D.I. Box – I

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La D.I.Box ( direct injection box ) ( fig. 1) è un componente che serve ad adattare il livello di tensione ed impedenza di un segnale uscente da un dispositivo audio ( generalmente strumento musicale, segnale sbilanciato ) ed entrante in un’altro avente caratteristiche di circuito differenti, tale da ottimizzare il corretto trasferimento di carico senza mandare in distorsione il circuito di ingresso e prelevare correttamente il giusto livello di tensione in modo da poterlo lavorare a piacimento senza l’introduzione di rumori di fondo e distorsioni sul segnale.

fig. 1

In ambiente audio la D.I. Box è principalmente un componente analogico ( per cui utilizzato solo per il collegamento di apparecchiature audio analogiche ), anche se ad oggi come vedremo sono nati alcuni dispositivi con struttura simile a quella di D.I. Box ma per la conversione ed adattamento di tensione da analogico a digitale o viceversa, quindi convertitori A/D e D/A come delle vere e proprie interfacce audio che vedremo in spiegazione in altri articoli. A questo proposito anche una D.I. Box analogica può essere considerata un convertitore analogico, tra una forma di tensione/impedenza ad un’altra e con lo scopo essenziale di trasformare un segnale sbilanciato al suo ingresso in un segnale bilanciato all’uscita, cosi da poter consentire al segnale di essere trasportato per distanze molto maggiori e poter essere interfacciato a livello di segnale microfonico con pre-amplificatori.

Può anche tornare utile per eliminare disturbi sul segnale in quanto vi è la presenza di un trasformatore ( per quelle passive ), il quale non consente l’attraversamento di disturbi in corrente continua.

L’efficacia della D.I. Box sta nell’eliminazione ( a volte solo attenuazione, dipende dalla qualità del trasformatore e circuito utilizzato, non chè forma del rumore-distorsione in ingresso ) di disturbi provenienti dalla sorgente ( quindi per il segnale in ingresso alla D.I. Box, mentre per i disturbi generati dopo lo stadio di uscita della D.I. Box i problemi potrebbero essere altri come un cavo poco schermato o sbilanciato, un problema sulla massa a terra del circuito di ingresso a cui l’uscita della D.I. Box è collegata e molto altro ancora ).

Gli strumenti che generalmente necessitano di una D.I. Box sono:

1. Qualsiasi strumento in cui alla sua uscita abbiamo un segnale sbilanciato da far entrare in un circuito bilanciato ( pre-amplificatore microfonico o di linea ) e/o da far percorrere più di 10 metri.
2. Qualsiasi strumento in cui alla sua uscita abbiamo un segnale a livello di linea da inviare in un pre-amplificatore microfonico ( che accetta segnali a livello microfonico ).
3. Strumenti per cui soprattutto in fase di registrazione si necessità di avere diverse qualità timbriche sonore oltre all’utilizzo di vari microfoni e tecniche microfoniche.
4. Strumenti che alla loro uscita sbilanciata o bilanciata generano rumore udibile nel circuito.

Come detto nell’articolo Cavi Audio Analogici II in cui si spiega il funzionamento delle linee sbilanciate che qualitativamente sono migliori di quelle bilanciate, se vi è la possibilità di collegare entro i 10 metri una linea in uscita sbilanciata ( che non genera rumore ) in un ingresso sbilanciato, la D.I. Box è sempre meglio non utilizzarla per non introdurre ulteriori rumori e ritardi nel percorso del segnale provocati dalla D.I. Box stessa.

Caratteristiche Tecniche:

Le D.I. Box possono avere differenti caratteristiche tecniche che ne determinano l’utilizzo e la qualità, fondamentalmente esistono due tipologie di D.I. Box quelle PASSIVE e quelle ATTIVE ( vedremo il loro funzionamento in dettaglio nella seconda parte di questo argomento ).

Si presentano il più delle volte come hardware di forma quadrata o rettangolare ( fig. 1 ) con dimensioni più piccole o poco più grandi di una mano, in alcuni casi è anche possibile trovare D.I. Box multicanale su rack ( fig. 2 ).

fig. 2

Numero ingressi ed uscite: Generalmente in commercio si trovano D.I. Box mono ( un ingresso ed una uscita, fig. 1 ), D.I. Box stereo ( due ingressi e due uscite fig. 4 ), D.I. Box multicanale ( più ingressi ed altrettante uscite, fig. 2 ).

Considerazioni

Non esiste una D.I. Box meglio dell’altra, diciamo che come vedremo la passiva va bene per una certa tipologia di situazioni mentre quella attiva per un’altra.

