VU meter

Il VU meter o SVI (Standard Volume Indicator ) è uno strumento di misura analogico dei segnali audio, ideato in USA a fine anni trenta, per poter standardizzare i livelli delle linee telefoniche e di radiodiffusione, indicando il volume sonoro del parlato e del programma musicale, in unità relative (vu = volume unit ), su una scala logaritmica estesa (tipicamente) da -20 a +3 VU, e centrata sul livello di riferimento (0 VU - 100%).^[1]

Inizialmente, oltre alle unità di volume, il meter doveva indicare anche i volt, con una scala lineare assoluta, ma è stato scelto di usare una scala percentuale, dunque relativa, e limitata dallo 0 % (< a -20 VU) al 100 % (0 VU). E per un certo periodo, ci furono in commercio due tipi di SVI, uno col quadrante con "scala A" (la versione più conosciuta) e uno (quasi sconosciuto) con "scala B", ad indici invertiti: % sopra e VU sotto.^[1]

Il quadrante è stato scelto di color giallo-panna (2.93 Y [9.18/4.61], in Munsell color system), con ago ed indici neri fino al 100%, e poi rossi da 0 a +3 VU. Le unità di volume disponibili sulla scala sono 23 in totale, raffigurate con una progressione esponenziale, dove oltre metà corsa dell'ago segna soltanto 6 unità di volume (da -3 VU a +3 VU), ma in regime di lettura statica (ad ago fermo), i VU corrispondono ai livelli in dB. La scala percentuale, invece, vede una progressione lineare, che corrisponde al valore (relativo) della tensione applicata.^[1]

Il VU meter nasce, nell'era delle valvole, come strumento elettromeccanico, con indicazione ad ago su bobina mobile (moving coil). Più tardi negli anni, viene riprodotto anche in forma elettronica (dagli anni settanta), con barre di LED o indicatori al plasma, e con scale più o meno estese (extended - fino a 70 VU totali) e/o precise, ed anche in forma virtuale-digitale (dagli anni novanta), tramite software, con grafiche di ogni tipo. Tuttavia, il VU meter originale moving-coil, rimane ancora "il migliore", nell’utilizzo per cui è stato concepito.

Storia

Nel gennaio 1938, parte in America la ricerca per risolvere le problematiche delle differenti pratiche di misurazione dei livelli di volume, in vari campi di utilizzo audio, con la collaborazione dei laboratori Bell e delle emittenti CBS e NBC. Discusso ed approvato da altre 24 organizzazioni, nel maggio del 1939 viene adottato il SVI come nuovo standard, e pubblicato nel 1940 dalla IRE (Institute of Radio Engineers - oggi IEEE) come A New Standard Volume Indicator and Reference Level, ad opera degli autori membri, H. Chinn, D. Gannett e R. Morris.^[1]

VU meter per audio multicanale

Nel 1942, diventa una raccomandazione nazionale di procedura, nelle pratiche della American Standards Association (ASA - oggi ANSI) come C16.5, poi rivisto come standard tra il 1952 e il '54 (ANSI C16.5 e IEEE 152-1953), e riaffermato nel 1961, come "pratica standard americana per le misure elettriche del volume del parlato e delle onde di programma" (American Standard Practice for Volume Measurements of Electrical Speech and Program Waves).

Negli anni 1960 e 1970 viene più volte rivisto e riaffermato, ma senza alterazioni documentate. Quindi, viene riscritto come standard IEEE/ANSI nel 1991, ed infine ritirato ufficialmente nel 1999.

Ottantacinque anni dopo, il VU meter elettromeccanico è usato ancora, almeno in quegli studi che conservano i "vecchi" macchinari analogici (ma non solo), e continua nella norma IEC 268-17 del 1990, seguendo anche le specifiche BS 6840-17.

Specifiche

Meccanica interna

VU anni '70 per +4 dBu

Il VU meter è, in pratica, costituito da un galvanometro (di tipo Deprez-D'Arsonval), che per sua natura misura i valori medi del segnale elettrico in corrente continua, al quale è applicato un circuito raddrizzatore ad onda intera all'ossido di rame (oggi, con diodi al germanio), per poter valutare i segnali (audio) in corrente alternata. Lo strumento, è un micro-amperometro da 200 µA, usato come voltmetro, mettendo in serie una resistenza (da ~ 3600 Ω), per presentare un carico di 7500 Ω, nei collegamenti ad alta impedenza. In questa configurazione, necessita di un segnale 4 dB più alto (+4 dBu), rispetto alla configurazione a bassa impedenza, che è usata per gli interfacciamenti a 600 Ω, dove il valore di riferimento è 1 mW: con un'onda sinusoidale di ampiezza pari a 2,19 Vpp (volt picco-picco o 0,775 Vrms su 600 Ω), il misuratore indica la deflessione di riferimento 0 VU (0 dBm, ovvero: 0 dB(mW) = 1 mW). La deflessione di riferimento, durante la lettura del segnale di test (lettura statica), è raggiunta con un tono di prova con frequenza di circa 1 000 Hz e ampiezza relativa allo standard adottato (1 mW, +4 dBu, +8 dBu, ecc). Alcuni VU meter di produzione più moderna (anni '70), riportavano la scritta "0VU=1.228V", per specificare lo standard +4dBu adottato.

