Un generatore di rumore bianco è uno strumento sorprendentemente utile in laboratorio audio: permette di verificare rapidamente la risposta in frequenza di un preamplificatore o di un finale, mettere in evidenza risonanze e colorazioni, controllare l’efficacia di un filtro o di un tono, tarare un semplice analizzatore RTA e, soprattutto, “stressare” un percorso di segnale in modo ripetibile per stanare ronzii, fruscii e problemi di massa. In questo articolo descrivo un piccolo generatore di rumore bianco completamente a transistor, pensato per essere economico, facile da costruire e adatto ad essere collegato direttamente ad un ingresso linea. L’uscita è bufferizzata, l’ampiezza è compatibile con le elettroniche Hi-Fi e l’alimentazione è stabilizzata e filtrata per evitare che l’apparecchio stesso diventi una sorgente di disturbi.
Può essere molto utile avere un generatore di rumore bianco per fare diversi test sulle elettroniche audio, ho quindi messo a punto un piccolo generatore a transistor che eroghi un rumore bianco con una banda sufficiente per il collaudo di un’apparecchiatura audio e un’ampiezza di uscita compatibile con un’ingresso linea. L’idea di fondo è realizzare una sorgente “sporca al punto giusto”, cioè un rumore ampio di banda e statisticamente casuale, ma con un livello controllabile e con un’uscita capace di pilotare senza drammi l’impedenza tipica di un ingresso linea, anche quando questa scende a valori relativamente bassi.
Il circuito è volutamente semplice e usa componenti comuni. La sorgente del rumore è la giunzione EB di un BC337 polarizzata inversamente: in queste condizioni la giunzione lavora in zona di breakdown e genera un rumore casuale a larga banda (un rumore “grezzo” che poi viene amplificato). Questa soluzione è pratica perché non richiede diodi Zener particolari o transistor selezionati, e nella maggior parte dei casi fornisce già un livello di rumore più che sufficiente per applicazioni audio di collaudo.
Il segnale generato in questo modo è però molto piccolo e va portato ad un livello utilizzabile. I due BC337 successivi lavorano quindi come stadi di amplificazione audio, con un guadagno complessivo elevato, dell’ordine di circa 60 dB. Un guadagno così alto è comodo perché consente di ottenere facilmente un’uscita “da linea”, ma è anche il motivo per cui la costruzione deve essere curata: qualsiasi disturbo captato fisicamente dal circuito (tipicamente i 50 Hz di rete) verrebbe amplificato insieme al rumore, rovinando il risultato e rendendo il generatore inutilizzabile per misure serie.
Per rendere l’uscita stabile e poco influenzata dal carico ho aggiunto un buffer a JFET BF256, impiegato come stadio di disaccoppiamento. In pratica, gli stadi a transistor si occupano di creare e amplificare il rumore, mentre il JFET “isola” il circuito dal mondo esterno, fornendo una bassa impedenza di uscita e riducendo la sensibilità alle variazioni di carico. Questo è importante perché, in laboratorio, può capitare di collegare il generatore a ingressi diversi, a cavi lunghi, ad attenuatori, oppure ad apparecchi con impedenze non sempre ideali.
R8 e R5 formano la rete di retroazione che serve proprio a compensare l’effetto del carico sull’uscita. L’obiettivo non è avere un valore “magico” di distorsione (qui non ci interessa, stiamo generando rumore), ma mantenere un livello ragionevolmente costante e un comportamento prevedibile quando l’impedenza di ingresso dell’apparecchio collegato scende. In questo progetto l’uscita rimane utilizzabile anche con carichi fino a 22kohm, valore che copre molti ingressi linea reali e parecchi attenuatori passivi.
L’alimentazione è un altro punto critico, spesso sottovalutato nei piccoli generatori da banco. Il circuito è alimentato a 15volt stabilizzati tramite LM317L, più che sufficiente a erogare i circa 7mA assorbiti dal generatore. Ho scelto volutamente una soluzione semplice: un piccolo alimentatore esterno “cubetto” di recupero che fornisce 24volt CC, così da tenere fuori dal contenitore tutto ciò che è collegato direttamente alla rete. Questo riduce i rischi e, se il cablaggio è fatto bene, aiuta anche a limitare l’accoppiamento di disturbi di rete nel circuito ad alto guadagno.