In più esistono D.I. Box attive meglio di quelle passive e D.I. Box passive meglio di quelle attive, per cui è bene conoscere le informazioni tecniche del prodotto e ancora meglio sentire il parere di un tecnico competente che già quelle D.I. Box le ha utilizzate e provate.

Per gli esempi e considerazioni che faremo poniamo un livello di qualità equivalente per entrambe le D.I. Box.

Ingresso

Per il circuito di ingresso abbiamo sempre una connessione Jack TS adibita a ricevere segnali sbilanciati come quella in uscita da strumenti elettroamplificati ( fig. 1 ).

Il livello di tensione ideale da inviare all’ingresso di D.I. Box Passive è sempre quello di linea ( 0,775v o 1,223v ) ( come quello in uscita da chitarre elettroacustiche, keyboard e pianoforti digitali, batterie elettroniche, bassi elettrici attivi ), mentre per le D.I. Box Attive può essere sia quello di linea che anche quello strumentale ( chitarre elettriche e bassi elettrici passivi  ).

Altre D.I. Box prevedono in alcuni casi l’aggiunta di altri formati di ingresso come quello XLR ( fig. 3 ) con il principale obbiettivo di eliminare rumori ed interferenze del segnale su linea bilanciata o sbilanciata su XLR, sempre per segnali a livello di linea generalmente per le D.I. Box Passive e/o strumentale o microfonico per le D.I. Box Attive ( in caso di collegamento di un segnale bilanciato questo viene sbilanciato all’ingresso e ri-bilanciato all’uscita ).

fig. 3

Altri ancora prevedono l’aggiunta di connessioni RCA per il prelievo di segnali sempre a livello di linea ma su connettori PIN per le D.I. Box Passive o anche livello di segnale consumer per le D.I. Box Attive ( fig. 4 ), il quale segnale può essere in certi casi mixato con quello in ingresso a jack e/o xlr. In più sempre in figura 4 si possono trovare ingressi combo jack ts – xlr.

fig. 4

n.b. Quando la linea d’ingresso è sbilanciata su Jack TS è bene non inserire Jack TRS per non accumulare o introdurre lungo la linea interferenze. Le connessioni combo prevedono l’ingresso a Jack TRS per accettare anche segnali bilanciati su Jack.

A seconda della tipologia di D.I. Box soprattutto in quelle più professionali possiamo trovare anche:

Uno o più PAD di attenuazione ( fig. 3 e 4 ) in caso che il livello di ingresso sia troppo elevato e possa portare in distorsione sia la D.I. Box che il pre-amplificatore a cui l’uscita della D.I. Box è connessa. Generalmente hanno un valore di attenuazione di – 20 dB, – 30 dB, – 40 dB.

Earth Lift o Ground per la rimozione della massa dal segnale XLR di uscita in caso di rumori di fondo ed interferenze.

Link o Thru o Direct Out in cui è possibile prelevare la copia del segnale di ingresso da inviare ad un dispositivo di pre-amplificazione ( esempio pre da chitarra o da basso ) o ad un dispositivo di registrazione per avere una copia del segnale senza D.I. Box ed uno con D.I. Box, o inviare all’interno della D.I. Box un ulteriore segnale da miscelare a quello presente nell’input. D.I. Box mono presenteranno 1 link ( fig. 6 ), D.I. Box stereo presenteranno 2 link ( fig. 7 ), D.I. Box multicanale presentano un link per ogni canale ( fig. 5 ).

fig. 5

n.b. In D.I. Box di qualità al link è applicato spesso un induttore, o si sfrutta lo stesso trasformatore per D.I. Passiva o amplificatore per D.I. Box Attiva che riporta il segnale al livello di ingresso, in quanto sdoppiandolo si ottiene una perdita di 6 dB ( cosa che avviene in D.I. Box più scadenti ).

Altre D.I. Box ( fig. 6 ) prevedono la funzione MERGE o SUM che ha lo scopo di mixare il segnale presente nell’input a quello presente nel link o thru o direct out in modo tale da avere all’uscita un unico segnale mono ( utile ad esempio per mixare segnali stereo in un uscita mono in modo da risparmiare canali nel mixer audio ), questa funzione prevede inoltre l’annullamento di eventuali controfasi dovute dal mixaggio di segnali stereo che normalmente andrebbero a crearsi.

n.b. Non è invece consigliato inviare due segnali da mixare ( uno nell’input ed uno nel link o thru ) in D.I. Box che non prevedono funzioni di Merge o Sum in quanto che la circuiteria di ingresso è differente e si genererebbero più che altro controfasi e trasmissioni di interferenze tra i due segnali.

fig. 6

n.b. Se si utilizza la D.I. Box solo per prelevare il segnale sbilanciato nell’input ed inviare la copia del segnale presente nel Thru verso un pre-amplificatore, è bene non cliccare il pulsante MERGE in quanto in alcuni casi non funzionerebbe il ritorno della copia del segnale sul Thru ed in altri casi si andrebbe a mixare al segnale in ingresso nell’input eventuali rumori ed interferenze di ritorno presenti nella connessione Thru.