VU meter nero del TEAC A-6010

Dagli standard della National Institute of Justice (NIJ - Istituto Nazionale di Giustizia), riguardo le misure dei livelli di trasmissione del segnale telefonico nazionale (USA) effettuate col VU meter, e dalle specifiche degli apparati di trasmissione della AT&T (USA), emerge un livello di riferimento a 0 dB(mW) su 600 Ω ed una potenza massima di canale pari a +15 dB(mW). Il levello di riferimento (0 VU) rappresenta il livello di potenza del tono sinusoidale, usato come segnale di allineamento internazionale, il cui voltaggio di 0.775 Vrms, corrisponde a 1 mW su 600 Ω.

Tuttavia, facendo le dovute calibrazioni e modifiche allo schema elettrico, il meter SVI è anche riferibile a qualsiasi altro livello standard (da +4 a +26 VU) senza deviare dalle specifiche, oppure per altre esigenze di studio (es: CFRB Toronto, CFPL London Canada, ecc).

La risposta in frequenza risulta lineare entro 0,2 dB fra 35 Hz e 10 kHz, e 0,5 dB tra 25 Hz e 16 kHz.

Balistica

La balistica del VU meter è simmetrica, e vale un tempo di 300 ms, sia per flettere l'ago da 0% al 99% (max +1,5%), che per defletterlo (percorso inverso). Ciò è verificabile tramite vari test dinamici, tra cui quello della IEC(International Electrotechnical Commission ), che dichiara: "usando un tono burst a 1 000 Hz di 140 ms (± 10) e di ampiezza pari a 0 VU continuo, l’ago flette a −3 VU (70%)" (dove il brust è un segnale di test che simula un improvviso aumento del livello d'ampiezza, per un tempo ridotto e predeterminato); oppure, quello della CCIF (Comitato Consultivo Internazionale Telefonico), dove il tempo necessario del burst per far flettere l'ago da 0% a 80%, è di 190 ms (± 10).

Una volta che il VU meter è stato calibrato e tarato correttamente, può indicare fino a +3 VU (che è il livello massimo permesso, o PML), durante la lettura dinamica di un programma sonoro, con potenza massima del canale.

Utilizzo

VU meter a barre di LED

Il movimento continuo nella risposta dell'ago, qualifica i VU meters (e i vari altri meter ad ago) ad essere gli strumenti con la maggior precisione, durante gli allineamenti tra le varie strumentazioni audio (mixer, amplificatori, processori, registratori, trasmettitori, ricevitori, ecc). Infatti, se un allineamento fosse errato di +0,1 dB (ad esempio), il segnale potrebbe distorcere (in ampiezza) soltanto per 1% circa, ma quando l'errore fosse di +3 dB (ad esempio), l'eventuale distorsione sarebbe inesorabilmente del 40% circa. Questo, è uno dei motivi per cui i VU meter (anche quelli più economici) vengono spessissimo usati nei registratori a nastro e in quelle posizioni strategiche, dove il corretto allineamento tra le "macchine", risulta fondamentale. In confronto, i più moderni meter a LED (e simili) tendono a presentare livelli discreti, con salti anche un po' troppo ampi tra un'indicazione e l'altra, causando, a volte, pessime regolazioni di allineamento tra i dispositivi.

Tuttavia, se calibrato, tarato e usato in modo corretto, anche in regime dinamico il VU meter risulta ancora un valido strumento di levelling (livellamento delle varie voci, in un programma sonoro); infatti, è stato lo spunto principale nella modellazione dei nuovi Loudness meter digitali (ITU-R BS.1770, EBU R128, ecc), ideati per misurare i livelli suonori in dB LU (unità di loudness), delle produzioni audio più moderne, sia stereofoniche che multicanale.

Livelli (VU e PPM)

Livelli dei segnali nel VU meter

Tutti i segnali audio (sia in regime analogico, che digitale) possono essere misurati rispetto ai tre valori elettrici e caratteristici dell'onda: il valore di picco (PK - peak) o anche, del vero picco (TP - true peak), il valore efficace (RMS - Root Mean Square o valore quadratico medio), ed il valore "medio" (la media aritmetica dei valori tra tensione e intensità di corrente) conosciuto anche come lettura average (AVG).

