lunedì 4 febbraio 2008
Acustica & Automobile - Settima puntata

Eccomi qua, a continuare il discorso iniziato una anno fa. Ricomincio a scrivere e riprendo dal punto dove mi ero fermato…
Abbiamo parlato del suono, partendo dall’orecchio per poi passare all’abitacolo. Adesso, continuando nel cammino, arriviamo alla riproduzione del suono, ovvero ai diffusori acustici o, per gli amici, agli altoparlanti, le casse (e a tutto ciò che sta dietro: amplificatori, crossover, ecc.).
E qui termina il nostro cammino a cavallo del suono, perché, d’ora in avanti, si passa alla sua generazione. La trattazione di argomenti come altoparlanti, casse acustiche e poi amplificatori e riproduttori, non sarà più limitata al veicolo, ma avrà una validità generale, indipendente dall’ambiente di ascolto. L’ambiente d’ascolto servirà esclusivamente a guidarci nelle scelte di progetto.
Nei prossimi articoli di questa serie, darò indicazioni sull’installazione di diffusori & C., legata all’applicazione su auto, rimandando ad altre trattazioni gli approfondimenti tecnici sui vari componenti.
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Come spiegherò meglio prossimamente, la riproduzione ideale del suono sarebbe quella proveniente da una (o più) sorgenti puntiformi, in grado di coprire tutte le frequenze udibili con intensità costante. Avendo tali sorgenti, basterebbe concentrarsi sulle correzioni da apportare all’interno dell’abitacolo per ottenere una resa acustica perfetta.
E quale sarebbe questa resa perfetta ?
Beh, se iniziamo concentrandoci su di un impianto alta fedeltà stereofonico bi-canale (lo “stereo”), la resa perfetta significa che, nel punto di ascolto, l’utente “riceve” una risposta in frequenza lineare ed un’immagine stereofonica tale da risultare ampia e bilanciata, consentendo di percepire la posizione, la profondità e l’altezza dei suoni riprodotti.
Sorgente ideale puntiforme….già !
In realtà, nel 99% dei casi, per generare il suono su veicolo si usano dei trasduttori a membrana, gli altoparlanti classicamente intesi, che proprio puntiformi non sono !
Date le loro caratteristiche, essi sono direzionali (cioè hanno una direzione “preferenziale” verso cui emettono il suono, quella in asse….di fronte insomma, vedi figura) e non sono generalmente in grado di riprodurre tutte le frequenze udibili senza variare le dimensioni della membrana (o ricorrere a soluzioni “particolari”). Hanno, inoltre, efficienze e capacità di gestire la potenza molto diverse.

Approfondiremo in un altro articolo l’argomento. Per ora, la cosa che ci interessa è che, per riprodurre tutte le frequenze, ci serviranno più altoparlanti aventi dimensioni diverse.
Inoltre, essendo direzionali ed essendo tanto più direzionali quanto più alta è la frequenza riprodotta, anche il loro posizionamento diventerà estremamente critico.
Infatti, uno degli obiettivi da perseguire nell’installazione di un sistema stereofonico hi-fi, è quello di ottenere una buona “immagine centrale”, il cosiddetto phantom-image center channel, che, come vedremo, richiede il corretto posizionamento spazio-temporale, dei diffusori rispetto all’ascoltatore.
Ma non è solo la direzionalità a rendere critico il loro posizionamento.
Ogni canale sarà costituito da più altoparlanti, di grande diametro per le basse frequenze e di diametri via via minori al salire della frequenza da riprodurre. Purtroppo dovranno essere fisicamente in posizioni diverse ( lo spazio è solo a tre dimensioni !).
Ma se si manda il segnale proveniente dall’amplificatore, senza elaborazioni o filtri, a tutti gli altoparlanti del canale considerato contemporaneamente, che succede ?
Al di là degli aspetti elettrici e meccanici (tenuta in potenza), il loro diverso posizionamento darà origine ad una serie di problemi relativi a cancellazioni o esaltazioni delle frequenze che emetteranno in comune e, di conseguenza, ad una risposta in frequenza non regolare.
Da qui la necessità di utilizzare degli “aggeggi”, i crossover, in grado di suddividere il suono in fasce di frequenza (da indirizzare indipendentemente agli altoparlanti delegati a riprodurle) e capaci anche di compensare al meglio l’effetto che il posizionamento degli altoparlanti avrebbe sulle frequenze di confine di tali fasce fasce, che vengono riprodotte da due altoparlanti contemporaneamente.
Queste frequenze di confine sono dette frequenze di incrocio (o di taglio).