Altre D.I. Box, esclusivamente quelle stereo e multicanale presentano un opzione chiamata SPLIT ( fig. 7 ) che ha lo scopo di inviare un ingresso ( generalmente Left o 1 ) in copia a tutte o coppia di uscite Link, Thru, Direct Out ( in modo tale da poter utilizzare la D.I. Box come Splitter di segnale ).

fig. 7

Altre ancora ( fig. 8 ), presentano un filtro passa basso, HI – CUT per attenuare a livello di equalizzazione eventuali eccessi ed enfatizzazioni del segnale nelle alte frequenze.

fig. 8

E’ possibile anche trovare al posto del filtro HI-CUT ( fig. 10 ), SPEAKER che invece di essere un filtro passa-basso è un filtro passa banda, utile per inviare all’uscita un range di frequenze ben definito ( generalmente da medio-basse a medio-alte ) eliminando cosi eventuali rumori di fondo in alta frequenza e presenza di risonanze in bassa frequenza.

n.b. In merito ai filtri di equalizzazione ( considerando l’utilizzo di filtri di qualità ), in caso di presenza di un filtro in una D.I. Box o in un microfono è sempre bene attivare il filtro da questi che rappresentano generalmente il primo stadio del percorso del segnale audio invece che da dispositivi esterni e più lontani nel flusso del percorso audio ( esempio i filtri presenti nei mixer audio ), potendo consentire una dinamica del segnale più ampia lungo il percorso del segnale fino allo stadio di ingresso ad esempio di un pre-amplificatore, oltre che meno stress lavorativo per lo stesso pre-amplificatore e mixer audio.

Alcune D.I. Box ( fig. 9 ) sono adatte invece al prelievo di segnali a livello di potenza, generalmente quella in uscita da Amplificatori da Chitarra Elettrica e da Basso Elettrico per ripulire il segnale prima del mixaggio e consentirgli di percorrere lunghe tratte. Generalmente utilizzate in studio per registrare il suono dell’amplificatore senza la ripresa microfonica o con un mix suono in uscita dal pre e ripresa microfonica.

fig. 9

Queste D.I. Box accettano generalmente all’ingresso una linea di potenza sbilanciata su Jack ts a 50 w o 100 w o 300 w, hanno generalmente una risposta in frequenza lineare da 100 Hz a 20 Khz ( ideale per la chitarra elettrica fungendo anche da filtro passa alto ), con la possibilità ( come per l’esempio in figura 9 ) di cliccare su BASS EXT per estendere la risposta in frequenza da 20 hz a 20 Khz in caso di utilizzo di un basso elettrico.

Uscita

Allo stadio di uscita le D.I. Box presentano sempre una connessione XLR maschio da cui potrà essere prelevato il segnale bilanciato da poter inviare ad un ingresso microfonico a lunghe distanze ( quindi segnale microfonico ) ( fig. 5 – fig. 7 – fig. 10 ).

fig. 10

Alcune D.I. Box presentano anche il pulsante di REV 180° o 180° ( fig. 10 ) che consente di invertire la polarità del segnale in caso che questo all’uscita abbia un ritardo tale da arrivare in controfase rispetto ad esempio una sua copia da mixare insieme.

Esempio quando si mixa insieme un basso elettrico il cui segnale è preso dalla D.I. Box + microfono, può essere utile provare ad invertire la polarità del segnale in uscita dalla D.I. Box e sentire se il suono mixato ha un effettivo incremento del loudness ( in fase ) oppure crea effetti di buco e cancellazione in bassa frequenza ( in controfase ).

n.b. Ad oggi soprattutto se in fase di recording, si preferisce registrare i segnali senza l’introduzione di componenti elettrici o elettronici come quello dell’inversione di fase, cosi da avere la qualità più alta possibile, per poi in fase di editing mettere il tutto in fase ( al campione ), molto più preciso, di qualità ed efficace che fatto con una semplice inversione di fase, che il più delle volte risolve il problema al 40 % non ottenendo mai una piena correlazione di fase.

