Udibilità della fase assoluta

di M Kistanami Jr.

traduzione di Mario Bon

16 gennaio 2016

P.S. il dr. Kistanami non è diplomatico e tende a trattare bruscamente chi manifesta idee antiscientifiche. Nel tradurre il testo sono state soppresse le volgarità e gli insulti.

Nel contesto dell’alta fedeltà, invertire la fase assoluta significa invertire la polarità del segnale. La cosa si realizza facilmente invertendo la connessione dei diffusori acustici. Dove prima gli altoparlanti si muovevano in avanti, ora si muovono all’indietro (e viceversa). Volendo se ne può fare un hobby: ogni giorno, più volte al giorno, si invertono le connessioni dei cavi dei diffusori acustici. Si potrebbero risparmiare i soldi della palestra.

Il cambio di segno di una funzione ne cambia la forma perché la inverte rispetto alle ascisse. Nel caso di una sinusoide, l’inversione del segno non ne cambia la forma ma la fase e siccome la fase di una sinusoide dipende dalla scelta arbitraria dell'origine dell'asse temporale (e non ha significato fisico), la forma della sinusoide non cambia e non cambia nemmeno il contenuto informativo.

L’inversione della polarità di un segnale lo inverte rispetto all'asse del tempo. Questa operazione (che è lineare ovvero non introduce distorsione di alcun tipo) non cambia il suo spettro e nemmeno le informazioni in esso contenute (la trasformazione di Fourier è lineare). L’informazione dipende dalla ampiezza delle componenti spettrali (modulo dello spettro, insensibile al cambio di segno) e dalle differenze di fase relativa tra le componenti spettrali (e le differenze di fase non cambiano invertendo il segno del segnale).

Se le informazioni non cambiano perché si dovrebbero sentire due cose diverse? La natura ha tenuto conto di ciò. Infatti l'orecchio è sensibile all'energia (frequenza) e all'inviluppo del segnale sonoro (in particolare al transitorio di attacco). I segnali che viaggiano lungo il nervo acustico non sono sinusoidi ma treni di impulsi digitali la cui frequenza è proporzionale all'ampiezza delle oscillazioni della membrana basilare (su cui insistono le cellule ciliate). Se la membrana basilare si muove molto (in corrispondenza ad una certa frequenza) la frequenza degli impulsi inviati al cervello è maggiore (max 150 Hz). Le cellule ciliate non rilevano la fase ma l'ampiezza del movimento della membrana basilare. Questa parte dell'orecchio interno (la membrana basilare) si comporta come un analizzatore di spettro meccanico che misura il modulo dello spettro dello stimolo. La fase assoluta, quindi, non c'entra.

Le differenze di tempo non sono differenze di fase ma differenze di ritardo di gruppo. L' apparato uditivo discerne il ritardo di gruppo, ovvero riconosce i ritardi di tempo (un transitorio che arriva prima di un altro). La fase si definisce solo per le sinusoidi. Non si dovrebbe dire "Invertire la fase assoluta" ma "invertire il segnale" oppure “invertire la polarità del segnale” forse questo genera confusione.

In natura i toni puri non esistono (tutti i segnali hanno un inizio e una fine) e, a meno che i diapason non crescano sugli alberi a mia insaputa, perché mai l'evoluzione avrebbe dovuto preoccuparsi della fase relativa o assoluta che sia se non esistono suoni per i quali valga la pena valutarla?

Qualsiasi test che si voglia riferire alla percezione della musica va fatto con segnali musicali: "nelle effettive condizioni d'uso". Quindi i test condotti con segnali artificiali (come le onde quadre) o a livelli SPL esagerati non possono essere riferiti alle sensazioni prodotte dall’ascolto della musica (ricordiamo che anche il livello modifica il timbro).

Avendo detto tutto ciò se, invertendo la polarità del segnale, si percepisce una variazione del messaggio sonoro (in particolare una variazione di altezza o di timbro) significa che il sistema di riproduzione produce una quantità udibile di distorsione da asimmetria.

I cavi con un verso di percorrenza privilegiato non dovrebbero essere usati in HiFi perché distorcono il segnale (sono almeno parzialmente rettificanti). Se utilizzate cavi con un verso di percorrenza privilegiato, allora una variazione della qualità della riproduzione , invertendo il verso del cavo, è assolutamente giustificata e anzi attesa. Infatti invertire il verso del cavo o invertire la polarità del segnale , porta, in termini di distorsione, allo stesso risultato.

Schema elettrico semplificato di un cavo con un verso privilegiato di percorrenza. Si tratta di un cavo parzialmente rettificante. In questo caso passa una maggiore quantità di corrente da sinistra verso destra.

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Il fatto che venga processato un segmento sonoro, e non l’ampiezza della pressione istante per istante, rende la valutazione di una eventuale inversione del segnale tecnicamente problematica.

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Percezione della inversione di polarità

L’inversione della polarità del segnale audio è avvertibile ma non da tutti, non con tutte le registrazioni, non in tutti gli ambienti, non con tutti gli impianti di riproduzione.

Per prima cosa va detto che, per valutare l’effetto dell’inversione di polarità, l’ambiente dovrebbe essere escluso o reso neutro quindi i test andrebbero fatti con le cuffie, in ambiente anecoico o almeno nel campo vicino dei diffusori (cosa abbastanza pericolosa per l’integrità dell’udito).

L’inversione di polarità può cambiare contenuto informativo del segnale solo in presenza di forti asimmetrie il che, in soldoni, significa quando il sistema di riproduzione produce tassi importanti di distorsione di armonica pari specialmente con “grandi segnali” ovvero a livelli di pressione elevati. Non tutti sono disposti a riconoscere che i propri diffusori distorcono. Se è il caso bisogna farsene una ragione.

La percezione della fase assoluta

Il concetto di fase riguarda solo ed esclusivamente i toni puri. Nel caso di segnali con banda passante finita si deve parlare di “ritardo di gruppo”. Quando si invertono i fili di collegamento del diffusore acustico all’amplificatore si opera una “inversione di polarità” che inverte il segnale (lo proietta sull’asse delle ascisse). In pratica l’inversione di polarità trasforma il segnale f(t) in –f(t).

Questa operazione (moltiplicazione per –1)

- è lineare

- non altera lo spettro del segnale

- non altera le relazioni di fase tra le sue componenti spettrali

- non altera l’inviluppo

- non altera le informazioni trasportate dal segnale

Solo in base a queste considerazione (universalmente valide) si deve concludere che l’inversione di polarità non è udibile.