Definizione
La distorsione non lineare si verifica quando l'uscita di un sistema non è proporzionale all'ingresso: y = f(x) con f non lineare. La saturazione è una distorsione non lineare graduale, a bassi livelli di distorsione, tipica di nastro, valvole e trasformatori; overdrive, distorsione e fuzz indicano livelli crescenti fino al taglio netto della forma d'onda.
Sviluppando la funzione di trasferimento in serie: y = a1·x + a2·x² + a3·x³ + …. Con x = A·cos(ωt):
- x² = (A²/2) · (1 + cos 2ωt): componente continua e 2ª armonica;
- x³ = (A³/4) · (3·cos ωt + cos 3ωt): 3ª armonica (e un contributo alla fondamentale).
I termini di grado pari producono armoniche pari e derivano da curve asimmetriche; i termini di grado dispari producono armoniche dispari e derivano da curve simmetriche. Per piccoli segnali l'armonica di ordine n cresce di n dB per ogni dB di aumento dell'ingresso: la distorsione aumenta rapidamente con il drive.
La distorsione armonica totale è THD = √(V2² + V3² + … + Vn²) / V1, espressa in % o in dB (20·log10 THD): 10% = −20 dB, 1% = −40 dB, 0,1% = −60 dB. La THD+N comprende anche il rumore. Con due o più frequenze f1 e f2 la non linearità produce anche intermodulazione (IMD), con componenti a m·f1 ± n·f2 che non sono in rapporto armonico con le note; la prova SMPTE usa 60 Hz e 7 kHz in rapporto di ampiezza 4:1. Nel digitale le armoniche oltre fs/2 si ripiegano in banda (aliasing) se il processore non lavora in sovracampionamento.
Parametri e unità
- Drive / input: dB di guadagno prima della non linearità.
- THD: saturazione leggera 0,1–1%; saturazione evidente 1–5%; overdrive 5–20%; distorsione e fuzz oltre 20%.
- Bias / asimmetria: quantità di armoniche pari.
- Tono / filtri pre e post: controllano quali frequenze vengono distorte e quali armoniche restano.
- Mix: 10–50% nella saturazione in parallelo.
- Oversampling: ×2–×16.
- Output: compensazione del livello.
Carattere delle armoniche: la 2ª è l'ottava (consonante, densità e calore); la 3ª è l'ottava più la quinta (più mordente); 5ª, 7ª e 9ª sono progressivamente più aspre. Il nastro professionale ha come livello massimo di riferimento (MOL) il livello a cui la 3ª armonica raggiunge il 3%.
Funzione musicale
La saturazione aggiunge densità e loudness percepita a parità di picco, rende udibili i bassi sui piccoli altoparlanti grazie alle armoniche (la fondamentale mancante viene ricostruita dall'orecchio), dà coesione ai bus e carattere alle singole tracce. La distorsione è una scelta timbrica per chitarre, bassi, batterie e voci aggressive. L'intermodulazione spiega perché la distorsione forte suona pulita sulle power chord (quinta e ottava, rapporti semplici) e sporca sugli accordi con terze e settime.
Esempio pratico
- 808 a 45 Hz su smartphone: l'altoparlante riproduce a partire da 150–200 Hz e la fondamentale non arriva. Una saturazione con THD 5–10% genera armoniche a 90, 135, 180, 225, 270 Hz: la nota diventa udibile. Nell'analisi le bande Bassi alti (120–250 Hz) e Medio-bassi (250–500 Hz) della traccia salgono di 4–6 dB.
- Drive: aumentando il drive di 3 dB, la 3ª armonica cresce di 9 dB in assoluto, cioè di 6 dB rispetto alla fondamentale.
- Voce con saturazione a nastro: THD 1–2%; il crest factor scende di 1–2 dB e la voce risulta più densa a pari loudness integrata.
Errori comuni
- Saturare ogni traccia: le piccole distorsioni si sommano e il mix diventa opaco e affaticante.
- Giudicare la saturazione senza compensare il livello: il segnale più forte sembra migliore.
- Saturare senza sovracampionamento materiale brillante: l'aliasing produce componenti inarmoniche.
- Distorcere pesantemente accordi complessi o mix interi: l'intermodulazione rende il suono confuso.
- Aggiungere armoniche dispari forti al sub: le armoniche nei medio-bassi si accumulano e producono fango.
- Dimenticare che la saturazione abbassa il crest factor e modifica il lavoro dei compressori successivi.
Come verificarlo
- Analisi dell'app: confronta la traccia prima e dopo: l'energia per banda mostra dove compaiono le armoniche (per un 808 le bande Bassi alti e Medio-bassi); Crest factor (picco − RMS) e PLR calano; la Loudness integrata (BS.1770) va riportata al valore iniziale con l'output per un confronto corretto.
- Misura della THD: invia al saturatore una sinusoide a 100 Hz o 1 kHz e leggi le armoniche con un analizzatore a FFT ≥ 8192 (Voxengo SPAN, Plugin Doctor): THD = radice della somma dei quadrati delle armoniche rispetto alla fondamentale.
- Prova di aliasing: con una sinusoide a 5–8 kHz, componenti sotto la fondamentale o tra le armoniche indicano aliasing.
Impostazioni di partenza
| Parametro | Valore | Perché |
|---|---|---|
| Saturazione leggera (bus, voce) | THD 0,1–1% | Densità senza distorsione percepibile. |
| Saturazione di 808 e bassi | THD 3–10% | Armoniche udibili sui piccoli altoparlanti. |
| Saturazione in parallelo | mix 10–50% | Colore controllato conservando i transienti. |
| Oversampling | ×4–×8 | Riduce l'aliasing delle armoniche alte. |
| Asimmetria | bassa per neutralità, alta per calore | Le armoniche pari addolciscono, le dispari aggiungono mordente. |
| Compensazione di livello | loudness invariata entro 0,5 LU | Confronto corretto in bypass. |
Come verificare il risultato
- Loudness integrata della traccia invariata entro 0,5 LU tra saturazione attiva e bypass durante il confronto.
- Crest factor della traccia saturata ridotto di non più di 3 dB.
- Nessuna componente inarmonica nello spettro con sinusoide di prova a 5–8 kHz.
- Energia delle bande Bassi alti e Medio-bassi del mix entro ±2 dB dalla reference dopo la saturazione dei bassi.