I filtri di Hi-CUT e SPEAKER o Passa Banda possono trovarsi per il circuito di ingresso o di uscita secondo il metodo costruttivo.

Anche l’Earth Lift o Ground possono trovarsi per il circuito di ingresso o di uscita, di solito sono presenti per il circuito di uscita in quanto il segnale è bilanciato e può essere quindi eliminata la massa dal segnale, ma in caso di presenza di una connessione bilanciata è possibile trovarlo anche per il circuito di ingresso ad eliminazione della massa prima dello sbilanciamento imposto dal circuito di ingresso della D.I. Box.

Per quanto riguarda le D.I. Box attive che come vedremo hanno bisogno di un alimentazione esterna o a batteria per far funzionare gli amplificatori interni atti a prelevare il segnale all’ingresso e bilanciarlo all’uscita, presentano un led generalmente di colore rosso che serve per segnalare la presenza di questa tensione e quindi il corretto funzionamento della D.I. Box attiva ( fig. 11 ). Questo led viene nominato generalmente + 48 v o Phantom Power ( fig. 7 e fig. 11 ), in quanto la tensione richiesta per il corretto funzionamento è proprio di + 48 V in corrente continua, la quale viene inviata generalmente dal mixer audio ( controllo presente per ogni canale microfonico di ingresso, fig. 13 ), o da distributori di Phantom Power esterni su Rack, o ad oggi anche direttamente dalle Stage Box Attive e Digitali.

L’alimentazione Phantom viene prelevata dal pin 3 dell’XLR bilanciato di uscita della D.I. Box.

Non tutte le D.I. Box Attive invece presentano la possibilità di alloggiare la batteria come alternativa alla Phantom Power ( fig. 12 ), questo perchè l’alimentazione da batteria è generalmente prelevata da una pila da 9 V ( fig. 14 ) che garantisce si il funzionamento della D.I. Box ma non il rispetto delle sue massime prestazioni e caratteristiche tecniche.

fig. 11

fig. 12

fig. 13 ( esempio di pulsante presente in mixer analogici )

fig. 14

n.b. Se nonostante l’invio di questa alimentazione il led non dovesse funzionare potrebbe essere semplicemente un problema di led mal funzionante e per questo il segnale audio dovrebbe circolare e sentirsi, oppure se non c’è segnale audio potrebbe essere un problema nell’invio di questa alimentazione che può essere un difetto del cavo XLR sul pin 3 ( conduzione di ritorno nel quale passa anche la Phantom Power ) ( cavo scollegato o xlr sbilanciato ) quindi utile provare a cambiare il cavo o ancora in casi estremi utilizzare se possibile una pila da 9 V, oppure se alimentata a batteria esterna si potrebbe avere la pila scarica, per cui provare a cambiare la pila.

Alcune D.I. Box possono accettare anche Phantom Power con standard differente da quello più comunemente utilizzato a + 48 V, per esempio Phantom Power a + 12 V o + 24 V.

n.b. Evitare di utilizzare Phantom Power + alimentazione esterna per evitare di inviare una sovratensione che potrebbe danneggiare i circuiti della D.I. Box stessa.

Dispositivi di Alimentazione Esterna ed Adattatori

Alcuni costruttori prevedono tra i loro prodotti anche dei distributori ( generalmente su rack ) di phantom power ( + 48 V ma a volte anche tensioni differenti ), questi dispositivi consentono e sono utili per poter alimentare ad esempio microfoni a condensatore e D.I. Box attive ( mettere a tutte e due il link ) i quali appunto richiedono questo tipo di alimentazione per poter funzionare, ma che questa può non essere presente da inviare attraverso altri mezzi a disposizione ( per esempio generalmente viene inviata da mixer audio analogici o digitale e/o splitter audio attivi o digitali a cui microfoni e D.I. Box attive sono collegati. E’ importante che anche questi dispositivi siano il più possibile trasparenti al passaggio del segnale audio ed eseguano correttamente il lavoro per cui sono stati progettati e costruiti ( inviare phantom di alimentazione lungo la linea audio in modo stabile e costante per non creare problemi ai dispositivi collegati ed alterazioni della risposta audio del dispositivo stesso ). Questi dispositivi necessitano di alimentazione elettrica esterna da cui prelevare ed elaborare il livello di tensione necessario da inviare. Possono essere monocanale ( fig. 15 ) o multicanale ( fig. 16 ) anche su rack ( fig. 17 ).