Dunque ci vogliono più altoparlanti per coprire la gamma udibile. Ma quanti ?
Il canale “base”, per riprodurre in modo decente il suono all’interno di un veicolo, è quello detto “a due vie”.
Esso è costituito da due altoparlanti (due vie diverse per le diverse frequenze del suono) e da un crossover. L’ho definito base, perché meno di così è dura (soprattutto in auto), mentre è complicabile quanto si vuole, anche utilizzando multi amplificazioni, circuiti elettronici attivi, ecc.…..
Ma andiamo per gradi.
L’altoparlante che si occupa della gamma medio bassa viene definito woofer o, più correttamente, mid-woofer. Quello per la gamma acuta si chiama tweeter.
Il sistema “base” prevede due canali base, per poter riprodurre la stereofonia.
Un sistema così composto, avrà grosse limitazioni, normalmente alle basse frequenze. E’ un sistema “ascoltabile” a vettura ferma, ma, appena ci si mette in movimento, risulta assolutamente scarso per le sue limitazioni tecniche, soprattutto se il veicolo non è acusticamente ben isolato dall’esterno.
Molti veicoli forniscono di serie un impianto base, quindi molti di voi avranno capito a cosa mi riferisco.
Il posizionamento degli altoparlanti risulta critico. Avendone solo due il posto si trova….ma dove li mettiamo ?
Abbiamo detto che la direzionalità aumenta con la frequenza, questo significa che saremo in grado di distinguere soprattutto il punto di provenienza dei suoni medio-acuti. Da qui la necessità di posizionare il tweeter tenendo conto che verrà facilmente localizzato dall’ascoltatore.
Nei sistemi di serie il tweeter viene spesso inserito nella parte alta della portiera, con risultati più o meno riusciti, o, peggio, coassilmente al mid-woofer nella parte bassa della portiera (un vero disastro !). Con questa collocazione sembrerà che il suono arrivi dalla cantina, ammesso che si riesca a sentire qualche frequenza al di fuori della gamma media. Insomma, un bel suono da “scatola” !
Del resto, non è neanche possibile allontanare troppo il tweeter dal mid-woofer, perché, oltre ad altri problemi, si sentirebbe la differenza di posizione quando vengono riprodotte frequenze localizzabili dall’orecchio e riprodotte dai due altoparlanti distintamente.
La sistemazione frontale, con altoparlanti coassiali o ravvicinati posti ai lati estremi dell’abitacolo o della plancia, risulta un buon compromesso per fornire una discreta spazialità ed una buona immagine centrale. Ma, normalmente, lo spazio disponibile risulta insufficiente per poter inserire un mid-woofer di dimensioni accettabili.
Da qui la necessità, come vedremo, di aggiungere altri altoparlanti per “coprire” la gamma bassa, in quelli che non saranno più sistemi base.
Come approfondirò in altri articoli, c’è anche da dire che, sempre per la gamma medio bassa, l’altoparlante andrebbe collocato dentro una cassa appositamente calcolata, in modo da migliorarne la risposta in frequenza.
E il crossover ?
Già il crossover, anzi i due crossover, uno per canale.
Siccome stiamo analizzando un sistema base, sarà di tipo passivo, a due vie e con frequenza di incrocio che andrà scelta in base alle caratteristiche dei due altoparlanti utilizzati. Tale frequenza sarà abbastanza alta da non distruggere il piccolo tweeter e abbastanza bassa da poter essere riprodotta dal mid-woofer.
I crossover possiedono svariate caratteristiche piuttosto importanti, che approfondiremo in altra sede, ma almeno una la voglio segnalare adesso: l’ordine.
Un crossover base è normalmente del I ordine.
Ma che diavolo è sto ordine ?
Detta “al brucio”, l’ordine del crossover è l’indicazione dell’attenuazione (espressa in dB per ottava) che le frequenze, fuori dalla fascia diretta all’altoparlante, subiscono.
L’ideale sarebbe che tra una via e l’altra ci fosse una separazione netta alla frequenza di taglio, del tipo: frequenza di taglio 3000Hz, al mid-woofer vanno tutte le frequenze da 20Hz a 2999Hz e al tweeter tutte quelle da 2999Hz a 20.000Hz.
In realtà questo non si può fare (soprattutto con crossover passivi) e le frequenze che vanno al di fuori della frequenza di incrocio vengono attenuate con una velocità (pendenza di attenuazione) più o meno elevata (discorso simile a quello sul fattore di merito Q dell’equalizzatore).
Al I ordine corrisponde un’attenuazione di 6dB per ottava, al II ordine 12dB/oct, al terzo 18dB/oct, ecc..
Facciamo un esempio.
Consideriamo un crossover del I ordine, con frequenza di incrocio a 5000Hz. Se consideriamo la fascia diretta al mid-woofer, ovvero la parte del crossover detta di “passa basso”, avremo che tutte le frequenze fino a circa 5000Hz passeranno all’altoparlante, mentre oltre la frequenza di taglio, esse saranno attenuate con una pendenza di 6dB/oct. Dal grafico che segue, si può notare come l’ottava superiore alla frequenza di taglio (10kHz) sia attenuata di circa 6dB. Circa, perché la curva di attenuazione (la sua forma, soprattutto alla frequenza di incrocio) dipende dalla tipologia di crossover, come vedremo in altri articoli.

Considerando la sua parte di “passa alto”, cioè la via del tweeter, saranno i 2500Hz ad essere attenuati di circa 6dB (7dB in figura).
Attenzione, questa pendenza di attenuazione potrebbe risultare insufficiente a salvaguardare il tweeter, facendo giungere all’altoparlante frequenze basse troppo poco attenuate e non “gestibili” dal piccolo altoparlante.
Per un sistema base a due vie, soprattutto se amplificato, sarebbe raccomandabile un cross-aver almeno del II ordine.
Ok……mi fermo qui per oggi. Alla prossima puntata !
Etichette: Acustica e Sistemi Hi-Fi
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