Per evitare che eventuale rumore o ripple proveniente dall’alimentatore esterno entri nel generatore, la cella RC R9/C6 lavora come filtro aggiuntivo a monte della sezione più sensibile. In pratica è un “secondo muro” che attenua le componenti indesiderate prima che possano raggiungere gli stadi di amplificazione. Questo è particolarmente utile quando si usano alimentatori switching economici, che possono introdurre spurie ad alta frequenza, e quando si lavora con cablaggi lunghi o con prese non perfette.
Proprio per il guadagno elevato, è fondamentale schermare il circuito e impostare bene masse e cablaggio. Se lasciato “nudo” o montato in un contenitore plastico, il generatore capterebbe con facilità il campo a 50 Hz e i disturbi ambientali, amplificandoli a dismisura. Una scatola metallica collegata correttamente a massa, collegamenti corti, un punto di massa ragionato (evitando anelli), e un’uscita con connettore ben fissato fanno la differenza tra un generatore pulito e uno che produce più ronzio che rumore bianco.
In uso pratico, questo generatore può essere impiegato in tanti modi: come sorgente per misurare la risposta in frequenza con una scheda audio e un software RTA, per confrontare due percorsi di segnale (ad esempio prima e dopo una modifica), per verificare rapidamente se un canale “suona” diverso dall’altro, oppure per controllare l’efficacia di un filtro antirumore o di un intervento di schermatura. Anche senza strumentazione sofisticata, il rumore bianco è utile perché mette subito in evidenza anomalie: un ronzio sovrapposto, un fruscio eccessivo, una banda che si chiude, un canale più attenuato, un problema di contatto o di massa.
Se si vuole essere pignoli, si può anche regolare il livello di uscita in modo che sia coerente con le sorgenti reali (ad esempio qualche centinaio di millivolt RMS su ingresso linea), usando un semplice attenuatore o calibrando il livello con un multimetro true RMS o con una misura via scheda audio. Non è indispensabile, ma aiuta a ripetere le prove in modo consistente e a non mandare in saturazione gli stadi d’ingresso dell’apparecchio sotto test. Ecco lo schema (clicca per ingrandire)
Osservando lo schema si nota subito l’impostazione “da laboratorio”: sorgente di rumore semplice, due stadi di guadagno per portare il livello a valori utilizzabili, e buffer finale per rendere l’uscita robusta. È un progetto che privilegia la praticità e l’affidabilità, e che può essere realizzato su millefori o su una basetta incisa in casa senza difficoltà. Con un montaggio ordinato e una buona schermatura, il risultato è un generatore compatto che diventa davvero comodo da tenere sempre sul banco. Ed ecco il mio montaggio:
Nel montaggio pratico ho cercato di mantenere i collegamenti più corti possibile nelle zone ad alto guadagno, separando fisicamente la parte di alimentazione e filtraggio dalle sezioni di amplificazione. Anche la disposizione dei componenti conta: più il percorso del segnale resta compatto e meno superficie “antenna” offriamo ai campi elettromagnetici ambientali. Se prevedi di replicare questo circuito, il mio consiglio è di pensare prima al layout e solo dopo alla saldatura, perché con 60 dB di guadagno un layout improvvisato spesso porta a risultati deludenti.
Qui si vede meglio la compattezza del circuito. Se usi un contenitore metallico, vale la pena collegare il punto di massa principale al contenitore in un solo punto, vicino al connettore di uscita, in modo da ridurre la probabilità di loop. In alternativa, se il generatore viene collegato ad apparecchi già messi bene a terra, può essere sensato prevedere anche una piccola resistenza o rete di disaccoppiamento tra massa segnale e chassis, ma nella maggior parte dei casi un cablaggio pulito è già sufficiente.
Una volta completato, questo piccolo generatore diventa un “coltellino svizzero” per il collaudo: lo colleghi, regoli il livello, e in pochi minuti capisci se un canale è più rumoroso, se un ingresso ha un problema, se un filtro lavora come previsto o se la schermatura di un apparecchio è insufficiente. Con pochissima spesa e pochi componenti, è uno di quei progetti che vale la pena costruire perché torna utile molto più spesso di quanto si pensi.