Fig. 15

Fig. 16

Fig. 17

Altri dispositivi invece consentono di adattare un livello di tensione ( Phantom Power ) all’ingresso, generalmente a + 48 V ma anche altri valori, ad uno o più differenti valori di tensione all’uscita. In modo da poter permettere l’utilizzo di differenti device ( generalmente diffusi per i microfoni a condensatore che come vedremo possono richiede differenti voltaggi per l’alimentazione dei propri circutii ) che richiedono differenti valori di Phantom Power quando il generatore è uno e ad un determinato livello di tensione.

Note ed Altre Caratteristiche

Quelle appena viste sono le funzionalità che troviamo maggiormente nelle D.I. Box, alcuni produttori possono avere ulteriori varianti e diversi componenti inseriti per la gestione del segnale audio in ingresso ed uscita.

Alcuni produttori inseriscono un circuito D.I. Box all’interno di apparecchiature come Pre-amplificatori microfoni, Stage Box, Mixer Audio, al fine di creare un prodotto più completo, ma generalmente non hanno una qualità tale da poter essere paragonate si migliori moduli D.I. Box esterni.

In figura 18 un esempio di pre-amplificatore microfonico con modulo D.I. Box incorporato, nominato Instrument ( fronte ) come ingresso ad alta impedenza per il segnale di strumenti passivi come il basso elettrico.

Fig. 18

Un’altra importante caratteristica che devono avere le D.I. Box sia attive che passive è quella di essere impermeabili soprattutto per quelle utilizzate in ambienti live, quindi soggette a tutte le intemperie atmosferiche ( acqua, sabbia, polveri ) e che soprattutto quelle attive non abbiano difetti nel controllo della Phantom Power di alimentazione, quindi costruite con un ottimo circuito che non crei dissipazioni di corrente sulla carcassa metallica della D.I. Box che può creare problemi sia sul segnale audio che alla persona utilizzatrice.

Di seguito altre fondamentali caratteristiche delle D.I. Box che vedremo in dettaglio nella parte II di questo articolo.

In figura 19 una D.I. Box Passiva che presenta all’ingresso una circuiteria di pre-amplificazione valvolare ed una di equalizzazione Shelving. Questo può essere utile in sostituzione ad un pre-amplificatore microfonico/linea oppure da utilizzare al posto dei pre-amplificatori per strumenti musicali (chitarra, basso).

Fig. 19

In questo caso presenta un’impedenza di ingresso da 200 MOhm data dall’alta impedenza valvolare (vedremo nel corso di questa trattazione l’importanta dell’impedenza di ingresso in diversi aspetti).

Premendo sul pulsante EQ (Lo Gain) si abilita o disabilita la sezione di equalizzazione, mentre su Pure quella di Pre-amplificazione di Output, avendo cosi se necessario la possibilità di utilizzarla come vera e propria D.I. box con uscita a livello microfonico invece che di linea nel caso in cui si tenga abilitato il pre-amp e l’equalizzatore.

Risposta in Frequenza

Una D.I. Box di ottima qualità è necessario che abbia una risposta in frequenza più lineare possibile almeno nella banda audio udibile ( 20 hz – 20 Khz ).

Generalmente variazioni di 0,5 dB – 1 dB.

Dinamica

Una D.I. Box di ottima qualità è necessario che abbia un rapporto segnale-rumore più alto possibile.

Generalmente da 100 dB in su.

Coerenza di Fase

Una D.I. Box di ottima qualità è necessario che garantisca la più possibile coerenza di fase del segnale audio, per cui lungo la sua trasformazione da sbilanciato a bilanciato non crei inversione e/o sfasamenti sul segnale audio che potrebbero indurre a facili alterazioni della risposta in frequenza e una riduzione della dinamica complessiva.

Generalmente 8° – 10° in bassa frequenza e 0° – 1° in media e alta frequenza.

Maximum Input

Una D.I. Box di ottima qualità è necessario che possa consentire i più alti valori di segnale audio prima della distorsione.

Generalmente da un minimo di + 10 dBu in su.

THD %

Il THD determina il valore percentuale delle distorsioni introdotte dalla D.I. Box sul segnale audio e tanto più basso è questo valore e tanto più dinamica e qualità avrà la D.I. Box

Generalamente 0,05 % – 0,01 %.

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D.I. Box – II ( D.I. Box Passive e D.I. Box Attive )

D.I. Box – III ( Differenze oggettive tra D.I. Box Passive e Attive, Esempi di applicazione, Altre tipologie di D.I. Box )