Il valore del picco, è il tipico target dei misuratori PPM (Peak Programme Meter ), ma generalmente questi acquisiscono il valore RMS della cresta dell'onda, per poi interpolarne il livello (più o meno reale) da indicare all'operatore. Tuttavia, i misuratori di picco non sono tutti uguali e van divisi tra, i più comuni Q-PPM (Quasi-Peak Programme Meter ) analogici, come specificati nelle IEC 268-10 e BS 6840-10, e i PPM digitali, quali gli S-PPM (Sample-PPM ), specificati nelle EBU R68, SMPTE RP155 e IEC 60268-18, ed i T-PPM (True-PPM ), specificati nelle ITU-R BS.1770 e EBU R128; in quanto, ognuno di loro fornisce una lettura dei picchi più o meno diversa dalla realtà, e dove l'oscilloscopio è in assoluto il miglior lettore di picco, in grado di valutare correttamente le ampiezze reali del segnale, fornendo una completa indicazione visiva di qualsiasi forma d’onda (entro le capacità di banda).

Il valore medio AVG, è invece la modalità naturale di lettura dei galvanometri; e nel caso del VU meter, è lasciato lavorare in quel modo: la balistica lenta e la lettura media, lo rendono del tutto inadatto a indicare i picchi del segnale; ma non solo i picchi, anche una buona parte dell'onda. Infatti, il VU meter nasconde le creste del programma sonoro, fino a 17 dB oltre l’indicazione dell’ago (in base alla forma d'onda). Questo, è chiamato "picco invisibile" (invisible peak), o anche "fattore di cresta del meter", e rappresenta il livello tra il valore di PK (reale) del segnale ed il valore AVG della lettura, vista dall'operatore.

Il livello tra i valori di PK e RMS dello stesso segnale, è detto "fattore di cresta nominale", e vale fino a 15 dB (in base alla forma d'onda); ovvero, 2 dB inferiore al fattore di cresta del VU meter in lettura.

Il "fattore di cresta medio" (-6 dB) del segnale, vale quindi 11 dB (17 – 6) per la lettura AVG, e 9 dB (15 – 6) per la lettura RMS; e come i primi due attori di cresta, anche questi due sono rappresentativi delle tipiche differenze tra la lettura dei programmi sonori, fatta col VU meter (in USA) e col PK meter (in Europa).

Un'altra "stranezza" del VU meter, è che rispetto ai vari PPM, sembra avere una headroom (vedi ITU-R BS.645) di soli 3 dB: da 0 a +3 VU; soprattutto quando lo si vede rappresentato a confronto in certe tabelle o grafiche "esplicative". Tuttavia, considerando il livello +3 VU, come il livello di "fondo scala" da non superare mai in nessun caso, ma dove l'ago può arrivare saltuariamente, la headroom del VU meter risulta essere addirittura (17 dB + 3 VU) = 20 dB, ovvero 10 volte il valore del segnale di allineamento, rispetto alle creste effettive del segnale più forte, che flette l'ago a +3 VU.

Come è noto ai più tecnici, un VU meter che misura il segnale di un programma sonoro, indica un livello inferiore di circa 2 dB, rispetto al livello RMS dell’onda. Questa differenza di 2 dB (tra AVG e RMS) è il punto cardine che spiega la rispettiva differenza del valore numerico adottato come livello di allineamento internazionale (AL), nei due diversi standard, Statunitense (SMPTE -20 dB FS) ed Europeo (EBU -18 dB FS), per fare le misure dei programmi con i meter digitali Sample-PPM, calibrati in modo "continentale".

Ovvero, sia il tono di allineamento che il massimo picco delle creste del programma sonoro, sono sempre gli stessi in entrambi gli standard. L'unica differenza è la tipologia di meter usato e il suo specifico modo di lettura degli stessi segnali audio.

Durante l'era analogica, c'erano diverse interpretazioni su questo punto, anche errate; tanto che in Francia venne adottato uno strano livello di allineamento nell'uso del VU meter (+2 VU)^[2], ed in Germania limitarono il fondo scala dei meter DIN a -3 dB, rispetto al resto del mondo. In Italia, ancora oggi, che siamo ormai in era digitale da almeno 16 anni (2008-2024), i livelli di segnale delle TV nazionali, sono rimasti ancora tra i 6 e 9 dB al di sotto della capacità del canale di trasmissione. D'altra parte, le trasmissioni Radio vengono talmente compresse ed aumentate di volume (ma senza aumentare il livello di PK del segnale che il canale potrebbe accettare), che la dinamica media dei programmi è di circa 6-8 dB, quando potrebbe essere più estesa, in modo semplice, ad almeno 15 dB o anche qualcosa in più, ed avere picchi più alti. Oggi, nell'era digitale, con i meter Loudness, questa "differenza atlantica" dovrebbe essere già svanita ed accomodata, ma la "guerra del loudness" sembra non essere ancora finita, o per qualcuno è già persa!^[3]^[4]