente si sommeranno una all'altra, producendo problemi sonori che sono peggiori delle singole parti.

5. Probabilmente è una buona idea far si che lo spettro di frequenze nel dominio elettrico sia il più piatto possibile, indipendentemente da quale sia la risposta meccanica (un solo problema è probabilmente meglio di due problemi).

Le caratteristiche elettriche di una testina MM sono semplici da prendere in considerazione...

Ora il problema è che "dovrebbe" non può essere cambiato in "è" nel nostro mondo imperfetto: testine reali hanno spettri in frequenze meccaniche non lineari a causa di tutta una serie di risonanze strutturali e perdite meccaniche sia nella testina sia nell'accoppiata vinile-diamante. D'altro canto i costruttori usano alcuni parametri elettrici in combinazione con i valori di carico caratteristici per compensare il complesso comportamento meccanico dei loro prodotti. Le MM più che le testine a bobina mobile (MC) sono un esempio reale di come due cose negative possano fare una cosa positiva.

Quindi, anche se c'è qualche vantaggio nell'usare la resistenza di carico come parametro per l'ottimizzazione della risposta della testina nel solo dominio elettrico, sembra sbagliato concludere o anche solo sperare che questo possa portare ad una globale ottimizzazione della risposta elettrica e meccanica.

Lo scopo di questo articolo è proprio di confrontare, attraverso simulazioni al calcolatore e misure di testine reali, l'ideale "modello elettrico" con il mondo reale.

Per questo scopo ho recuperato una Shure M97xe, usata ma non troppo vecchia. Questa puntina è un esemplare tipico della razza delle testine MM, anche se con qualche difetto come ho discusso nella mia recensione ed è stato anche rilevato da alcune recenti articoli di J. LeSurf di HiFi News. Il costruttore dichiara una impedenza data da una resistenza di 1550 Ohm e da un'induttanza di 650 mH. Per questo test ho connesso la testina al mio nuovo stadio fono autocostruito. Questo è un piccolo oggetto che ho progettato proprio per avere la massima flessibilità: con una risposta RIAA molto accurata, un range continuo di guadagno dai 30 fino ai 70 dB, può mostrare alla testina una capacità variabile superiore ai 50 pF e una resistenza variabile inferiore ai 100k. Questo quindi sembra lo strumento ideale per questa recensione.

Se consideriamo la M97 nel dominio elettrico, usando i parametri di carico suggeriti dalla Shure, una resistenza di 47 kOhm e e 250 pF, otteniamo un circuito equivalente il cui spettro simulato di frequenza in risposta è simile a questo:

Si vede una risposta pressoché piatta fino ai 10 kHz, con un incremento di 0.5dB agli 8 kHz e un severo taglio, -4 dB ai 16 kHz che diventano -8 dB intorno ai 20 kHz.

Cosa succede se misuriamo la testina reale con un carico di 47 k/250 pF? Quello che segue è un grafico della risposta in frequenza generato usando la traccia a rumore rosa a 44.1 kHz del disco Hifi News & Record Review Test Record. Lo spettro in frequenza è ottenuto con una Fast Fourier Transform (FFT) a 1024 punti.

Sopra i 2 kHz la risposta inizia a scendere fino a -3 dB ai 6 kHz e quindi rimane piatta fino ad oltre i 16 kHz (con questa incisione qualsiasi dato oltre i 16 kHz sarebbe inattendibile). Nessun picco in vista intorno agli 8 kHz e nessuna perdita sopra i 10 kHz. Chiaramente il modello elettrico non ci sta raccontando tutta la verità: le reali perdite nel midrange non sono predette e ci deve essere una qualche risonanza meccanica per bilanciare la caduta di segnale dovuta al carico elettrico che si presenta attorno ai 12 kHz nel modello elettrico.

Ora proviamo un po' a giocare nel modello con la resistenza di carico, mentre teniamo fissa la conduttanza a 250 pF. Il grafico precedente riporta la risposta elettrica con una resistenza di 47, 75 e 100 kOhm: una pronunciata risonanza si sviluppa intorno agli 11-12 kHz che nel caso dei 100k raggiunge i 5 dB. Dopo questo picco, il crollo della parte alta dello spettro. Ed ora andiamo a vedere cosa otteniamo nel mondo reale:

Ora c'è qualche picco ben marcato, anche se intorno ai 13 kHz e nel caso di 100k, l'altezza del picco raggiunge appena i 0.5 dB rispetto al segnale ad 1 kHz, certo lontani dai +5 dB predetti dalle simulazioni. Nel caso dei 75k e 250 pF le frequenze più alte sono allo stesso livello del riferimento ad 1 kHz. Per cui consideriamo i 75k come riferimento "migliore" -migliore perché otteniamo uno spettro in gamma alta più ampio, cosa che la M97 al naturale non ha- e vediamo cosa succede se variamo la conduttanza tra i 150 pF e i 370 pF:

Aumentare la capacità di carico naturalmente riduce la frequenza di risonanza ed il fattore di smorzamento, quindi si alzano i picchi nel midrange e nella parte alta dello spettro. Basta questo a migliorare la caduta, abbastanza severa, del midrange della M97?

Il caso 75k//370pF da sicuramente la risposta più piatta, ma si estende solo fino ai 14 kHz. Il caso 75k//150 pF ha invece la risposta in alto più ampia, ma anche un maggiore vuoto nel midrange. Ora ditemi: quale di queste configurazioni suonerà meglio? Risposta: e chi lo sa? Solo il gusto personale ed un attento ascolto permetteranno di scegliere. Questi risultati suggeriscono che qualsiasi formula matematica in questo tipo di problemi nei casi migliori è puramente indicativa e completamente fuorviante in quelli peggiori.

Conclusione

Mentre da una parte mettere il carico resistivo nella faretra dei possibili parametri che un utente può cambiare nell'interfacciare una testina MM con un preamplificatore aggiunge un grado di libertà molto utile nel problema dell'ottimizzazione sonora, dall'altra farlo basandosi solo sulle specifiche elettriche della testina e quindi tentare di appiattire la risposta nel dominio elettrico può portare a risultati disastrosi.
Sia l'aspetto elettrico che quello meccanico vanno considerati e questo significa andare a misurare l'oggetto reale, o non avendone gli strumenti, ascoltarlo. O viceversa.